那束在雨夜里狂奔的光——激光雷达是怎么看见世界的

雨刮器开到最快那档,前挡风玻璃还是一片模糊。前面的尾灯成了两团化开的红晕。我把车速压到四十,双手攥着方向盘,心里骂了一句这鬼天气。

这时候,如果车头某个位置正悄无声息地往外发射着几百万束看不见的光——你会不会觉得稍微安心一点?

这束光的主人,就是激光雷达。

名字听着挺唬人。激光,雷达。两个词都带着一种军工和科幻的冷硬感。但说白了,它干的事儿,跟蝙蝠在漆黑的山洞里干的事儿差不多。

它不是拍照,是在数数

很多人第一次听说激光雷达,会下意识觉得它是一台超级摄像头。不是。

摄像头是被动接收光。阳光照在树上,树反射的光进了镜头,形成画面。而激光雷达是主动的,它自己发出光,再等光回来。

把一块小石子丢进枯井,数着秒等井底传来那声闷响。井越深,回声越晚。激光雷达干的就是这个事——只不过它丢出去的不是石子,是光;等的不是回音,是反射回来的光斑。

光的速度是每秒三十万公里。眨一下眼的时间,光差不多能绕着地球赤道跑上两圈多。

所以当距离只有十米的时候,光跑一个来回,耗时大约是十亿分之六十七秒。这个时间短到什么程度?你手机里那块芯片,连执行一条开始计时的指令,都不够用。

要测出这么短的时间差,靠的是极高精度的计时电路和极其灵敏的光探测器。这就是激光雷达里真正金贵的东西。发激光不难,难的是把回来的那点光子抓住,并且算准它晚到了多久。

一束光测一个点。要看清前面的世界,就得测很多很多个点。

激光雷达点云三维城市道路可视化图
激光雷达点云三维城市道路可视化图

这就是点云。密密麻麻的点,每个点带着自己离车的距离。点数足够多,拼在一起,你脑子里就能浮现出一棵歪脖子树的轮廓、一个骑着电动车冲出来的外卖员、还有路边那根被撞歪了的护栏。

转的,和不转的

最早那批装车顶的激光雷达,外形像个没盖子的咖啡罐,一刻不停地转圈。

它转一圈,扫出一圈点。转得快一点,点就密一点。就像你在漆黑的仓库里拿一支激光笔,一点一点地照,照到哪儿,才知道哪儿有东西。扫描频率越高,你脑子里那张图就越清楚。

自动驾驶汽车车顶旋转激光雷达传感器夜间特写
自动驾驶汽车车顶旋转激光雷达传感器夜间特写

问题,全出在转这个字上。

里面有电机,有轴承,有滑环。这些东西在实验室恒温桌面上转个几千小时,没问题。可放到车上——颠簸、振动、夏天暴晒到七八十度、冬天冷到零下二三十度——就有得瞧了。磨损、进灰、抖动的误差,一样一样找上门。

于是有了另一条路:固态激光雷达。

听名字容易误解,并不是说它像块砖头一动不动。意思是里面没有机械转动的部件了。靠的是芯片上的微振镜也好,光学相控阵也好,总之用半导体工艺来控制光往哪儿打。

打个比方。原来是靠一个人拿着手电筒转圈照;现在是拿一排会互相干涉的喇叭,靠声波叠加的方向性,不转动也能把声音送向特定的方位。机械上彻底不动了,寿命、体积、成本,理论上都能往下走。

当然,理论归理论。工程上的事儿,从来都是一边解决老问题,一边冒出新问题。

几个流传很广的误会

几个流传很广的误会
几个流传很广的误会

关于这玩意儿,我见过太多以讹传讹的说法。挑两个最常见的聊聊。

第一个:激光雷达能烧瞎眼睛。

不能说完全错。高功率激光确实对角膜和视网膜有威胁,这没得洗。但车规级的产品,有明确的安全等级要求。能上路的那一批,功率被压得很低,正常使用条件下,哪怕你好奇地盯着它看,也是安全的。标准在那儿摆着,不是厂商自己说了算。

不过话说回来,拿眼睛直勾勾盯着大功率激光设备,这个习惯本身就不太好。

第二个:有了激光雷达,摄像头就没用了。

吵得最凶的就是这个话题。摄像头这边说,人不就靠两只眼睛开车?算法够强,凭什么不行。激光雷达这边说,人眼会看错,逆光、大雾、一堵纯白的墙,摄像头容易抓瞎。

其实这压根儿不是二选一。

摄像头看颜色、看纹理、看路牌上的字,它懂这是什么。激光雷达测距离、测轮廓,它懂那东西在哪、离我多远。一个负责认,一个负责量。

非要争谁替代谁,就像争论筷子和勺子哪个更好用。喝汤的时候,你自己心里清楚答案。

便宜之后,才是真正的考验

便宜之后,才是真正的考验
便宜之后,才是真正的考验

几年前,一颗车载激光雷达动辄几万块,能配得起的车屈指可数。现在不一样了,你去看市面上某些二十万上下的量产车,车顶或者前保险杠,悄悄多了几个不起眼的小黑疙瘩。

价格是怎么被打下来的?一部分靠规模,产量上去了,单价自然掉。另一部分靠架构简化。从多线机械旋转,到半固态,再到纯固态,零件在减少,装配在变简单,芯片化的成分越来越多。

但这里我想泼一盆冷水。

参数表上的线数和探测距离,跟实际体验之间,差的往往不是一点半点。

线数高、点云密,是好事。可算法要跟不上,密点云反而成了负担。算力烧得快,处理不过来,到头来还是得抽稀了再用。堆硬件容易,把硬件吃透难。

再说探测距离。标称数字,多半是在反射率很高的目标、天气晴好的条件下测出来的。真到了路上,一个穿黑衣服的行人,反射回来的光子少得可怜,有效距离可能直接对折。雨雾天更别提,水滴会散射光线,回波信噪比往下掉。

所以看参数,得看全。看它是在什么条件下、对什么样的目标、测出来的什么数字。只盯着一个最大值看,特别容易被带偏。

回到开头那个雨夜。

激光雷达能让暴雨大雾里的行车变得绝对安全吗?显然不能。它只是多给了车一双眼睛,一双不怎么受光线强弱影响的眼睛。至于这双眼睛看到的东西,能不能被及时、准确地理解——那是另一半故事了。

而故事的另一半,写在算法里。改天再聊。

作者|科技

排版|科技

审核|见微

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