自動駕駛激光雷達(dá)中的角分辨率決定了什么？

[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號]在評價自動駕駛汽車的感知系統(tǒng)時，我們經(jīng)常會聽到各種各樣的專業(yè)術(shù)語，比如線束、探測距離、刷新率等。在激光雷達(dá)的評價參數(shù)中，角分辨率是一個非常關(guān)鍵的指標(biāo)。如果把激光雷達(dá)比作車輛的眼睛，那么角分辨率就直接決定了這雙眼睛究竟是近視眼還是飛行員級別的視力。

激光雷達(dá)的角分辨率到底在說哪門子事？

激光雷達(dá)是通過發(fā)射激光束來測量周圍物體距離的。它并不像攝像頭那樣可以拍出一張完整的照片，而是通過一根根激光線掃過空間，收集反射回來的點，最后組成一幅三維的圖像。角分辨率指的就是這些激光線之間留下的空隙有多大。

我們可以想象一下，激光雷達(dá)就像是一把不停旋轉(zhuǎn)的噴墨槍。如果這把槍噴出的墨水點非常密集，那它在墻上畫出的圖案就非常清晰；如果墨點之間離得很遠(yuǎn)，那畫出的圖案就會布滿孔洞。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

角分辨率可分為水平和垂直兩個維度，它的數(shù)值通常以“度”來表示。這個度數(shù)越小，意味著激光束排列得越緊密，能夠捕捉到的環(huán)境細(xì)節(jié)就越豐富。

這種緊密程度直接影響了感知系統(tǒng)的成像質(zhì)量。當(dāng)角分辨率足夠高時，雷達(dá)反饋給車載電腦的點云數(shù)據(jù)就會非常扎實，能夠清楚地勾勒出物體的幾何外形。相反，如果角分辨率數(shù)值較大，激光線之間就會產(chǎn)生明顯的斷層，導(dǎo)致反饋回來的數(shù)據(jù)像是一張分辨率極低的馬賽克照片。

為什么距離越遠(yuǎn)，視力就越容易模糊？

要理解角分辨率的重要性，就必須考慮到激光束在空間中傳播的物理特性。雖然激光的指向性很強，但它發(fā)射出去之后，隨著距離的增加，相鄰兩根激光束之間的實際物理距離會像一把扇子一樣越拉越寬。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

假設(shè)一個激光雷達(dá)的角分辨率是0.2度，在距離車頭10米的地方，兩根光束之間的間距可能只有幾厘米。但在200米外，這個間距可能會擴大到接近1米。此時，如果前方路面上掉落了一個輪胎或者立著一個交通錐，由于光束之間的空隙太大，激光線很有可能直接從這些障礙物的上方或側(cè)面穿過去，完全沒有打在物體上。

這就意味著，在遠(yuǎn)距離感知中，角分辨率直接決定了系統(tǒng)是否會發(fā)生漏檢。只有將角分辨率做得盡可能小，才能確保在遠(yuǎn)距離探測時，依然有足夠數(shù)量的激光點能準(zhǔn)確地落在小型物體上。這種性能表現(xiàn)可以讓自動駕駛車輛在高速行駛時，能夠提前發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)方微小隱患的唯一保障。

在真實路況中，分辨率高低意味著什么？

在真實的駕駛場景中，尤其是高速行駛的狀態(tài)下，高角分辨率的優(yōu)勢會轉(zhuǎn)化為巨大的安全余裕。當(dāng)激光雷達(dá)的角分辨率足夠小時，可以識別的場景就越遠(yuǎn)，生成的點云也會更加細(xì)致，更可以提前幾秒發(fā)現(xiàn)障礙物。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

對于高速行駛的自動駕駛汽車而言，提前發(fā)現(xiàn)障礙物所爭取到的幾秒鐘時間，就是生與死的差別。系統(tǒng)有了充足的時間進行平緩的減速或者規(guī)劃變道，而不會在撞上之前的最后一刻才緊急剎車。

在復(fù)雜的城市場景中，高角分辨率還能幫助車輛更好地區(qū)分緊挨在一起的目標(biāo)。舉個例子，若一個行人站在電線桿旁邊，高角分辨率的激光雷達(dá)就可以將兩者做出很好的區(qū)分，這種細(xì)微的辨別能力，是車輛做出正確駕駛決策的前提。

物理上的精準(zhǔn)如何為系統(tǒng)減負(fù)？

很多人可能會認(rèn)為，硬件只要能拍到東西，剩下的交給人工智能算法不就行了嗎？事實并非如此。在自動駕駛的邏輯中，硬件輸出的數(shù)據(jù)質(zhì)量越高，后端算法的壓力就越小（相關(guān)閱讀：為什么高線束激光雷達(dá)反而更省算力？）。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

如果激光雷達(dá)給出的原始數(shù)據(jù)是一堆模糊不清的點，算法就需要耗費大量的計算資源去聯(lián)想和補全物體的形狀。這個過程不僅費時，還非常容易出錯，更易產(chǎn)生幻覺。而高角分辨率直接在物理層面就給出了一個幾乎不需要過度猜測的真實輪廓。

當(dāng)系統(tǒng)感知到的點云足夠細(xì)致時，它處理圖像的速度會大幅加快，識別的準(zhǔn)確率也會提升。這種軟硬件的配合，讓車輛在處理突發(fā)狀況時能表現(xiàn)得更加果斷，不會因為信號模糊而產(chǎn)生遲疑。從這個角度來看，角分辨率的每一次微小進步，其實都是在為整個自動駕駛大腦減負(fù)，讓它能把更多的精力放在復(fù)雜的交通博弈和路線規(guī)劃上。

最后的話

激光雷達(dá)的角分辨率不僅是一個冷冰冰的技術(shù)指標(biāo)，它更是衡量自動駕駛安全邊界的一把標(biāo)尺。隨著技術(shù)的發(fā)展，激光束變得越來越細(xì)、越來越密，這正是實現(xiàn)真正可靠駕駛的關(guān)鍵基石。