更适合自动驾驶的雷达技术：激光雷达or普通雷达？

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随着越来越多的汽车功能向完全自动驾驶迈进，关于哪种技术最适合引导这些自动驾驶技术的争论也越来越激烈，其中雷达技术作为自动驾驶车辆的“眼睛”，其重要性尤为突出。鉴于此，本文将对激光雷达与一般雷达的功能进行详细介绍，并对这两种传感器所需数据进行简单阐述。

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▲图1｜自动驾驶车辆传感器配置



激光雷达传感器和雷达系统是自动驾驶领域的两大竞争者，确定哪种技术更适合自动驾驶汽车导航是一项艰巨的任务，需要对它们的优势和局限性进行详细分析，这两种系统都有独特的优势和不足。
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▲图2｜激光雷达 vs. 一般雷达

■2.1 原理不同

激光雷达传感器通过使用激光测量距离，绘制车辆周围区域的精确、高分辨率地图。近年来，激光雷达技术越来越受欢迎，由于它提高了自动驾驶相关任务精确度，并能实时生成精确的三维物体照片。并且，由于激光雷达技术可以捕捉到最细微的细节，如道路的纹理或行人的形状，因此已成为制造自动驾驶汽车的企业的热门选择。一般雷达在汽车安全系统中也发挥着重要作用。它利用无线电波探测物体并测量其大小、速度和方向。虽然雷达提供的细节可能不如激光雷达，但它仍有许多优势，使其成为自动驾驶汽车导航的理想选择。原因之一是，与激光雷达相比，雷达受雾、雨或雪等天气条件的影响较小。此外，与激光雷达相比，雷达系统通常更便宜，耗电量更少。■2.2 结构和操作不同

陆基和机载激光雷达系统使用数码相机或其他成像传感器来捕捉激光束的反射光。传感器收集的数据随后被处理成点云，可用于创建数字地图和其他应用。相比之下，雷达系统将反射的微波转换成屏幕或计算机显示器上的图像。一般雷达无法像激光雷达那样精确测量距离，因为它无法根据物体对能量的反射来确定物体的距离。另一个区别是两种技术的工作范围。激光雷达系统的探测距离通常比雷达系统短，但在近距离内可以提供更精确的测量。而雷达系统的探测距离较远，更善于探测较远的物体。此外，激光雷达的成本较高，而且需要清晰的视线，而雷达则可以透过雾、雨和其他障碍物探测到物体。



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▲图3｜激光雷达和雷达的配置
尽管激光雷达具有出色的性能，但在应用于自动驾驶汽车领域时，它依旧会遇到一些阻碍，而激光雷达技术的成本就是其面临的最大障碍之一。对许多汽车制造商来说，激光雷达传感器仍然过于昂贵，尽管在过去几年中价格逐渐下降。与价格低廉的雷达系统相比，激光雷达还是不占优势。这促使一些企业开始研究不同的方案，比如采用大量价格较低的激光雷达传感器来提供与单个高端设备相同的精度。另一个可能的问题是，激光雷达技术容易受到其他光源的干扰。不难想象，在自动驾驶汽车普及的今天，几辆配备激光雷达的汽车在近处行驶，它们的激光可能会相互干扰。这样一来，传感器就会变得过于 "嘈杂"，无法准确测绘周围环境。普通雷达系统也有自己的困难。虽然雷达系统受环境变量的影响较小，但有时也难以区分静止的物体和缓慢移动的物体。在某些情况下，例如在拥挤的停车场中穿行或在十字路口接近停在路边的汽车时，这可能会使配备雷达的车辆难以有效地评估周围环境。
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▲图4｜激光雷达和雷达的原理
对于自动驾驶汽车导航来说，激光雷达和雷达孰优孰劣的争论可能还会持续一段时间。两种技术各有利弊。因此，将这两种技术结合起来是保证自动驾驶汽车成功、安全运行的最佳方式。随着市场的发展和新创新的出现，这两种技术将如何继续影响自动驾驶汽车导航的发展，让我们拭目以待。


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▲图5｜激光雷达和雷达的数据类型
激光雷达可创建三维点云，这是人工智能系统看到的物理世界的数字表示。这些三维点云需要使用从立方体和多边形到多边形等更先进的方法进行标注。后者可为系统提供地标、路面和车道标记的地面实况标注。交通场景语义分割也是必要的，其目的是识别和标注三维场景中的不同物体和部分。雷达图像也可以使用与激光雷达图像相同的方法进行标注。但是，如果决定在项目中同时使用激光雷达和雷达，那么可以将两种数据源结合起来，使用多传感器注释。这就需要将图像、激光雷达、雷达或其他传感器等多个来源的注释结合起来。通过融合来自不同传感器的数据，可以更全面、更准确地了解环境。


▲图6｜激光雷达及其数据



激光雷达是一种更为精确的技术，因此是许多应用的理想选择。它还能随时间测量距离，这意味着它可以创建物体和环境的三维模型。不过，激光雷达也有一些缺点，包括成本高和制造困难。雷达传感器的精度较低，但成本低于激光雷达系统，而且不像其他一些技术那样需要视距。归根结底，还是要看正在进行的项目的类型。雷达通常应用于：交通管制、防碰撞系统、跟踪和探测、测量汽车速度和气候观测。激光雷达通常应用于：精细车距测量、复杂精细建筑或交通场景测量、交通规划。


▲图7｜雷达及其数据



激光雷达和雷达技术极大地促进了下一代自动驾驶汽车的发展。激光雷达具有高分辨率三维绘图、精确感知和定位能力，对自动驾驶汽车至关重要。随着自动驾驶汽车的普及，激光雷达技术将继续成为保证其安全性和功能性的重要工具。随着技术的不断发展和突破，激光雷达的性能也将不断提高，从而使自动驾驶成为更安全、更实用的现实。参考文献：

[1] https://flyguys.com/lidar-vs-radar/[2] https://www.rinf.tech/how-lidar-technology-helps-build-next-gen-autonomous-vehicles/[3] https://mindy-support.com/news-post/whats-better-for-your-autonomous-vehicle-project-lidar-or-radar/[4] https://www.cepton.com/driving-lidar/lidar-in-motion-enabling-your-cars-next-smart-move
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