[首發于智駕最前沿微信公眾號]在自動駕駛系統中，激光雷達作為重要的感知硬件，成為了很多車企的主要選擇。激光雷達雖然可以獲得環境的深度信息，但在灰塵較多的環境下，會出現返回信號被大量散射和衰減、點云中噪聲激增且分布無規律、目標輪廓模糊或部分丟失、有效探測距離顯著縮短以及偶發的虛假障礙回波等現象，這會導致目標檢測與跟蹤精度下降、定位和路徑決策受影響，甚至觸發誤報緊急制動等情況。灰塵這一不起眼的小東西，是如何影響激光雷達識別效果的？

激光雷達的“眼睛”是怎么工作的？

在聊灰塵為什么會影響激光雷達的識別效果前，需要先厘清激光雷達是如何工作的。

激光雷達（LiDAR，全稱LightDetectionandRanging）是一種主動傳感器，它自己發出激光光束，激光束在碰到周圍物體后會反射回來。通過測量每個激光脈沖從發射到返回所需要的時間，就可以算出目標物體的距離和方向，從而構建出周圍環境的三維點云圖。

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這種設計在理想狀態下可以獲得非常準確的環境信息，但如果遇到如雨滴、煙霧、灰塵等物體時，會受到非常大的影響，這些障礙物會影響激光束，從而影響返回的信號質量。

灰塵是如何干擾激光信號的？

在人類駕駛汽車時，若環境中有灰塵，其實影響并不大。但對于激光雷達來說，灰塵其實是一個非常麻煩的干擾源。

當激光束遇到空氣中的灰塵顆粒時，會發生散射現象，原本應該直線傳播的光被灰塵粒子打偏。這樣的散射會讓返回信號變得更弱、更模糊，甚至一些光可能根本回不到接收端去。灰塵越多，光斑散射會更嚴重，探測到的有效信號就越弱，最終表現為點云數據的噪聲增加、物體輪廓變得不清晰，甚至讓系統誤判沒有障礙物存在。

除了偏折光線外，灰塵還會讓光束在傳播過程中損失能量，導致雷達接收端接收到的信號強度下降。信號強度一旦降到傳感器的噪聲水平附近，就很難準確區分真實反射和背景噪聲，這會直接影響測距精度和對遠距離物體的識別能力。

灰塵還會導致激光雷達視窗污染，激光雷達發射和接收光束需要透過一個透明的保護玻璃或窗口。如果這個視窗表面附著了灰塵，并且隨著時間逐漸積累變厚，激光在穿越這層污染層時就會產生漫反射和吸收，光束出去和回來的信號就被削弱甚至改變方向。這種物理的遮擋對點云的整體質量影響極大，不僅會讓距離測量不準，還可能讓系統誤以為前方有障礙或根本沒看到真實的物體。

灰塵影響識別質量的實際表現

知道了灰塵是怎么干擾激光信號的，我們再來看這些干擾在真實應用中會帶來什么后果。

在自動駕駛或機器人導航系統中，激光雷達的作用是幫助車輛理解周圍的三維空間。如果點云數據質量差，系統就很難準確分辨前方是空曠的路面還是一個障礙物。這種誤判可能會讓車輛提前剎車、忽略真實障礙，甚至執行錯誤的避障動作。特別是在一些粉塵飛揚的工廠、礦區等場景里，因為大量小顆粒懸浮在空氣中，持續干擾激光傳播，這種干擾就更明顯。

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另一個常見的表現是點云的噪點增多。在晴朗無塵的環境下，激光雷達返回的點云主要來自于實際物體表面，那些點排列有序、反映真實界面。但如果空氣中充滿灰塵，那么很多光束會被灰塵散射后返回，這些雜亂的返回信號就會在點云中生成大量與真實物體無關的“噪點”。這些無意義的點會干擾后續的幾何計算和目標識別算法，使得整個系統的感知準確率下降。

灰塵對識別距離的影響也不容忽視，在灰塵密集的環境中，由于激光信號能量的快速衰減，有效的檢測距離會縮短。也就是說，在正常條件下能準確識別100米之外的物體，在灰塵環境下可能只能識別50米甚至更短距離范圍內的物體。對于高速行駛的自動駕駛車輛來說，這樣的感知盲區將帶來潛在的安全風險。

有些灰塵粒子還會被誤判為真實障礙物。比如在空氣中漂浮的細小顆粒會反射回來一些微弱信號，這些信號可能被算法誤認為是小的障礙物，從而導致虛假的緊急制動或避障行為。這時系統雖然“看起來”很忙，但實際上是在對本不該存在的障礙做出反應。

如何減輕灰塵對激光雷達的影響

針對灰塵干擾，其實已經有不少對策被提出和應用。

一種思路是從硬件上減少灰塵對視窗的附著。在雷達的外殼材料和涂層設計上，采用高透光性且抗污能力強的材料，可以減少灰塵在保護罩上的積累，從而保證激光盡量少受遮擋。比如一些應用場景中，會使用表面帶有納米抗污涂層的保護罩，使灰塵不易粘附，延長設備的清潔周期。

在軟件層面，行業內也開發了針對性的濾波和識別算法。這些算法會結合激光回波的強度、距離以及點云周圍點的分布情況，來判斷哪些點更可能是灰塵散射產生的噪聲，然后把它們從點云數據中剔除。這樣的“去塵算法”能在一定程度上還原真實環境的點云信息，并減少虛假障礙物的影響。

還有一種方法是傳感器融合，就是把激光雷達和其他類型的傳感器結合起來一起用。像是攝像頭就可以提供圖像信息，幫助區分灰塵和真實目標，毫米波雷達對雨霧灰塵的穿透能力更好，將他們結合起來就能形成更魯棒的感知系統，在復雜環境中比單一激光雷達可靠得多。

在一些特殊的極端場景，還會加入主動清潔措施，比如在激光雷達外部加裝吹氣裝置、刷子或者其他機械清潔模塊，定期把視窗表面的灰塵清理掉。不過這類方案成本和維護要求較高，主要用于工業或特殊機器人環境。

最后的話

灰塵對激光雷達的影響是多方面的。它不僅會讓激光傳播路徑變得混亂，還會降低信號強度，污染傳感器視窗，最終導致點云數據噪聲增加、識別精準度下降、探測距離縮短甚至誤判障礙物。對于自動駕駛這樣的安全關鍵應用來說，這些影響不容忽視。

審核編輯 黃宇