激光雷達分辨率對比方法與技巧詳解

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

但是，與二維攝像頭不同，三維激光雷達的分辨率到底如何定義、如何計算呢？

全局分辨率

分辨率這個詞是從攝像頭沿用而來，攝像頭拍出來的單幅圖像，其像素點均勻分布在橫縱兩個維度的畫面中，因此「橫向像素點 x 縱向像素點」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 個像素點，縱向有 720 個像素點，其清晰度一定優于 320 x 180。

激光雷達發射出的激光點是分布于三維空間之中的，這些點以設定好的頻率不斷刷新，被稱為“點云”。如果從汽車的視角出發，把單次刷新的三維點云投影“壓扁”到一個平面上，也能得到一個類似于二維畫面的橫縱點陣圖。如果該激光雷達的點云分布是均勻的，那我們就能夠以這個二維投射面上的點數來衡量此激光雷達的清晰度，即全局分辨率。

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

點云均勻分布的二維示意圖

但是，不是所有激光雷達的點云都呈均勻分布。比如，有一類激光雷達會將能量聚集于中心的部分區域，其中間點云比較密、周圍較稀疏。中間較密的那一塊就被稱為 ROI 區域，即 Region of Interest。對于此類激光雷達，就無法用全局分辨率來描述它的清晰度了。

點云非均勻分布示意圖

對于有 ROI 區域、點云分布不均勻的激光雷達來說，要想衡量這種激光雷達的分辨率，則需引入「點頻」和「角分辨率」這兩個概念。

點頻和幀率

先來說說點頻。對于激光雷達來說，點頻比分辨率更能從本質上反映激光雷達在三維空間內的點云密度，是能全面反映激光雷達感知清晰度的綜合指標。在同樣的刷新率下，點頻越高，點云越密，單幀畫面越清晰。

不同點頻的點云效果對比（刷新率均為10Hz）

有人會問，1200 x 128 = 15.36 萬，為什么 AT128 的點頻是 153.6 萬/秒呢？

因為點頻的概念是激光雷達在三維視場內每秒發出的激光點數，除了橫縱兩個方向，還要乘以它的刷新率，也就是幀率。

對于點云分布均勻的激光雷達而言：

點頻=橫向像素點 x 縱向像素點 x 幀率

AT128 常見的使用幀率是 10 Hz，即每秒刷新 10 次，因此它的點頻為 1200 x 128 x 10 = 153.6 萬點/秒。

10Hz的激光雷達每秒刷新10次，可想象為每秒發射10次平面點陣

那么是不是幀率越高越好呢？答案：不是的。

因為對于一臺已經設計好的激光雷達，每秒的出點數（點頻）通常是個固定值。

也就是說，總點數一樣，刷新速度越快，每一幀畫面分到的點數就越少，因為同樣數量的像素點會被平均「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反而會下降一半。

激光雷達幀率具體設定為 10 Hz 還是 20 Hz，其實是用戶、也就是主機廠決定的。目前絕大部分主機廠的算法團隊都要求激光雷達的幀率輸出為 10 Hz，這也是比較常見的做法。

另外不難引申一步看出激光雷達點云演示視頻的密度，其實可以通過調整幀率、再給視頻加速的方式「注水」。不過這種做法只能“忽悠”外行人，主機廠或自動駕駛公司一般會要求真機測試，實際的點云密度一測便知。

角分辨率

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

這個夾角越小，角分辨率越小，激光雷達形成的點云越密。激光雷達的分辨率自然會更高。

當點云均勻分布在視場內時，我們可以認為角分辨率能直接反映出激光雷達的分辨率。它們之間存在以下換算關系：

橫向像素點=(水平視場角 / 水平角分辨率)+1

縱向像素點=(垂直視場角 / 垂直角分辨率)+1

以視場角為 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° (取小數點后一位），可以算出其全局分辨率為 1200 x 128。

對于點云分布不均勻的激光雷達，其角分辨率也不是全局一致的，ROI 區域內的角分辨率更小，通常被稱為「最佳角分辨率」。一般來說，激光雷達的產品說明書會把不同區域的角分辨率都列出來，以便于用戶參考。但在宣傳的時候，有些廠商可能會把「最佳角分辨率」當作產品平均角分辨率來偷換概念，給人一種全局都很密的錯覺，實際上只要拿點頻數來算一算，就能得知其真實的分辨率了。

線數

關于激光雷達，還有一個指標也常被提到，那就是線數，比如 96 線，128 線激光雷達。線數其實對應了激光雷達縱向像素點的數量，因為歷史上傳統機械式激光雷達的水平方向點云更密、整體看起來像是一條一條的“線”。線數這個說法直到今天仍然被廣泛使用。

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

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

激光雷達邁入2K高清感知時代

總結一下，其實全局分辨率、角分辨率、點頻這三個指標都可以用來形容激光雷達的分辨率，點頻這個指標更加通用、客觀，三個指標之間可以互相換算；而幀率這個指標是可調的，一般有 10 Hz、20 Hz 兩種選擇。

隨著智能駕駛行業的發展，高性能 ADAS 激光雷達分辨率的上限也在逐漸提升，為智能駕駛帶來了更為廣闊的可能性。

比如禾賽今年 1 月發布的超高清超遠距激光雷達 AT512， 它的全局分辨率是 2400 x 512，以通常大家對屏幕清晰度的標準來說，已經達到了 2K 超高清，讓汽車看到更清晰的三維世界。AT512 總點頻高達 1230 萬點/秒，將激光雷達帶入了千萬級點頻時代，相比上一代產品分辨率提升了 8 倍，同時最遠測距達到了 400 米，更早地探測到路面細節，讓智能駕駛更加安全的同時，能獲得更加舒適的體驗。

展望未來，隨著技術的持續進步，我們有理由相信，智能駕駛將會更加精準、安全，為人類出行帶來前所未有的新體驗。

審核編輯：黃飛

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