搭载到汽车上的激光雷达,每秒测量数十万次周围环境的距离信息,每次测距都生成一个数据点,大量数据点构成描述三维环境的点云。
(图源:velodyne.inc)
大规模应用,降成本是关键
第一代激光雷达面世后,它让大家觉得,激光雷达很强啊,不仅探测能力很强,掏空钱包的能力也很强。
机械式激光雷达在工作的时候需要高速旋转,还需要能够快速摆动的反射镜,这给激光雷达的制造增加了许多困难。所以在激光雷达发展初期,一台激光雷达的价格就高达几十万。
但这么好的“玩意儿”,可不能让成本限制了它的应用,于是工程师们开始想着怎么降低激光雷达的制造成本。
首先是机械式激光雷达的反射镜,它的反射镜又大又重,镜子旋转起来的时候好比抡着大铁锤,不仅费劲还费钱,所以科研人员想,如果把镜子做轻做小,那不就如同把大铁锤换成小棍子,抡起来一定很惬意。
于是,MEMS(微机电系统)激光雷达出现了,这种激光雷达里边的镜子很小很轻,移动起来也更加灵活。还能直接把镜子集成在芯片上,这样一来激光雷达的结构就简单了许多,制造成本也有所降低。
Mems激光雷达中的镜子,它的宽度只有1.5毫米
(图源:参考文献1)
不仅如此,有的工程师脑洞开得更大:能不能不要镜子,直接控制激光出射的方向,制造一台没有任何活动部件的纯固态激光雷达?
于是光学相控阵技术应运而生。激光是电磁波,具有波的性质,会产生干涉现象。这就好比两束激光相遇,产生类似两列水波交叠在一起的现象,有的方向仍然有水波,而有的地方水面则很平静。
两列水波相遇发生的干涉现象
(图源:youtube)