豐田中研開(kāi)發(fā)識(shí)別距離達(dá)80m的激光雷達(dá)

豐田中央研究所試制出了車(chē)載近紅外線(xiàn)激光雷達(dá)系統(tǒng)，配備在行駛的汽車(chē)上，可三維識(shí)別周?chē)男腥恕⑵?chē)、建筑物及地形等，并在“第61屆應(yīng)用物理學(xué)會(huì)春季學(xué)術(shù)演講會(huì)”（2014年3月17～20日于日本青山學(xué)院大學(xué)相模原校區(qū)舉行）上，公布了試制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（演講編號(hào)：17p-E9-5）。

開(kāi)發(fā)系統(tǒng)獲得的距離信息（上）和圖像（豐田中研在“ISSCC 2013”上公布的內(nèi)容）

激光雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制車(chē)速等的ACC（主動(dòng)巡航控制系統(tǒng)）以及未來(lái)的自動(dòng)駕駛要使用的核心技術(shù)?？捎烧丈涞募す饧捌浞瓷涔?，實(shí)時(shí)三維識(shí)別周?chē)男螤?。還可與地圖信息對(duì)照，推斷當(dāng)前位置。但目前能夠買(mǎi)到的產(chǎn)品十分有限。各公司開(kāi)展的自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)大多使用美國(guó)Velodyne公司制造的激光雷達(dá)。豐田中研也曾利用Velodyne公司的產(chǎn)品進(jìn)行過(guò)新一代駕駛系統(tǒng)的研究。

此次豐田中研使用的試制系統(tǒng)以6面反射鏡來(lái)掃描波長(zhǎng)為870nm的激光（圖1）。該反射鏡既可將激光二極管的光向周?chē)l(fā)射，還可用于將對(duì)象物的反射光導(dǎo)入受光元件（光二極管）的光路控制。

圖1：激光雷達(dá)的受光部多面反射鏡（上）和受光芯片。（照片由豐田中央研究所提供（《第61屆應(yīng)用物理學(xué)會(huì)春季學(xué)術(shù)演講會(huì)演講預(yù)稿集》、p.25、2014年3月））

對(duì)象物的反射光用該公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用芯片接收，獲得二維圖像。距離信息通過(guò)手勢(shì)識(shí)別等使用的ToF（Time of Flight）方式來(lái)推斷的。

專(zhuān)用芯片集成有16列×1個(gè)的受光元件。使用該受光元件，通過(guò)多面反射鏡的1面來(lái)捕捉周?chē)臻g的16列×202點(diǎn)。也就是說(shuō)，通過(guò)圍繞多面反射鏡的6個(gè)面（1幀）來(lái)拍攝96列×202點(diǎn)。幀頻為10Hz。

專(zhuān)用芯片的受光部采用適于高靈敏化的雪崩光電二極管。因靈敏度提高，易受到會(huì)成為噪聲的陽(yáng)光等干擾，因此還采取了消除噪聲影響的措施。具體為時(shí)空域直方圖處理：以24點(diǎn)（6×4）為1組，只有組內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)到受光時(shí)，才視為接收到了激光反射光。受光元件和信號(hào)處理部集成在設(shè)計(jì)規(guī)則為180nm的CMOS芯片上。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，識(shí)別出了假想為穿著黑衣服的行人的板狀物體（寬30cm，反射率為9％）。反復(fù)進(jìn)行了1000次的結(jié)果，80m以?xún)?nèi)的識(shí)別率達(dá)到90％以上。

另外，盡管光源使用的是激光，但據(jù)稱(chēng)用為脈沖寬度為4ns的脈沖狀，達(dá)到了無(wú)損眼睛的安全標(biāo)準(zhǔn)。