LiDAR，是Light Detection and Ranging的縮寫，常用作代表激光雷達(dá)。
LiDAR是一種傳感技術(shù)，可發(fā)射低功率，人眼安全的激光進(jìn)行脈沖測量，并測量激光完成傳感器與目標(biāo)之間往返所需的時(shí)間。所得的聚合數(shù)據(jù)用于生成3D點(diǎn)云圖像，同時(shí)提供空間位置和深度信息以識(shí)別，分類和跟蹤運(yùn)動(dòng)對(duì)象。
1、LiDAR工作原理
LiDAR的工作原理是檢測并測量返回傳感器接收器的光。一些目標(biāo)比其他目標(biāo)反射的光線更好，這使它們更容易可靠地檢測和測量到傳感器的最大范圍。比如，黑色表面善于吸收更多光，而白色表面能夠反射更多的光。這樣一來，與目標(biāo)主題顏色相對(duì)較暗的目標(biāo)相比，相對(duì)顏色較亮的目標(biāo)更容易在更長的距離上受到可靠地檢測或測量。
對(duì)于窗戶等像鏡子一樣的目標(biāo)在檢測和測量方面頗具挑戰(zhàn)性，因?yàn)榕c在多個(gè)方向上分散光的漫射目標(biāo)不同，類似鏡子的物體只能反射很小的聚焦光束，而不會(huì)直接反射到傳感器的接收器中。
同時(shí)，諸如路標(biāo)和車牌之類的可反光目標(biāo)將高百分比的光返回接收器，并且是LiDAR傳感器的良好目標(biāo)。由于存在這些差異，LiDAR傳感器的實(shí)際性能和最大有效范圍可能會(huì)根據(jù)目標(biāo)的表面反射率而有所不同。
2、關(guān)于LiDAR的知識(shí)
點(diǎn)云
點(diǎn)云是在同一空間參考系下表達(dá)目標(biāo)空間分布和目標(biāo)表面特性的海量點(diǎn)集合，在獲取物體表面每個(gè)采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)后，得到的諸多特征點(diǎn)的集合，稱之為“點(diǎn)云”（Point Cloud）。點(diǎn)云是由3D點(diǎn)數(shù)據(jù)組成的大型數(shù)據(jù)集，由激光測量原理得到。車載激光雷達(dá)產(chǎn)生的點(diǎn)云包含來自周圍環(huán)境的原始數(shù)據(jù)，這些原始數(shù)據(jù)是從移動(dòng)物體（例如車輛和人）以及靜止物體（例如建筑物，樹木和其他永久性結(jié)構(gòu)）掃描而來的。然后可以通過軟件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換包含數(shù)據(jù)點(diǎn)的點(diǎn)云，以創(chuàng)建給定區(qū)域的基于LiDAR的3D圖像。
激光測量得到的點(diǎn)云內(nèi)容包括三維坐標(biāo)（XYZ）和激光反射強(qiáng)度（Intensity），強(qiáng)度信息與目標(biāo)的表面材質(zhì)、粗糙度、入射角方向，以及儀器的發(fā)射能量，激光波長有關(guān)參數(shù)等。
FOV
FOV，是Field-of-View的英文縮寫，定義為傳感器覆蓋的角度（以度為單位）。通常，LiDAR傳感器的性能是在水平和垂直視場中測量的。所以，LiDAR的主要參數(shù)包括Vertical FOV和Horizontal FOV。
基于LiDAR與普通雷達(dá)以及攝像頭的感知系統(tǒng)有何不同
LiDAR和雷達(dá)均用于確定運(yùn)動(dòng)物體的速度，范圍和角度。雷達(dá)使用無線電波代替光，而相機(jī)則依靠數(shù)百萬個(gè)像素或兆字節(jié)來處理2D圖像。
與雷達(dá)不同，LiDAR可以提供周圍世界的完整實(shí)時(shí)3D圖像。此外，與攝像機(jī)不同，LiDAR不提供PII（個(gè)人識(shí)別信息）風(fēng)險(xiǎn)，并且誤報(bào)率較低。LiDAR可以在確定目標(biāo)距離的同時(shí)創(chuàng)建目標(biāo)的圖像，從而提供目標(biāo)的3D視圖并精確計(jì)算目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，而相機(jī)和雷達(dá)都無法提供。
此外，無論是在黑暗中還是在雨天或雪天等天氣條件下，雷達(dá)或攝像機(jī)都無法準(zhǔn)確看到，這嚴(yán)重限制了它們的“視線”能力。LiDAR還可以提供一定范圍內(nèi)物體的表面測量和精確分辨率。
對(duì)于無人駕駛汽車，最強(qiáng)大且響應(yīng)迅速的安全傳感器系統(tǒng)將是全套LiDAR，雷達(dá)，攝像機(jī)，其中LiDAR作為主要傳感器。
3、LiDAR在自動(dòng)駕駛中的地位
與攝像機(jī)和雷達(dá)不同，LiDAR可以在白天或夜晚的任何光照條件下運(yùn)行，這使其成為自動(dòng)駕駛汽車必不可少的技術(shù)。攝像頭，雷達(dá)和其他技術(shù)可以在一定程度上幫助車輛“看到”周圍的環(huán)境。一旦天黑或下雨，攝像頭技術(shù)就無法提供汽車準(zhǔn)確看到并區(qū)分人與其他物體所需的高分辨率圖像。LiDAR仍然是唯一提供最高范圍精度和最佳角分辨率的傳感器，因此LiDAR對(duì)于確保乘客和行人的安全至關(guān)重要。
車用LiDAR種類
車用LiDAR可以分為機(jī)械式和固態(tài)式兩種。
目前，僅用于ADAS系統(tǒng)的機(jī)械式LiDAR已經(jīng)商業(yè)化量產(chǎn)。用于L4級(jí)別以上的機(jī)械LiDAR往往安裝與汽車頂部，進(jìn)行360°機(jī)械式旋轉(zhuǎn)掃描。但是機(jī)械掃描LiDAR會(huì)造成掃描盲區(qū)，即汽車周圍近距離內(nèi)是視野盲區(qū)。另外，在長時(shí)間的使用過程中，電動(dòng)機(jī)械件容易故障，從而易產(chǎn)生安全問題。
因此自動(dòng)駕駛研究員開始研究固態(tài)激光雷達(dá)。
固態(tài)激光雷達(dá)，是指完全沒有移動(dòng)件的激光雷達(dá)。但近年來，一些帶有微小移動(dòng)部件的激光雷達(dá)也被統(tǒng)稱為“固態(tài)激光雷達(dá)”，它們具備了固態(tài)激光雷達(dá)很多的性能特點(diǎn)，如分辨率高、有限水平FOV（前向而不是360°）等，但他們從嚴(yán)格意義上來說不能算純固態(tài)激光雷達(dá)。代表為MEMS激光雷達(dá)。
MEMS（Micro－Electro－Mechanical System）指代的是將機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行微型化、電子化的設(shè)計(jì)，將原本體積較大的機(jī)械結(jié)構(gòu)通過微電子工藝集成在硅基芯片上，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。技術(shù)成熟，完全可以量產(chǎn)。主要是通過MEMS微鏡來實(shí)現(xiàn)垂直方面的一維掃描，整機(jī)360度水平旋轉(zhuǎn)來完成水平掃描，而其光源是采用光纖激光器，這主要是由于905納米的管子重頻做不高，重頻一高平均功率就會(huì)太大，會(huì)影響激光管的壽命。
從嚴(yán)格意義上來說，MEMS并不算是純固態(tài)激光雷達(dá)，這是因?yàn)樵贛EMS方案中并沒有完全消除機(jī)械，而是將機(jī)械微型化了，掃描單元變成了MEMS微鏡。
純固態(tài)激光雷達(dá)主要有OPA方案激光雷達(dá)，F(xiàn)lash激光雷達(dá)。
OPA（optical phased array）方案主要是采用多個(gè)光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)光相位時(shí)間差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方向的掃描。雷達(dá)精度可以做到毫米級(jí)，且順應(yīng)了未來激光雷達(dá)固態(tài)化、小型化以及低成本化的趨勢。其難點(diǎn)主要在于生產(chǎn)精度高，且需要提高單位時(shí)間內(nèi)測量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量。不過，隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，OPA方案的優(yōu)勢會(huì)越來越大。
Flash方案激光雷達(dá)的原理是快閃，它不像MEMS或OPA方案掃描物體，而是短時(shí)間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對(duì)環(huán)境周圍圖像的繪制。
