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自动驾驶汽车的关键传感器LIDAR

在 Voyage 上我们分享了关于 Homer 的新消息,即第一个自动驾驶出租车。Homer 配备了一系列的传感器,来理解世界并进行导航,其中的关键设备是 LIDAR (light detection and ranging 的缩写)。在这篇博文中,你将会学习到更多关于 LIDAR 的知识,包括它在自动驾驶汽车空间中的起源,以及它是如何从众多传感器中脱颖而出的。请尽情享受这篇文章!

“超能力”LIDAR 具备让自动驾驶汽车(或是任何机器人)观察这个世界的几个特殊的“超能力” :

360 °全方位无死角的可视能力——想象一下人眼能够时时刻刻观察到所有的方向

极其准确的深度信息——想象一下你总是可以知道与物体的精确距离(精度± 2 cm )

如果你之前见过自动驾驶汽车,可能你已经接触过 LIDAR。正如下图中的 Uber 和 Baidu 的自动驾驶汽车,它是安装在汽车顶部的不断旋转的笨重盒子。

自动驾驶汽车的关键传感器LIDAR

目前市场上最受欢迎的 LIDAR 传感器是下图中 Homer 顶部的高功率Velodyne HDL-64E。

自动驾驶汽车的关键传感器LIDAR

LIDAR 的工作原理传感器是如何做到 360 度无死角以及高精度的深度信息捕获呢?

简单地说:LIDAR 传感器不断发射激光传感束,然后根据光束返回至传感器的时间测距。

自动驾驶汽车的关键传感器LIDAR

通过每秒发送数百万光束,LIDAR 传感器可以真正地实现 3D 世界的 可视化。可以推断出与周围任何物体的精确测量值(最大约 60 米,取决于所用的传感器)

自动驾驶汽车的关键传感器LIDAR

Homer 的驾驶空间

LIDAR 的简史为了进一步理解现代 LIDAR 背后的技术支持,着眼于具备相同目标的相似技术非常重要。

Sonar

最初的深度感应祖先是蝙蝠(具备 5000 万年的历史)。蝙蝠(或是海豚,之类……)能够像 LIDAR 一样使用回声定位,另一个称为声呐(声音导航和测距)。和 LIDAR 激光测距不同的是,Sonar 使用声波进行测距。

经过了 5000 万年的生物进化,随着潜艇战的到来,第一次世界大战加速了人造声呐传感器的大规模部署。Sonar 在水中工作的效果非常突出,因为声波在水中比光和无线电波的传播速度更快(指的是每秒的传播距离)。Sonar 传感器在现代汽车上的应用频率很高,主要是以停车传感器的形式。短距离传感器(——5m)提供了低廉的方式来告知后方墙壁与汽车的距离。声呐还未被证明可以在自动驾驶汽车要求的范围内工作(60 m+)

自动驾驶汽车的关键传感器LIDAR

在这种情况下,蝙蝠是回声定位信号的发送者和接受者。

雷达

雷达(无线电导航与测距),与 Sonar 非常相像,是在第二次世界大战时发展起来的另一项技术。与使用激光或声波不同的是,它利用无线电波来测距。在 Homer 上使用 Delphi 传感器利用大量的雷达,它是一种久经考验的方法,能够精确地检测和跟踪最远距离 200 米的物体。

从缺点这方面来看,雷达的缺点非常少。它在极端天气下的表现优异并且价位非常实惠。雷达不仅在物体检测方面应用广泛,并且在追踪方面也有很多的应用(即:理解车辆行驶的速度以及方向)。雷达不一定能提供 LIDAR 的粒度,但是雷达是免费的,LIDAR 不是。

自动驾驶汽车的关键传感器LIDAR

在 Homer 上安装的雷达

激光雷达技术

激光雷达技术诞生于20世纪60年代,就在激光问世不久。在1971年阿波罗15号任务期间,宇航员就用它测量绘制了月球表面,让人们第一次看到激光雷达能做什么。

自动驾驶汽车的关键传感器LIDAR

克莱门汀

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