迈向评估自动驾驶汽车激光雷达的标准化测试

如今，自动驾驶汽车 (AV) 和高级驾驶辅助系统 (ADAS) 正在迅速发展，旨在提高车辆和道路安全性的研究方向。这两种技术都可以让汽车“感知”周围环境并采取相应行动，从而最大限度地减少人为错误。这是通过光检测和测距(激光雷达)技术实现的，该技术是 AV 中最重要和最通用的组件之一。无论外部照明条件如何，激光雷达都能提供车辆周围所有物体的三维地图。该地图每秒更新数百次，可用于实时估计车辆相对于周围环境的位置

然而，尽管激光雷达在 AV 和 ADAS 中都发挥着至关重要的作用，但它们目前缺乏描述其性能的标准化衡量标准。换句话说，没有广泛接受的协议来比较一个激光雷达和另一个激光雷达。尽管可以说可以仅根据制造商的规格来比较激光雷达，但这种比较并不是很有用。这是因为制造商使用的性能指标各不相同，而且通常是保密的。此外，与用于科学、测量或国防应用的激光雷达不同，汽车级激光雷达针对可制造性、成本和尺寸进行了优化。这可能会导致性能发生显着变化，如果没有标准化测试则无法量化。

为了解决这个问题，Exciting Technology 的 Paul McManamon 博士与 SPIE 联合成立了一个国家小组，用三年的时间来解决这个问题，为 AV 和 ADAS 中使用的激光雷达制定测试和性能标准。第一年的测试由密歇根理工大学 (MTU) 副教授 Jeremy P. Bos 博士领导，他的博士生 Zach Jeffries 提供协助。其他作者包括来自国家地理空间情报局的 Charles Kershner，他为测试设置了地面实况 Reigl 激光雷达，以及同样来自 MTU 的 Akhil Kurup。在最近发表在《 光学工程》杂志上的一篇论文中，该团队报告了第一年测试的结果和更大的三年计划的概要。

这些测试的目的是使用测量级激光雷达作为参考来评估八个汽车级激光雷达的范围、准确度和精确度。Bos、Jeffries 和团队在佛罗里达州基西米的一片开阔场地上沿着 200 米长的路径设置了各种目标。这些目标使测试从以前的研究中脱颖而出的一个关键方面是它们是近乎完美的哑光表面，在宽光谱范围内具有经过校准的 10% 反射率。研究人员还测量了激光雷达在高反光路标中检测目标的能力。

总体而言，测试结果与制造商数据表中公布的值一致。然而，尽管所有测试设备的平均精度为 2.9 厘米，但测量值的分布并不是高斯分布。简而言之，这些设备报告非常不精确的值(误差大于 10 厘米)的概率不可忽略。事实上，在某些情况下，测量范围与真实值的偏差高达 20 厘米。另一个重要结果是反光路标削弱了激光雷达的目标检测性能。“激光雷达的广告范围性能与非常具体的条件有关，并且在存在高反射性相邻物体的情况下性能会显着降低，”Bos 说。

总体而言，第一轮测试提供了对不同激光雷达之间性能差异的重要见解，表明其各自制造商报告的指标并不可靠。不过，Bos 强调这仅仅是个开始。“第一年的测试是其中最简单的。在第二年，我们将对特征化的激光雷达重复这些测试，同时引入从相反方向接近的其他汽车激光雷达造成的混淆。此外，我们将测量激光雷达的人眼安全性，”Bos 说。“最后，在第三年，我们将把天气影响作为复杂性积累的高潮。”

该团队的努力将帮助决策者、工程师和制造商认识到激光雷达标准化的重要性，并最终让我们的道路更加安全。