电动知士 26-03-05 19:45
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华为的896线激光雷达,主要的讨论都集中在“双光路”上,通过一发双收,长焦加广角两个接受单元,同时实现了大范围+远距离的感知。

但在我看来,虽然“双收”无疑是这台激光雷达工程上的最大挑战,但更具挑战的,或许在于“一发”,即:通过一套激光发射单元,同时实现大范围+远距离ROI的激光扫描。

从发布会上的演示可见,这台激光雷达的点云呈现出“中间密、两边稀”的特性,画面中央区域线束更多、点更密。(图1)

那么,这种类似于ROI的效果,是单一个“双光路”就能实现的吗?

我们知道,激光雷达的回波信号,绝对前提是发射激光已经照射到目标并产生反射。长焦 SPAD 阵列能收到高密度回波,必然对应发射端在该长焦 ROI 视场内,已经打出了匹配该密度的激光线束—— 没有发射照射,就不可能有回波信号,这是光电探测的基本物理规则,没有任何例外。

也就是说,对中央区域的“ROI”扫描,在发射端就已经形成。而双光路设计的核心任务,则是分别精准地接收来自近距离和远距离的回波信号。

那么,华为是如何在发射端就实现高达896线的ROI扫描的?

华为之前的技术路径是转镜方案,即通过多面体转镜的匀速转动反射激光,利用镜面的微小倾角差,在垂直方向把光束错位交织,实现水平扫描和垂向加密。

例如192线激光雷达,就是通过一个四面体转镜,配合一个48线激光器,实现了192线的扫描。(图2)

那么在新的激光雷达上,也可能延续了这一方案。但要实现达896线的扫描和双光路接受,设计上会更复杂。

下面说一种假想方案:

112线VCSEL光源,配合非等差渐变倾角的8面体转镜。

其中,由于8面体的每个面对应的机械角度是360°/8=45°,根据光学反射定律,光学角 = 2 × 机械角,因此单面能扫出的最大极限FOV只有 90°。因此为了能实现水平120°的FOV,需要把112线VCSEL光源分成2组,形成两股不同角度的入射光,来实现扫描区域的重叠。

例如使用2个56线的VCSEL激光器,每个激光器扫描的FOV为70°,由此来组成一个120°的水平(广角)FOV,中央的20°就会自然形成一个重叠的ROI区(长焦区)。(图3)

也就是说,非ROI区(广角区)的点云也是拼接的,这一点在发布会上的演示中也有一定体现。(图4)

这样一来,就能得到一个ROI区(长焦区)896线、非ROI区(广角区)448线的点云。

同时,由于非ROI区(广角)只负责中近距离的探测,因此在扫描非ROI区(广角区)时,激光可以只开启部分发光单元,以降低功耗和发热,将有限的能量(光子)用于ROI区(长焦区)。比如只开启一半的话,非ROI区(广角区)点云就会是224线,这也更符合目前演示所体现出的效果(即接近192线的效果)。

与此同时,“长焦光路”的价值也在这里体现出来。它不仅仅是把画面“放大”,更重要的是通过更长焦距、更小角分辨率和更高的接收效率,把远距离目标反射回来的那一点点光子尽可能集中、放大,并降低环境光噪声带来的干扰。

当然,以上纯属猜测!具体华为如何实现的896线和“双光路”接受,还要等日后华为披露更多的细节了。

总结一下:
发射端负责把有限的光子资源精准地打到最关键的区域;
长焦接收端则负责把远距离稀薄的回波信号尽可能完整地收回来。

当这两件事同时做好时,才会出现我们看到的那种点云形态。

所以,从系统架构的角度看,896线这台激光雷达真正值得研究的地方,并不仅仅是“双光路”,而是它如何在一套发射系统里完成光子资源的空间调度。

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发布于 北京