[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]隨著純視覺(jué)方案被越來(lái)越車(chē)企嘗試，激光雷達(dá)（LiDAR）成為了自動(dòng)駕駛中一個(gè)關(guān)鍵但又充滿(mǎn)爭(zhēng)議的部件。它因提供高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)而成為追求高安全性、高可靠性的自動(dòng)駕駛方案首選，但是它又常因“價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、算法難度高”等標(biāo)簽，被一些以成本為導(dǎo)向的玩家所質(zhì)疑。最近有個(gè)小伙伴就在后臺(tái)留言提問(wèn)：有些人說(shuō)采用激光雷達(dá)后，要做數(shù)據(jù)融合，會(huì)提高技術(shù)難度和價(jià)格成本。也有人說(shuō)，激光雷達(dá)會(huì)處理很多場(chǎng)景，對(duì)車(chē)端和云端算力要求降低，可以降低技術(shù)難度和價(jià)格成本，請(qǐng)問(wèn)這兩種說(shuō)法都成立還是相互沖突？今天智駕最前沿就圍繞這個(gè)話(huà)題來(lái)詳細(xì)聊一聊，也歡迎大家在留言區(qū)討論自己的看法。如果大家還有什么想問(wèn)的問(wèn)題，也可以隨時(shí)與小編溝通。

激光雷達(dá)的工作機(jī)理及優(yōu)劣勢(shì)

激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)和功能決定了它在感知層具備天然的三維空間優(yōu)勢(shì)。它通過(guò)發(fā)射激光束并接收返回脈沖來(lái)構(gòu)建周?chē)h(huán)境的點(diǎn)云模型，相較于攝像頭依賴(lài)二維圖像信息、毫米波雷達(dá)受限于角分辨率的局限，激光雷達(dá)能夠在低光照、復(fù)雜紋理甚至強(qiáng)光干擾條件下穩(wěn)定地提供結(jié)構(gòu)化空間信息，特別適合于檢測(cè)靜態(tài)障礙物、動(dòng)態(tài)目標(biāo)、路緣、坡道、隧道口等環(huán)境要素。在結(jié)構(gòu)化程度較低、障礙物不規(guī)則、遮擋嚴(yán)重的城區(qū)路況下，激光雷達(dá)能夠精準(zhǔn)還原場(chǎng)景幾何，有效提升檢測(cè)精度與魯棒性。

正是基于上述原因，很多車(chē)企在高階的輔助駕駛上，都會(huì)使用激光雷達(dá)，但激光雷達(dá)的使用也有很多的問(wèn)題要解決，其中一個(gè)就是多傳感器融合。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)并不僅僅依靠單個(gè)感知硬件，往往需要攝像頭進(jìn)行語(yǔ)義識(shí)別、毫米波雷達(dá)提供速度信息，激光雷達(dá)則負(fù)責(zé)幾何建圖和空間補(bǔ)全。三類(lèi)傳感器在采樣頻率、分辨率、坐標(biāo)系、視野角度、更新周期等方面存在天然差異，導(dǎo)致在融合過(guò)程中需進(jìn)行復(fù)雜的時(shí)間同步、空間對(duì)齊、數(shù)據(jù)插值與誤差校正。特別是在執(zhí)行中融合（mid-level fusion）或特征級(jí)融合（feature-level fusion）時(shí)，系統(tǒng)不僅要對(duì)每類(lèi)傳感器提取的特征進(jìn)行統(tǒng)一格式轉(zhuǎn)化，還需保證算法處理過(guò)程的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，對(duì)軟件架構(gòu)和算法設(shè)計(jì)提出極高要求。

點(diǎn)云處理本身也對(duì)硬件資源提出了極大挑戰(zhàn)，一顆64線(xiàn)或128線(xiàn)的激光雷達(dá)每秒產(chǎn)生的點(diǎn)云數(shù)量高達(dá)百萬(wàn)級(jí)別，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)攝像頭幀數(shù)據(jù)體量。要在毫秒級(jí)內(nèi)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行地面分割、物體提取、障礙物分類(lèi)與跟蹤，不僅需要高性能的GPU、NPU或FPGA進(jìn)行加速計(jì)算，還需構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的點(diǎn)云算法棧，其中就包括VoxelNet、PointNet、CenterPoint等深度學(xué)習(xí)模型，這些模型在訓(xùn)練階段對(duì)數(shù)據(jù)量和標(biāo)簽質(zhì)量要求極高，在推理階段又對(duì)硬件資源和系統(tǒng)功耗產(chǎn)生巨大壓力。更重要的是，在多傳感器融合之后，還需在后續(xù)路徑規(guī)劃和決策模塊中執(zhí)行多目標(biāo)關(guān)聯(lián)與軌跡預(yù)測(cè)，進(jìn)一步推高了系統(tǒng)復(fù)雜度。

爭(zhēng)議觀點(diǎn)分析

正因如此，第一種觀點(diǎn)所言“引入激光雷達(dá)將提升系統(tǒng)成本和技術(shù)難度”，在工程實(shí)踐中確實(shí)有一定的道理。對(duì)于資源有限的初創(chuàng)企業(yè)或面向量產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)駕駛方案來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)的采購(gòu)成本、點(diǎn)云處理模塊的開(kāi)發(fā)投入、多傳感器對(duì)齊測(cè)試流程的復(fù)雜性，以及與此伴隨的測(cè)試驗(yàn)證周期延長(zhǎng)，都會(huì)成為需要考慮的重要問(wèn)題。特別是在低速L2+輔助駕駛場(chǎng)景下，攝像頭加毫米波雷達(dá)已經(jīng)能夠滿(mǎn)足大部分功能需求，引入激光雷達(dá)所帶來(lái)的邊際收益可能難以覆蓋其成本增加。

但激光雷達(dá)“邊緣智能”的技術(shù)進(jìn)展也可能反過(guò)來(lái)帶來(lái)系統(tǒng)性成本降低的潛力，這恰好與第二個(gè)觀點(diǎn)相契合。過(guò)去，激光雷達(dá)只是作為一個(gè)“數(shù)據(jù)源”，其輸出的原始點(diǎn)云需要上傳至中央處理器進(jìn)行全部計(jì)算，而如今許多廠商已將點(diǎn)云預(yù)處理、語(yǔ)義分割、障礙物識(shí)別、動(dòng)態(tài)物體跟蹤等初級(jí)任務(wù)集成在激光雷達(dá)內(nèi)部，更有一些激光雷達(dá)產(chǎn)品內(nèi)置了ASIC或FPGA芯片，可在傳感器內(nèi)部完成ROI區(qū)域提取、點(diǎn)云下采樣、分割聚類(lèi)、雷達(dá)目標(biāo)框生成等步驟，再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口（如Ethernet或CAN FD）輸出目標(biāo)列表，而不是點(diǎn)云原始數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)，車(chē)端中央計(jì)算單元不再需要對(duì)每一幀點(diǎn)云執(zhí)行完整推理流程，而只需對(duì)不同傳感器給出的高層次目標(biāo)進(jìn)行匹配、融合與后續(xù)預(yù)測(cè)決策。

從系統(tǒng)架構(gòu)角度看，這種模式實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了“傳感器+邊緣智能”的功能下沉。在這種架構(gòu)下，系統(tǒng)處理鏈條更短，算法響應(yīng)更快，同時(shí)大大緩解了對(duì)中央計(jì)算平臺(tái)的算力依賴(lài)，適合用于對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求高、硬件資源受限的場(chǎng)景。特別是在車(chē)規(guī)級(jí)域控制器功耗限制日益嚴(yán)格的背景下，這種通過(guò)傳感器端減負(fù)的方法成為工程優(yōu)化的重要路徑。

從全生命周期成本的角度看，激光雷達(dá)不僅影響初期采購(gòu)成本，更涉及算法開(kāi)發(fā)成本、測(cè)試驗(yàn)證成本、OTA升級(jí)復(fù)雜度、數(shù)據(jù)標(biāo)注與訓(xùn)練成本等多個(gè)維度。傳統(tǒng)的攝像頭+毫米波雷達(dá)方案往往需要大量樣本來(lái)訓(xùn)練基于視覺(jué)和信號(hào)特征的深度網(wǎng)絡(luò)，尤其在人類(lèi)駕駛員行為多變、交通場(chǎng)景多樣的城市環(huán)境中，獲取足夠穩(wěn)定的感知精度和誤報(bào)率控制極具挑戰(zhàn)。激光雷達(dá)提供的高保真點(diǎn)云數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)標(biāo)注和算法泛化提供了更具可控性的基礎(chǔ)，縮短了訓(xùn)練周期，提高了模型穩(wěn)定性，也降低了因誤識(shí)別帶來(lái)的安全測(cè)試成本。

而且隨著激光雷達(dá)從機(jī)械式向固態(tài)、MEMS、Flash等方向演進(jìn)，其硬件體積、功耗與成本正在快速下降。點(diǎn)云處理算法也在向輕量化、模型壓縮方向發(fā)展，像是使用量化、剪枝、知識(shí)蒸餾等手段優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得車(chē)端無(wú)需部署高能耗的GPU即可運(yùn)行高精度模型，這在一定程度上反過(guò)來(lái)又推動(dòng)了激光雷達(dá)在量產(chǎn)車(chē)上的普及和成本下降。

因此，回到最初的問(wèn)題——“激光雷達(dá)究竟是增加了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，還是降低了算力需求與技術(shù)難度？”這兩種說(shuō)法其實(shí)并不沖突，它們分別成立于不同的技術(shù)棧設(shè)計(jì)和產(chǎn)品定位之下。若系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)不善，傳感器部署不合理，算法劃分不清，激光雷達(dá)確實(shí)可能帶來(lái)冗余的數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)和昂貴的系統(tǒng)成本；但如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)早期即進(jìn)行軟硬件協(xié)同規(guī)劃，選用具備邊緣計(jì)算能力的激光雷達(dá)產(chǎn)品，并合理規(guī)劃數(shù)據(jù)路徑與融合層次，則激光雷達(dá)反而有可能成為系統(tǒng)簡(jiǎn)化的“減負(fù)器”和感知能力的“放大器”。

當(dāng)前市場(chǎng)上我們也能觀察到兩極分化現(xiàn)象，像是以特斯拉為代表的企業(yè)，依舊堅(jiān)持走純視覺(jué)路線(xiàn)堅(jiān)持不使用激光雷達(dá)，通過(guò)極致優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與圖像算法在成本與性能之間找到平衡；而像很多國(guó)內(nèi)新勢(shì)力品牌則堅(jiān)持激光雷達(dá)路線(xiàn)，構(gòu)建多傳感器融合系統(tǒng)，并通過(guò)自研算力平臺(tái)與智能感知算法將技術(shù)復(fù)雜性轉(zhuǎn)化為競(jìng)爭(zhēng)壁壘。這背后并不是誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)，而是技術(shù)戰(zhàn)略與商業(yè)模式的不同選擇。

最后的話(huà)

激光雷達(dá)是否“增加技術(shù)難度與成本”還是“降低算力需求與系統(tǒng)復(fù)雜度”，并無(wú)絕對(duì)答案。它取決于三個(gè)關(guān)鍵因素，第一，傳感器自身是否具備足夠的邊緣智能能力；第二，系統(tǒng)整體架構(gòu)是否合理劃分軟硬件職責(zé)；第三，產(chǎn)品目標(biāo)場(chǎng)景對(duì)感知精度與成本控制的側(cè)重權(quán)衡。在未來(lái)的智能駕駛發(fā)展過(guò)程中，我們有理由相信，激光雷達(dá)的作用會(huì)更加靈活，不再是“加法”或“減法”的簡(jiǎn)單判斷，而是根據(jù)具體目標(biāo)發(fā)揮“協(xié)同”甚至“轉(zhuǎn)換”的多維價(jià)值。

審核編輯 黃宇