激光雷達(dá)在城市導(dǎo)航輔助駕駛（NOA）、自動(dòng)緊急剎車（AEB）等功能中扮演著重要的感知角色，是保障行車安全的關(guān)鍵傳感器。作為智能汽車的 3D 之眼，激光雷達(dá)的分辨率決定了其對(duì)世界還原的精細(xì)程度。分辨率更高，激光雷達(dá)“看得”越精準(zhǔn)，給系統(tǒng)做出反應(yīng)和決策的時(shí)間也就越充裕，甚至在關(guān)鍵時(shí)刻能夠拯救生命。

但是，與二維攝像頭不同，三維激光雷達(dá)的分辨率到底如何定義、如何計(jì)算呢？

全局分辨率

分辨率這個(gè)詞是從攝像頭沿用而來(lái)，攝像頭拍出來(lái)的單幅圖像，其像素點(diǎn)均勻分布在橫縱兩個(gè)維度的畫面中，因此「橫向像素點(diǎn) x 縱向像素點(diǎn)」就能直接反映出攝像頭分辨率的高低。比如 1280 x 720 代表著橫向有 1280 個(gè)像素點(diǎn)，縱向有 720 個(gè)像素點(diǎn)，其清晰度一定優(yōu)于 320 x 180。

激光雷達(dá)發(fā)射出的激光點(diǎn)是分布于三維空間之中的，這些點(diǎn)以設(shè)定好的頻率不斷刷新，被稱為“點(diǎn)云”。如果從汽車的視角出發(fā)，把單次刷新的三維點(diǎn)云投影“壓扁”到一個(gè)平面上，也能得到一個(gè)類似于二維畫面的橫縱點(diǎn)陣圖。如果該激光雷達(dá)的點(diǎn)云分布是均勻的，那我們就能夠以這個(gè)二維投射面上的點(diǎn)數(shù)來(lái)衡量此激光雷達(dá)的清晰度，即全局分辨率。

比如，禾賽 AT128 的點(diǎn)云均勻分布于其視場(chǎng)之內(nèi)，其“壓扁”后的二維點(diǎn)陣圖也像攝像頭一樣均勻分布，橫向有 1200 個(gè)激光點(diǎn)，縱向有 128 個(gè)激光點(diǎn)，其全局分辨率為 1200 x 128。

點(diǎn)云均勻分布的二維示意圖

但是，不是所有激光雷達(dá)的點(diǎn)云都呈均勻分布。比如，有一類激光雷達(dá)會(huì)將能量聚集于中心的部分區(qū)域，其中間點(diǎn)云比較密、周圍較稀疏。中間較密的那一塊就被稱為 ROI 區(qū)域，即 Region of Interest。對(duì)于此類激光雷達(dá)，就無(wú)法用全局分辨率來(lái)描述它的清晰度了。

點(diǎn)云非均勻分布示意圖

對(duì)于有 ROI 區(qū)域、點(diǎn)云分布不均勻的激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)，要想衡量這種激光雷達(dá)的分辨率，則需引入「點(diǎn)頻」和「角分辨率」這兩個(gè)概念。

點(diǎn)頻和幀率

先來(lái)說(shuō)說(shuō)點(diǎn)頻。對(duì)于激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)，點(diǎn)頻比分辨率更能從本質(zhì)上反映激光雷達(dá)在三維空間內(nèi)的點(diǎn)云密度，是能全面反映激光雷達(dá)感知清晰度的綜合指標(biāo)。在同樣的刷新率下，點(diǎn)頻越高，點(diǎn)云越密，單幀畫面越清晰。

不同點(diǎn)頻的點(diǎn)云效果對(duì)比（刷新率均為10Hz）

有人會(huì)問(wèn)，1200 x 128 = 15.36 萬(wàn)，為什么 AT128 的點(diǎn)頻是 153.6 萬(wàn)/秒呢？

因?yàn)辄c(diǎn)頻的概念是激光雷達(dá)在三維視場(chǎng)內(nèi)每秒發(fā)出的激光點(diǎn)數(shù)，除了橫縱兩個(gè)方向，還要乘以它的刷新率，也就是幀率。

對(duì)于點(diǎn)云分布均勻的激光雷達(dá)而言：

點(diǎn)頻=橫向像素點(diǎn) x 縱向像素點(diǎn) x 幀率

AT128 常見(jiàn)的使用幀率是 10 Hz，即每秒刷新 10 次，因此它的點(diǎn)頻為 1200 x 128 x 10 = 153.6 萬(wàn)點(diǎn)/秒。

10Hz的激光雷達(dá)每秒刷新10次，可想象為每秒發(fā)射10次平面點(diǎn)陣

那么是不是幀率越高越好呢？答案：不是的。

因?yàn)閷?duì)于一臺(tái)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的激光雷達(dá)，每秒的出點(diǎn)數(shù)（點(diǎn)頻）通常是個(gè)固定值。

也就是說(shuō)，總點(diǎn)數(shù)一樣，刷新速度越快，每一幀畫面分到的點(diǎn)數(shù)就越少，因?yàn)橥瑯訑?shù)量的像素點(diǎn)會(huì)被平均「切分」到更多幅畫面，因此刷新率提高一倍，其單幀畫面的像素點(diǎn)反而會(huì)下降一半。

激光雷達(dá)幀率具體設(shè)定為 10 Hz 還是 20 Hz，其實(shí)是用戶、也就是主機(jī)廠決定的。目前絕大部分主機(jī)廠的算法團(tuán)隊(duì)都要求激光雷達(dá)的幀率輸出為 10 Hz，這也是比較常見(jiàn)的做法。

另外不難引申一步看出激光雷達(dá)點(diǎn)云演示視頻的密度，其實(shí)可以通過(guò)調(diào)整幀率、再給視頻加速的方式「注水」。不過(guò)這種做法只能“忽悠”外行人，主機(jī)廠或自動(dòng)駕駛公司一般會(huì)要求真機(jī)測(cè)試，實(shí)際的點(diǎn)云密度一測(cè)便知。

角分辨率

最后，再聊聊角分辨率。多了一個(gè)“角”字，可想而知與角度相關(guān)，激光雷達(dá)射出的激光相鄰光束之間有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角的度數(shù)被稱為角分辨率，就是我們常常在激光雷達(dá)參數(shù)表里看到的 0.2°、0.1°、甚至 0.05°。

這個(gè)夾角越小，角分辨率越小，激光雷達(dá)形成的點(diǎn)云越密。激光雷達(dá)的分辨率自然會(huì)更高。

當(dāng)點(diǎn)云均勻分布在視場(chǎng)內(nèi)時(shí)，我們可以認(rèn)為角分辨率能直接反映出激光雷達(dá)的分辨率。它們之間存在以下?lián)Q算關(guān)系：

橫向像素點(diǎn)=(水平視場(chǎng)角 / 水平角分辨率)+1

縱向像素點(diǎn)=(垂直視場(chǎng)角 / 垂直角分辨率)+1

以視場(chǎng)角為 120° x 25.4° 的 AT128 為例，其水平與垂直角分辨率分別為 0.1° 和 0.2° (取小數(shù)點(diǎn)后一位），可以算出其全局分辨率為 1200 x 128。

對(duì)于點(diǎn)云分布不均勻的激光雷達(dá)，其角分辨率也不是全局一致的，ROI 區(qū)域內(nèi)的角分辨率更小，通常被稱為「最佳角分辨率」。一般來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)會(huì)把不同區(qū)域的角分辨率都列出來(lái)，以便于用戶參考。但在宣傳的時(shí)候，有些廠商可能會(huì)把「最佳角分辨率」當(dāng)作產(chǎn)品平均角分辨率來(lái)偷換概念，給人一種全局都很密的錯(cuò)覺(jué)，實(shí)際上只要拿點(diǎn)頻數(shù)來(lái)算一算，就能得知其真實(shí)的分辨率了。

線數(shù)

關(guān)于激光雷達(dá)，還有一個(gè)指標(biāo)也常被提到，那就是線數(shù)，比如 96 線，128 線激光雷達(dá)。線數(shù)其實(shí)對(duì)應(yīng)了激光雷達(dá)縱向像素點(diǎn)的數(shù)量，因?yàn)闅v史上傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)的水平方向點(diǎn)云更密、整體看起來(lái)像是一條一條的“線”。線數(shù)這個(gè)說(shuō)法直到今天仍然被廣泛使用。

但正如前文所述，作為一個(gè)僅反映縱向像素點(diǎn)、不反映橫向像素點(diǎn)的參數(shù)，線數(shù)并不能一概而論地全面代表激光雷達(dá)的分辨率。

當(dāng)然，如果在其他參數(shù)差不多的情況下，垂直方向的線數(shù)肯定是越多越好，有興趣的可以參考之前的這篇文章：《激光雷達(dá)線數(shù)越多越好嗎？》。

激光雷達(dá)邁入2K高清感知時(shí)代

總結(jié)一下，其實(shí)全局分辨率、角分辨率、點(diǎn)頻這三個(gè)指標(biāo)都可以用來(lái)形容激光雷達(dá)的分辨率，點(diǎn)頻這個(gè)指標(biāo)更加通用、客觀，三個(gè)指標(biāo)之間可以互相換算；而幀率這個(gè)指標(biāo)是可調(diào)的，一般有 10 Hz、20 Hz 兩種選擇。

隨著智能駕駛行業(yè)的發(fā)展，高性能 ADAS 激光雷達(dá)分辨率的上限也在逐漸提升，為智能駕駛帶來(lái)了更為廣闊的可能性。

比如禾賽今年 1 月發(fā)布的超高清超遠(yuǎn)距激光雷達(dá) AT512， 它的全局分辨率是 2400 x 512，以通常大家對(duì)屏幕清晰度的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)達(dá)到了 2K 超高清，讓汽車看到更清晰的三維世界。AT512 總點(diǎn)頻高達(dá) 1230 萬(wàn)點(diǎn)/秒，將激光雷達(dá)帶入了千萬(wàn)級(jí)點(diǎn)頻時(shí)代，相比上一代產(chǎn)品分辨率提升了 8 倍，同時(shí)最遠(yuǎn)測(cè)距達(dá)到了 400 米，更早地探測(cè)到路面細(xì)節(jié)，讓智能駕駛更加安全的同時(shí)，能獲得更加舒適的體驗(yàn)。

展望未來(lái)，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，我們有理由相信，智能駕駛將會(huì)更加精準(zhǔn)、安全，為人類出行帶來(lái)前所未有的新體驗(yàn)。

審核編輯：黃飛

?