[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]相信各位在開車時(shí)一定遇到過這么一個(gè)場(chǎng)景，有一個(gè)很小的障礙物在車前，當(dāng)障礙物非�？拷囕v時(shí)，你在駕駛位置上是完全看不到的，這就是俗稱的“盲區(qū)”。對(duì)于激光雷達(dá)來說，也會(huì)出現(xiàn)類似的問題，當(dāng)障礙物離激光雷達(dá)足夠近時(shí)，它也會(huì)出現(xiàn)“盲區(qū)”，這一現(xiàn)象被稱為“吸點(diǎn)”。

什么是“吸點(diǎn)”現(xiàn)象

自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)的工作原理，是通過持續(xù)發(fā)射激光脈沖，并接收從物體表面反射回來的信號(hào)，根據(jù)激光脈沖往返的時(shí)間來計(jì)算距離。這些反射回來的測(cè)量值經(jīng)過累積和處理，便形成了一層層的點(diǎn)云圖，從而幫助自動(dòng)駕駛系統(tǒng)感知周圍的三維環(huán)境。

然而，激光雷達(dá)在近距離測(cè)量中存在一個(gè)固有局限，即最小有效測(cè)量距離。在這個(gè)距離以內(nèi)，由于反射信號(hào)過強(qiáng)或過近，可能超出接收器和處理電路的正常預(yù)期范圍，導(dǎo)致系統(tǒng)無法穩(wěn)定處理返回的信號(hào)。此時(shí)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，表現(xiàn)為有時(shí)能探測(cè)到、有時(shí)又消失，或者測(cè)距結(jié)果異常。這種現(xiàn)象就被稱為“吸點(diǎn)”。在點(diǎn)云圖中，它體現(xiàn)為在本該密集分布點(diǎn)的區(qū)域，出現(xiàn)數(shù)據(jù)不連續(xù)、嚴(yán)重缺失，甚至完全無法探測(cè)到的現(xiàn)象。

近距離障礙物出現(xiàn)吸點(diǎn)現(xiàn)象，圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

這種問題，常與行業(yè)里另外一種近距離問題“空洞”一起討論，二者根源相似，都是由于激光雷達(dá)在極近范圍內(nèi)測(cè)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致點(diǎn)云圖像出現(xiàn)不規(guī)則的缺損區(qū)域。

為什么會(huì)出現(xiàn)吸點(diǎn)問題

要理解“吸點(diǎn)”現(xiàn)象，首先要了解激光雷達(dá)的信號(hào)處理方式。激光雷達(dá)的信號(hào)處理其實(shí)是遵循固定節(jié)奏的，每次發(fā)射一束激光后，都會(huì)等待一段預(yù)設(shè)時(shí)間再開始監(jiān)聽返回信號(hào)，然后再進(jìn)行下一次發(fā)射。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

這個(gè)過程中，電子、光學(xué)及數(shù)字處理環(huán)節(jié)均需要一定的準(zhǔn)備時(shí)間。如果目標(biāo)物體距離過近，返回信號(hào)到達(dá)過快，且其能量可能過強(qiáng)或反射特性超出預(yù)期，系統(tǒng)可能尚未完成對(duì)當(dāng)前信號(hào)的穩(wěn)定接收與處理，就已進(jìn)入下一個(gè)脈沖周期。這就導(dǎo)致激光雷達(dá)采集到的近距離數(shù)據(jù)斷斷續(xù)續(xù)，甚至完全丟失。簡單概述就是，由于發(fā)射與接收的節(jié)奏失配，過近的信號(hào)反而無法獲得穩(wěn)定、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

激光雷達(dá)的接收器設(shè)計(jì)也會(huì)根據(jù)特定測(cè)量范圍進(jìn)行優(yōu)化，其具備最小測(cè)量距離和最大有效距離兩個(gè)邊界，這一邊界由硬件性能與算法邏輯共同決定。當(dāng)目標(biāo)物體處于最小測(cè)量距離以內(nèi)時(shí)，便進(jìn)入了設(shè)計(jì)上的近距“盲區(qū)”。在此區(qū)域內(nèi)，并不是所有反射信號(hào)都能被有效捕獲，返回的信息有時(shí)被判定為噪聲，有時(shí)被過濾掉，有時(shí)則被不穩(wěn)定地記錄，這些都會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)云中出現(xiàn)“吸點(diǎn)”。

此外，物體的反射特性也可能產(chǎn)生吸點(diǎn)問題。不同材質(zhì)、不同角度的表面反射回來的信號(hào)強(qiáng)度各異。在近距離條件下，這類反射特性更容易超出激光雷達(dá)既有的濾波與信號(hào)判定邏輯的適用范圍，從而導(dǎo)致處理單元誤判或丟棄部分返回信號(hào)。

吸點(diǎn)對(duì)自動(dòng)駕駛有什么影響

自動(dòng)駕駛依賴于感知系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境位置與形狀的準(zhǔn)確感知，若激光雷達(dá)在近距離對(duì)障礙物測(cè)量不準(zhǔn)或出現(xiàn)“看不見”的情況，系統(tǒng)獲得的點(diǎn)云便不完整。如當(dāng)車輛前方存在行人或路緣時(shí)，若在近距離內(nèi)丟失這些物體的點(diǎn)云，感知算法就可能誤判其位置、尺寸，甚至將該區(qū)域誤識(shí)別為空白。這將直接影響后續(xù)的跟車距離估計(jì)、避障決策與路徑規(guī)劃。

吸點(diǎn)現(xiàn)象在擁堵路況、低速跟車、城市避障等場(chǎng)景中尤為突出，因?yàn)榇藭r(shí)車輛之間、車輛與障礙物之間經(jīng)常處于近距離范圍內(nèi)。若激光雷達(dá)無法可靠呈現(xiàn)近處物體，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)就可能低估實(shí)際距離，導(dǎo)致反應(yīng)策略趨于保守、響應(yīng)遲緩，或錯(cuò)誤觸發(fā)制動(dòng)。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

“吸點(diǎn)”現(xiàn)象也會(huì)對(duì)多傳感器融合方案產(chǎn)生影響。當(dāng)前許多自動(dòng)駕駛系統(tǒng)并不是單一依賴激光雷達(dá)，而是將其與攝像頭、毫米波雷達(dá)等傳感器組合使用。若激光雷達(dá)在近距離存在盲區(qū)，該部分的信息缺失就需要依靠其他傳感器彌補(bǔ)，而這些傳感器各自也具有物理特性與感知原理上的固有局限，這就會(huì)使得整體融合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校驗(yàn)變得復(fù)雜。

怎么解決或緩解“吸點(diǎn)”問題

其實(shí)吸點(diǎn)問題的出現(xiàn)，從根本上看就是硬件的問題，可通過優(yōu)化發(fā)射與接收模塊、改進(jìn)快速開關(guān)與提升電子處理速度，讓激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)近距離返回信號(hào)的響應(yīng)更快，從而有效壓縮盲區(qū)的物理寬度。

除了硬件，算法上也可以改進(jìn)，可通過后處理技術(shù)來補(bǔ)償近距離丟失的數(shù)據(jù)。一些方法會(huì)對(duì)檢測(cè)到的點(diǎn)云缺失部分，利用鄰近點(diǎn)插值、模型預(yù)測(cè)等方式進(jìn)行“修復(fù)”，使點(diǎn)云在近距區(qū)域看起來更連續(xù)、完整。這類修復(fù)并非憑空捏造，而是基于周圍有效的點(diǎn)云數(shù)據(jù)及其空間幾何關(guān)系所做的合理估計(jì)。

此外，還可以在車輛上合理布置多個(gè)激光雷達(dá)或配合其他傳感器，從系統(tǒng)層面減少對(duì)單一傳感器視角的依賴。多個(gè)激光雷達(dá)從不同角度觀測(cè)同一近距離目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)交叉補(bǔ)盲，使一個(gè)激光雷達(dá)盲區(qū)內(nèi)的目標(biāo)被另一個(gè)雷達(dá)捕捉到，從而在整體上避免漏檢。雖然這會(huì)增加系統(tǒng)成本，但在對(duì)安全性要求極高的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，這已成為一種常見的設(shè)計(jì)選擇。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

雖然前文提及過傳感器融合會(huì)使整體融合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校驗(yàn)變得復(fù)雜，但傳感器融合依舊是最穩(wěn)妥的提升魯棒性的方法。像是攝像頭、毫米波雷達(dá)等傳感器，它們各有優(yōu)勢(shì)和局限，攝像頭能提供豐富的近距離顏色與紋理信息，毫米波雷達(dá)對(duì)天氣干擾不敏感，它們與激光雷達(dá)協(xié)同工作，能讓系統(tǒng)的環(huán)境評(píng)估更為穩(wěn)健。將激光雷達(dá)與這些傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理融合，可以相互彌補(bǔ)各自的盲區(qū)與噪聲問題。

最后的話

激光雷達(dá)的吸點(diǎn)現(xiàn)象，說白了就是近距離范圍內(nèi)點(diǎn)云出現(xiàn)了不穩(wěn)定甚至缺失的情況，它源于激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)邊界、信號(hào)處理節(jié)律以及近距信號(hào)返回特性。在自動(dòng)駕駛這樣的高安全場(chǎng)景里，這種近距盲區(qū)會(huì)讓感知系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷變得不準(zhǔn)確或遺漏，從而影響安全決策，但隨著技術(shù)進(jìn)步，這類近距測(cè)量不足的限制會(huì)越來越小。