圖 各種傳感器搭配達(dá)成最佳智駕，就是有點(diǎn)費(fèi)錢

原理差異

[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號]點(diǎn)云不是激光雷達(dá)獨(dú)有的。所謂點(diǎn)云，就是用一堆點(diǎn)來表述的數(shù)據(jù)，每個(gè)點(diǎn)的基本盤是xyz三坐標(biāo)（有一種點(diǎn)云格式就叫.xyz），在附帶一些信息，比如強(qiáng)度，比如速度等等。

任何傳感器用一堆點(diǎn)來表示探測到的數(shù)據(jù)，都可以是點(diǎn)云，比如毫米波雷達(dá)也是點(diǎn)云。

圖 筆者機(jī)器上的點(diǎn)云可視化

毫米波雷達(dá)：通過發(fā)射毫米波（波長 1-10 毫米），利用電磁波反射特性探測目標(biāo)，通過多普勒效應(yīng)獲取速度信息，點(diǎn)云由反射信號的空間位置計(jì)算生成。波長越短的電磁波越“硬”，越容易彈回來；波長越長越“軟”，容易穿透過去。

這也是建國初期斯大林要在中國建設(shè)長波電臺(tái)，偉人沒有同意。長波電臺(tái)就是聯(lián)系水下潛艇的，波長越長穿透力越強(qiáng)，穿過海水。所以毫米波雷達(dá)對一些非金屬的軟物體（比如塑料布）會(huì)穿過去沒有回波，導(dǎo)致漏檢。

特別的，毫米波雷達(dá)單獨(dú)一幀的每個(gè)點(diǎn)是有速度的，因?yàn)槎嗥绽招?yīng)；但是激光雷達(dá)單幀點(diǎn)云的每個(gè)點(diǎn)只有距離沒有速度，因?yàn)榭考す夥瓷鋾r(shí)間測距，激光波長太短了，無法利用多普勒效應(yīng)。

激光雷達(dá)（LiDAR）發(fā)射激光束（波長通常在 600-1600 納米，比毫米波短多了），通過測量光束往返時(shí)間（TOF）計(jì)算距離，點(diǎn)云由激光點(diǎn)的三維坐標(biāo)構(gòu)成。

其實(shí)光也是電磁波，只不過波長超短，頻率超高（電磁波和光都是光速），直觀說也就特別硬，碰見什么都會(huì)反彈，不管是金屬還是非金屬。當(dāng)然，這個(gè)特點(diǎn)也導(dǎo)致激光雷達(dá)特別容易被干擾，雨霧天氣，空氣中的小水滴和沙塵也會(huì)讓激光反彈回去。

圖 激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)探測效果對比，來自網(wǎng)絡(luò)

點(diǎn)云特點(diǎn)對比

1.點(diǎn)云密度與分辨率

毫米波雷達(dá)：

點(diǎn)云密度低，通常每幀只有幾十到幾百個(gè)點(diǎn)（取決于雷達(dá)通道數(shù)）。

橫向 / 縱向分辨率較差，遠(yuǎn)處目標(biāo)易出現(xiàn) “點(diǎn)云稀疏” 甚至丟失，難以區(qū)分細(xì)節(jié)（如車輛輪廓、行人肢體）。

例：128 通道毫米波雷達(dá)對 100 米外的車輛，可能僅生成 5-10 個(gè)點(diǎn)。

激光雷達(dá)：

點(diǎn)云密度高，高分辨率 LiDAR（如 192 線）每幀可生成數(shù)百萬個(gè)點(diǎn)。

能清晰刻畫目標(biāo)輪廓（如車輛的邊角、行人的四肢）。

例：192 線 LiDAR 對 100 米外的車輛，可生成數(shù)百個(gè)點(diǎn)，足以還原其形狀。

2.空間精度

毫米波雷達(dá)：

距離精度較低，通常在 1 米左右（遠(yuǎn)距離誤差更大）。

角度分辨率差（一般幾度到十幾度），近距離易出現(xiàn)“點(diǎn)云重疊”（如并排車輛的點(diǎn)云混在一起）。

激光雷達(dá)：

距離精度可達(dá)厘米級（如±2cm），角度分辨率可至 0.1 度以下。

能精確區(qū)分相鄰目標(biāo)（如兩車相距 1 米時(shí)，點(diǎn)云邊界清晰）。

圖 車展現(xiàn)場，Lidar點(diǎn)云清晰識別觀眾輪廓，來自網(wǎng)絡(luò)

3.環(huán)境適應(yīng)性

毫米波雷達(dá)：

抗干擾能力強(qiáng)，不受雨、雪、霧、強(qiáng)光（如逆光）影響，夜間性能穩(wěn)定。

對非金屬目標(biāo)（如塑料、布料）反射較弱，可能漏檢。

激光雷達(dá)：

雨、雪、霧會(huì)散射激光，導(dǎo)致點(diǎn)云噪聲增加，遠(yuǎn)距離探測能力下降（如大霧天有效距離從 200 米降至 50 米）。

強(qiáng)光（如正午陽光）可能干擾接收端，造成部分點(diǎn)云丟失。

對大多數(shù)物體（包括非金屬）反射穩(wěn)定，漏檢率低。

4.點(diǎn)云屬性

毫米波雷達(dá)：

點(diǎn)云除了三維坐標(biāo)（x,y,z），還包含速度信息（通過多普勒效應(yīng)直接測量，精度高）。

無顏色、反射強(qiáng)度等細(xì)節(jié)信息，反射強(qiáng)度僅能粗略區(qū)分金屬 / 非金屬。

激光雷達(dá)：

點(diǎn)云包含三維坐標(biāo)、反射強(qiáng)度（可用于區(qū)分路面、車輛、行人等不同材質(zhì)）。

部分 LiDAR（如多線彩色 LiDAR）可輸出顏色信息（結(jié)合攝像頭）。

速度信息需通過多幀點(diǎn)云計(jì)算（如光流法），精度低于毫米波雷達(dá)。

5.數(shù)據(jù)量與成本

毫米波雷達(dá)：

點(diǎn)云數(shù)據(jù)量小（每幀 KB 級），對處理器算力要求低。

成本低（車規(guī)級雷達(dá)約幾十到幾百美元），適合大規(guī)模量產(chǎn)。

激光雷達(dá)：

點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大（每幀 MB 級，192 線 LiDAR 每小時(shí)可產(chǎn)生數(shù)十 GB 數(shù)據(jù)），需高性能處理器處理。

成本高（車規(guī)級高分辨率 LiDAR 曾達(dá)數(shù)萬美元，目前降至幾千美元，但仍高于毫米波雷達(dá)）。

二者點(diǎn)云特點(diǎn)決定了二者典型應(yīng)用場景差異。

毫米波雷達(dá)適合對環(huán)境魯棒性要求高、需快速獲取速度信息的場景，如：

自適應(yīng)巡航（ACC）：測量前車距離和速度。

自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）：惡劣天氣下檢測前方障礙物。

激光雷達(dá)適合需要高精度三維建模、目標(biāo)識別的場景，如：

自動(dòng)駕駛高清地圖構(gòu)建：還原道路細(xì)節(jié)（車道線、護(hù)欄）。

城市級三維掃描：生成精細(xì)的建筑、地形模型。所以很多激光雷達(dá)的學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)集是遙測方面的。

詳細(xì)總結(jié)表格如下：

成本、探測距離和處理算力需求的對比

核心參數(shù)對比如下

1、成本差異

毫米波雷達(dá)成本僅為激光雷達(dá)的1/10-1/5，主要因激光雷達(dá)需精密光學(xué)部件（如905/1550nm激光器、旋轉(zhuǎn)鏡組）；

4D毫米波雷達(dá)雖比傳統(tǒng)毫米波貴，但仍顯著低于激光雷達(dá) 。

圖 毫米波雷達(dá)只有天線，沒有光學(xué)部件，來自網(wǎng)絡(luò)

圖 激光雷達(dá)的高精度光學(xué)器件，來自網(wǎng)絡(luò)

2、探測性能

距離：毫米波在遠(yuǎn)距探測（>300米）占優(yōu)，尤其適用于高速公路場景；

精度：激光雷達(dá)在三維建模（如識別路緣石、小物體）上更精準(zhǔn)，分辨率可達(dá)毫米級。

3、算力需求

激光雷達(dá)產(chǎn)生的點(diǎn)云數(shù)據(jù)需GPU/NPU進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，算力消耗大（典型需求>20TOPS）；

毫米波雷達(dá)輸出可直接用于決策，適合算力受限的入門級智駕系統(tǒng)。

順便說一句，4D毫米波的4D，第四個(gè)維度是高度。

總結(jié)

首先，毫米波雷達(dá)絕不可能取代激光雷達(dá)，一句話原因，精度太差。

在毫米波雷達(dá)看來，站立不動(dòng)的路人和路上的錐形桶是一回事兒。這里強(qiáng)調(diào)站立不動(dòng)是因?yàn)楹撩撞梢杂枚嗥绽招?yīng)檢測點(diǎn)的速度，說以走路的人和錐形桶還是可以區(qū)分開的。

圖 激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)和攝像頭對比，來自網(wǎng)絡(luò)

其次，二者的第一性原理的區(qū)別在介質(zhì)的波長。它們的介質(zhì)本質(zhì)都是電磁波（光也是電磁波），唯一區(qū)別是波長。

在一些量子力學(xué)書籍里面，解釋光的波粒二象性，用了一個(gè)很好的概念，“波包”，一組波包絡(luò)在一個(gè)小范圍內(nèi)，就像一個(gè)粒子。波包的解釋光的波粒二象性，不敢說完美，但是比我們上學(xué)時(shí)候?qū)W的辯證法（同時(shí)又是驢又是馬）解釋還是強(qiáng)多了。

圖 波包，來自網(wǎng)絡(luò)

毫米波的波長長，波包軟，射程遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，但精度不高，有點(diǎn)像在丟沙包。

激光雷達(dá)的波長短，波包硬，射程有限，反射性強(qiáng)，精度高，有點(diǎn)像在丟小石子。

至于未來有沒有介于它們之間的介質(zhì)，那就要看基礎(chǔ)研究的突破了。

審核編輯 黃宇