在當(dāng)今的智能駕駛和環(huán)境感知領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)都能輸出點云數(shù)據(jù)，它們各自發(fā)揮著重要的作用。那么，毫米波雷達(dá)能否替代激光雷達(dá)呢？讓我們從多個維度來深入分析。

原理差異

點云并非激光雷達(dá)所獨有，任何傳感器用一堆點來表示探測到的數(shù)據(jù)都可以形成點云。毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)在工作原理上存在顯著差異。

毫米波雷達(dá)通過發(fā)射毫米波（波長 1 - 10 毫米），利用電磁波反射特性探測目標(biāo)，并借助多普勒效應(yīng)獲取速度信息，其點云由反射信號的空間位置計算生成。由于波長特性，毫米波雷達(dá)對一些非金屬的軟物體（如塑料布）容易穿透過去而沒有回波，從而導(dǎo)致漏檢。而且，毫米波雷達(dá)單獨一幀的每個點因多普勒效應(yīng)是有速度的。

激光雷達(dá)（LiDAR）發(fā)射激光束（波長通常在 600 - 1600 納米，比毫米波短得多），通過測量光束往返時間（TOF）計算距離，點云由激光點的三維坐標(biāo)構(gòu)成。光作為一種電磁波，波長超短、頻率超高，非常 “硬”，碰到物體都會反彈，但這也使得激光雷達(dá)容易被干擾，在雨霧天氣中，空氣中的小水滴和沙塵會讓激光反彈回去，影響探測效果。并且激光雷達(dá)單幀點云的每個點只有距離沒有速度，因為其靠激光反射時間測距，激光波長太短無法利用多普勒效應(yīng)。

點云特點對比

1. 點云密度與分辨率
   • 毫米波雷達(dá)：點云密度低，通常每幀只有幾十到幾百個點（取決于雷達(dá)通道數(shù)），橫向 / 縱向分辨率較差，遠(yuǎn)處目標(biāo)易出現(xiàn) “點云稀疏” 甚至丟失，難以區(qū)分細(xì)節(jié)。例如，128 通道毫米波雷達(dá)對 100 米外的車輛，可能僅生成 5 - 10 個點。
   • 激光雷達(dá)：點云密度高，高分辨率 LiDAR（如 192 線）每幀可生成數(shù)百萬個點，能清晰刻畫目標(biāo)輪廓。例如，192 線 LiDAR 對 100 米外的車輛，可生成數(shù)百個點，足以還原其形狀。
2. 空間精度
   • 毫米波雷達(dá)：距離精度較低，通常在 1 米左右（遠(yuǎn)距離誤差更大），角度分辨率差（一般幾度到十幾度），近距離易出現(xiàn) “點云重疊”。
   • 激光雷達(dá)：距離精度可達(dá)厘米級（如 ±2cm），角度分辨率可至 0.1 度以下，能區(qū)分相鄰目標(biāo)。
3. 環(huán)境適應(yīng)性
   • 毫米波雷達(dá)：抗干擾能力強，不受雨、雪、霧、強光（如逆光）影響，夜間性能穩(wěn)定，但對非金屬目標(biāo)（如塑料、布料）反射較弱，可能漏檢。
   • 激光雷達(dá)：雨、雪、霧會散射激光，導(dǎo)致點云噪聲增加，遠(yuǎn)距離探測能力下降，強光（如正午陽光）可能干擾接收端，造成部分點云丟失，但對大多數(shù)物體（包括非金屬）反射穩(wěn)定，漏檢率低。
4. 點云屬性
   • 毫米波雷達(dá)：點云除了三維坐標(biāo)（x, y, z），還包含速度信息（通過多普勒效應(yīng)直接測量，精度高），無顏色、反射強度等細(xì)節(jié)信息，反射強度僅能粗略區(qū)分金屬 / 非金屬。
   • 激光雷達(dá)：點云包含三維坐標(biāo)、反射強度（可用于區(qū)分路面、車輛、行人等不同材質(zhì)），部分 LiDAR（如多線彩色 LiDAR）可輸出顏色信息（結(jié)合攝像頭），速度信息需通過多幀點云計算（如光流法），精度低于毫米波雷達(dá)。
5. 數(shù)據(jù)量與成本
   • 毫米波雷達(dá)：點云數(shù)據(jù)量小（每幀 KB 級），對處理器算力要求低，成本低（車規(guī)級雷達(dá)約幾十到幾百美元），適合大規(guī)模量產(chǎn)。
   • 激光雷達(dá)：點云數(shù)據(jù)量大（每幀 MB 級，192 線 LiDAR 每小時可產(chǎn)生數(shù)十 GB 數(shù)據(jù)），需高性能處理器處理，成本高（車規(guī)級高分辨率 LiDAR 曾達(dá)數(shù)萬美元，目前降至幾千美元，但仍高于毫米波雷達(dá)）。

成本、探測距離和處理算力需求的對比

1. 成本差異：毫米波雷達(dá)成本僅為激光雷達(dá)的 1/10 - 1/5，主要是因為激光雷達(dá)需要精密光學(xué)部件（如 905/1550nm 激光器、旋轉(zhuǎn)鏡組），4D 毫米波雷達(dá)雖比傳統(tǒng)毫米波貴，但仍顯著低于激光雷達(dá)。
2. 探測性能：在遠(yuǎn)距探測（>300 米）方面，毫米波雷達(dá)占優(yōu)，尤其適用于高速公路場景；而激光雷達(dá)在三維建模（如識別路緣石、小物體）上更精準(zhǔn)，分辨率可達(dá)毫米級。
3. 算力需求：激光雷達(dá)產(chǎn)生的點云數(shù)據(jù)需 GPU/NPU 進(jìn)行實時處理，算力消耗大（典型需求 > 20TOPS）；毫米波雷達(dá)輸出可直接用于決策，適合算力受限的入門級智駕系統(tǒng)。

典型應(yīng)用場景差異

毫米波雷達(dá)適合對環(huán)境魯棒性要求高、需快速獲取速度信息的場景，如自適應(yīng)巡航（ACC）測量前車距離和速度，自動緊急制動（AEB）在惡劣天氣下檢測前方障礙物。

激光雷達(dá)適合需要高精度三維建模、目標(biāo)識別的場景，如自動駕駛高清地圖構(gòu)建還原道路細(xì)節(jié)（車道線、護(hù)欄），城市級三維掃描生成精細(xì)的建筑、地形模型。

總結(jié)

首先，毫米波雷達(dá)絕不可能取代激光雷達(dá)，其精度太差。在毫米波雷達(dá)看來，站立不動的路人和路上的錐形桶難以區(qū)分。這里強調(diào)站立不動是因為毫米波可以用多普勒效應(yīng)檢測點的速度，走路的人和錐形桶還是可以區(qū)分開的。

其次，二者的本質(zhì)區(qū)別在于介質(zhì)的波長。它們的介質(zhì)本質(zhì)都是電磁波（光也是電磁波），區(qū)別是波長。毫米波的波長長，波包軟，射程遠(yuǎn)，穿透性強，但精度不高；激光雷達(dá)的波長短，波包硬，射程有限，反射性強，精度高。至于未來是否會出現(xiàn)介于它們之間的介質(zhì)，還有待基礎(chǔ)研究的突破。

綜上所述，毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)各有優(yōu)劣，在不同的應(yīng)用場景中發(fā)揮著不可替代的作用，它們更可能是相互補充，而不是一方取代另一方。