沒有在激光雷達(dá)身上“吃過虧”的自動(dòng)駕駛公司，就像筆者年代沒有癡迷過“龜仙人”的小朋友，童年是遺憾的。紙面上的200m測距能力，在視場角邊緣為何只有100m？在烈日當(dāng)頭和夕陽西下時(shí)，激光雷達(dá)點(diǎn)云的噪點(diǎn)水平怎么和化妝和未化妝的姑娘相差這么大？遇到高反射率物體和低反射率物體時(shí)，激光雷達(dá)怎么和見了仇人一樣，劍拔弩張？

激光雷達(dá)技術(shù)演進(jìn)的路線尚未收斂，新加入的玩家又如雨后春筍，導(dǎo)致市面上基于不同技術(shù)路線的激光雷達(dá)新產(chǎn)品層出不窮，且都在王婆賣瓜，自賣自夸。自動(dòng)駕駛公司前期不斷在核心算法、場景理解上建立競爭壁壘，忽視了自動(dòng)駕駛硬件導(dǎo)入前測試驗(yàn)證。結(jié)果在實(shí)際落地過程中，硬件暴露的各種問題成為影響項(xiàng)目進(jìn)度的罪魁禍?zhǔn)住?br>

濃妝淡抹與穿金戴銀都是表面現(xiàn)象，內(nèi)心的真善美才應(yīng)是我們追逐的本質(zhì)。故自動(dòng)駕駛?cè)谠挼谑钠?，筆者就和大家分享激光雷達(dá)盛世美顏下掩蓋著哪些偷稅、漏稅的“丑陋”以及如何通過行之有效的方法撥掉面具，還原其本來面目。

面具掩蓋下的“丑陋”

下文逐一列舉激光雷達(dá)容易發(fā)生的一些典型問題，有的是硬件原理問題，有的是軟件算法問題。問題之間可能還存在相互掣肘的關(guān)系，如何在博弈中設(shè)計(jì)最優(yōu)的產(chǎn)品，真正考驗(yàn)著激光雷達(dá)廠商的系統(tǒng)能力，也是決定其能否成為“百年老店”的關(guān)鍵。

一、“拖尾”問題

按照測距方式不同，激光雷達(dá)主要分為ToF（Time of Flight，飛行時(shí)間）與FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave，調(diào)頻連續(xù)波）兩類。ToF類型是目前量產(chǎn)的激光雷達(dá)的絕大多數(shù)選擇。

在ToF（Time of Flight，飛行時(shí)間）方法中，激光雷達(dá)發(fā)送端發(fā)射一個(gè)脈沖，打到物體后返回，接收端接收到回波后計(jì)算兩者之間接收時(shí)間差，并通過乘以光速來實(shí)現(xiàn)物體之間距離的測量。

理想情況下，脈沖打到物體表面是一個(gè)理想的光斑點(diǎn)，但由于實(shí)際的脈沖存在一定的發(fā)散角，所以打到物體上會(huì)是一個(gè)面，且隨距離增加，這個(gè)面會(huì)越大。這樣就存在一種可能性，當(dāng)存在前后兩個(gè)物體，且激光雷達(dá)脈沖打到前面物體的邊緣時(shí)，就有可能出現(xiàn)部分激光脈沖打到后面物體上，這就是激光雷達(dá)的“拖尾”問題。

拖尾問題的直接后果就是激光雷達(dá)打出去的一個(gè)脈沖返回兩個(gè)回波，導(dǎo)致激光雷達(dá)陷入“迷茫”，無法判斷以哪個(gè)距離為準(zhǔn)。解決“拖尾”問題，如果從源頭上杜絕的話，那就是選用能量更聚焦、發(fā)散角更小的激光脈沖發(fā)射器。如果從算法上優(yōu)化的話，可以通過判斷角度閾值是否在合理范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)拖點(diǎn)甄別及刪除。

二、盲區(qū)“吸點(diǎn)”

激光雷達(dá)探測器一般有幾到幾十納秒的Dead Time,Dead Time指是接收到一個(gè)激光脈沖后到再能接受一個(gè)新激光脈沖所需的最短時(shí)間。當(dāng)一束激光脈沖打出去的時(shí)候，首先會(huì)在激光出射鏡頭產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)反射信號(hào)被探測器接收，如果障礙物距離太近，由于激光接收器還處于Dead Time時(shí)間，近距離物體的脈沖回波無法被探測到，從而導(dǎo)致近距離物體測距不準(zhǔn)。

激光雷達(dá)探測近距離物體時(shí)出現(xiàn)的測距不準(zhǔn)問題被稱為“吸點(diǎn)”，這個(gè)是困擾整個(gè)行業(yè)的難題，是需要底層探測器硬件不斷進(jìn)化。測距不準(zhǔn)的近距離區(qū)域通常會(huì)被設(shè)定為“盲區(qū)”，這個(gè)盲區(qū)的大小通常在0.1~1m之間。

三、高反“鬼影”

對(duì)于高反射率物體，進(jìn)入到激光雷達(dá)視場及測距范圍后，輸出的點(diǎn)云除了在真實(shí)位置有成像以外，還容易在其它位置形成一個(gè)形狀、大小類似的成像，而這個(gè)虛假的成像被稱為“鬼影”。不同類型激光雷達(dá)產(chǎn)生“鬼影”的行蹤各不相同。

“鬼影”的形成是由于激光雷達(dá)對(duì)高反射率物體反射回來的高強(qiáng)度回波非常敏感，在實(shí)際駕駛場景中，常見的高反射率物體包括交通指示牌、錐桶、三角指示牌、汽車牌照，尾燈等。

如下圖所示，左側(cè)本來激光無法掃描到，但是由于右側(cè)存在高反指示牌的“鬼影”現(xiàn)象，導(dǎo)致在左側(cè)形成一個(gè)形狀、大小相似的點(diǎn)云。

四、高反“膨脹”

對(duì)于高反射率物體，另外一個(gè)異?，F(xiàn)象就是“膨脹”?！芭蛎洝笔侵讣す鈷呙韪叻瓷渎饰矬w后，輸出的點(diǎn)云會(huì)向四周擴(kuò)散，看起來就像“膨脹”了一樣，因此稱為高反“膨脹”

下圖白框框出來的部分本來是一些高反的細(xì)桿，但由于“膨脹”問題的存在，活生生變成了一個(gè)球。解決高反“鬼影”和高反“膨脹”是一個(gè)系統(tǒng)工程，既需要硬件本身具有高反射信號(hào)的良好分辨能力，又需要算法配合進(jìn)行適中的優(yōu)化。

五、空洞

對(duì)于近處低矮障礙物，激光雷達(dá)由遠(yuǎn)及近靠近過程中，出現(xiàn)的點(diǎn)云“時(shí)有時(shí)無”的丟失現(xiàn)象被稱為“空洞”。障礙物原始點(diǎn)云的“時(shí)有時(shí)無”會(huì)讓感知軟件難以連續(xù)跟蹤，從而沒法準(zhǔn)確判斷是不是一個(gè)固定障礙物，容易導(dǎo)致危險(xiǎn)的急剎車或頻繁的“減速加速”現(xiàn)象。

六、陽光干擾

當(dāng)車輛面向太陽方向行駛的時(shí)候且激光雷達(dá)視窗也朝向陽光方向，如果沒有良好設(shè)計(jì)的處理系統(tǒng)，很容易導(dǎo)致激光雷達(dá)點(diǎn)云中出現(xiàn)明顯噪點(diǎn)。

七、對(duì)射干擾

不同激光雷達(dá)之間如果靠得太近，不同雷達(dá)發(fā)射和接受脈沖容易被混淆，導(dǎo)致點(diǎn)云出現(xiàn)噪點(diǎn)。

去偽存真的“導(dǎo)入流程”

面對(duì)眾多紙面上參數(shù)相似，采購價(jià)格接近，對(duì)接商務(wù)小姐姐顏值相當(dāng)?shù)募す饫走_(dá)產(chǎn)品，自動(dòng)駕駛公司該如何花費(fèi)適中的人力、物力，用適中的時(shí)間找到價(jià)值觀一致的產(chǎn)品？答案是“標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)入流程”，標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)入流程通過流水線化的驗(yàn)證及評(píng)審過程，可以剔除人為主觀厭惡，達(dá)到去偽存真，檢驗(yàn)騾子還是馬的目的。

筆者從一個(gè)激光雷達(dá)資深受害者的角色，于不斷失敗中總結(jié)出一套標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入流程，一套可量化的測試方案。導(dǎo)入流程、測試方案均為一個(gè)受害者基于當(dāng)前所處環(huán)境的一家之言，分享出來也僅用于民間交流、相互進(jìn)步。整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入流程包含三大階段、六大步驟。當(dāng)然，通過對(duì)每個(gè)階段測試內(nèi)容的更新，這套標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入流程不僅適用于激光雷達(dá)，也可適用于高精度組合導(dǎo)航、感知相機(jī)、毫米波雷達(dá)等自動(dòng)駕駛硬件產(chǎn)品。

第一個(gè)階段為產(chǎn)品驗(yàn)證階段，由產(chǎn)品部門主導(dǎo)，主要包括單體性能驗(yàn)證和單體架構(gòu)級(jí)功能驗(yàn)證兩個(gè)步驟。對(duì)于激光雷達(dá)來說，單體性能驗(yàn)證內(nèi)容主要包括紙面參數(shù)核實(shí)、典型障礙物的識(shí)別效果，特殊場景表現(xiàn)等。單體架構(gòu)級(jí)功能驗(yàn)證主要用來驗(yàn)證產(chǎn)品是否滿足平臺(tái)化架構(gòu)對(duì)零件的功能要求，包括時(shí)間同步方式及精度、網(wǎng)絡(luò)管理、電源管理、診斷配置升級(jí)等功能。

產(chǎn)品驗(yàn)證階段的測試方案由產(chǎn)品部門收集來自客戶場景、系統(tǒng)架構(gòu)、算法研發(fā)等需求，匯總形成的一份準(zhǔn)入測試用例，并由測試部門負(fù)責(zé)執(zhí)行，技術(shù)Leader牽頭進(jìn)行決議。

第二個(gè)階段為研發(fā)驗(yàn)證階段，由研發(fā)部門主導(dǎo)，主要包括軟件系統(tǒng)驗(yàn)證和硬件系統(tǒng)驗(yàn)證兩個(gè)步驟。研發(fā)驗(yàn)證前需要將一套硬件布置在測試車輛上，布置的位置和角度應(yīng)為理論上的量產(chǎn)布置位置。軟件系統(tǒng)驗(yàn)證為各個(gè)算法模塊進(jìn)行算法匹配驗(yàn)證、理論布局驗(yàn)證、CPU占用、AI算力消耗及內(nèi)存讀寫速度等方面的驗(yàn)證。硬件系統(tǒng)驗(yàn)證主要考察電氣連接方案和機(jī)械固定方案是否滿足整車系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠的要求。

研發(fā)驗(yàn)證階段的測試方案由研發(fā)部門根據(jù)自己軟件模塊對(duì)激光雷達(dá)的需求設(shè)計(jì)針對(duì)性的測試用例，同時(shí)由研發(fā)部門負(fù)責(zé)執(zhí)行，技術(shù)Leader牽頭進(jìn)行測試結(jié)論的決議。

第三階段為實(shí)車驗(yàn)證階段，由項(xiàng)目部門主導(dǎo)。挑選合適的客戶現(xiàn)場，進(jìn)行可靠性，耐久性，一致性驗(yàn)證。驗(yàn)證周期為1~3個(gè)月，驗(yàn)證通過則開始進(jìn)行批量化導(dǎo)入。

實(shí)車驗(yàn)證階段的測試方案由測試部門根據(jù)現(xiàn)場易出問題的場景、設(shè)計(jì)有針對(duì)性的測試用例，測試報(bào)告由項(xiàng)目牽頭，組織產(chǎn)品、研發(fā)、測試進(jìn)行評(píng)審，從而決議是否進(jìn)行大規(guī)模批量化導(dǎo)入。

“騾子”還是“馬”的驗(yàn)證方法

產(chǎn)品驗(yàn)證階段

在產(chǎn)品驗(yàn)證階段，主要目的是摸清激光雷達(dá)的底細(xì)從而找到其性能邊界，避免后期試錯(cuò)的成本。因此驗(yàn)證主要分為三個(gè)方面：（1）激光雷達(dá)紙面參數(shù)的真實(shí)情況；（2）典型物體的識(shí)別效果；（3）特殊場景的性能表現(xiàn)；（4）架構(gòu)級(jí)功能的支持情況。

紙面參數(shù)驗(yàn)證

從規(guī)格書中，挑選出我們關(guān)心的且又是供應(yīng)商最容易賣弄文采的參數(shù)，包括FOV（Field of View，視野范圍）、測距能力、盲區(qū)大小。對(duì)于FOV，垂直30°可能是水平某一個(gè)角度區(qū)間可以達(dá)到的角度，而在水平其它角度區(qū)間，垂直FOV可能只有25°；對(duì)于測距能力，可能只有水平FOV 60°的范圍可以達(dá)到標(biāo)稱的最大測距能力，兩邊范圍最大測距能力可能只有80%。這些供應(yīng)商都不會(huì)主動(dòng)坦白，嚴(yán)刑逼供也不會(huì)認(rèn)慫服罪。因此紙面參數(shù)驗(yàn)證過程既是確認(rèn)激光雷達(dá)是否可以滿足需求的第一步，也是對(duì)這家公司誠信品質(zhì)的驗(yàn)證。

典型物體識(shí)別

激光雷達(dá)紙面上的分辨率是一個(gè)抽象的數(shù)字，我們無法從中想象出面對(duì)不同距離下不同大小物體的識(shí)別效果。同時(shí)由于激光雷達(dá)面對(duì)高反射率、低反射率物體的一些詭異現(xiàn)象存在。因此我們有必要梳理出場景中的典型物體，并測試激光雷達(dá)在不同距離下面對(duì)這些物體的識(shí)別效果。

（3）特殊場景測試

陽光直射、揚(yáng)塵天氣、雨雪天氣等都是自動(dòng)駕駛車輛會(huì)遇到的一些特殊場景，而在這些場景中，如果激光本體系統(tǒng)架構(gòu)和算法足夠優(yōu)秀，可以在一定程度上減輕這些特殊場景的影響，同時(shí)搭配上后端輕量化的算法，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛車輛在絕大多數(shù)特殊場景下的正常工作。

（4）架構(gòu)級(jí)功能驗(yàn)證

架構(gòu)級(jí)功能驗(yàn)證主要驗(yàn)證產(chǎn)品是否具備平臺(tái)架構(gòu)要求的時(shí)間同步功能、電源管理、網(wǎng)絡(luò)管理、診斷配置、遠(yuǎn)程升級(jí)等功能，這些也是影響后期批量化部署及交付的重要功能。

研發(fā)驗(yàn)證階段

在研發(fā)驗(yàn)證階段，主要包括軟件系統(tǒng)驗(yàn)證和硬件系統(tǒng)驗(yàn)證兩個(gè)步驟。

研發(fā)各功能模塊對(duì)激光雷達(dá)的要求不同，感知模塊側(cè)重點(diǎn)可能在激光掃描方式、點(diǎn)云完整度及噪點(diǎn)情況，定位模塊側(cè)重點(diǎn)可能在精度及分層情況、主動(dòng)安全模塊側(cè)重點(diǎn)可能是特殊場景下的識(shí)別效果。因此軟件系統(tǒng)驗(yàn)證的目的是將激光雷達(dá)注入算法的靈魂，一方面可以計(jì)算算法移植的工作量，另一方面可以驗(yàn)證新激光雷達(dá)是否可以滿足本功能的需求。

硬件系統(tǒng)驗(yàn)證主要包括電氣接口方案及機(jī)械固定方案，驗(yàn)證內(nèi)容包括供電電壓是否足夠穩(wěn)定，整車EMC對(duì)通信鏈路的影響，瞬時(shí)啟動(dòng)功率對(duì)整車其它用電器的影響，機(jī)械安裝方案是否牢固、可靠等。

由于研發(fā)驗(yàn)證階段是按照量產(chǎn)狀態(tài)布置新的激光雷達(dá)，同時(shí)將激光雷達(dá)接入現(xiàn)有架構(gòu)中，因此可以同步驗(yàn)證理論布局是否可以滿足各模塊的功能需求，CPU占用影響、AI算力消耗、內(nèi)存讀寫速度等情況。

整車驗(yàn)證階段

在整車驗(yàn)證階段，主要包括客戶現(xiàn)場驗(yàn)證。驗(yàn)證內(nèi)容包括新激光雷達(dá)的可靠性、耐久性、一致性。測試部門通過對(duì)易出問題的使用場景或工況進(jìn)行匯總，可以刻意讓激光雷達(dá)工作在這些場景中，以加速可靠性、耐久性、一致性驗(yàn)證。

小結(jié)

受過最大的傷就是激光雷達(dá)公司商務(wù)小姐姐的善意的隱瞞，受過最大的痛就是研發(fā)同事少見的齊心協(xié)力罷免激光雷達(dá)的集體上書。傷過，痛過，才明白美麗下的虛偽，善良下的丑陋。