激光雷达的色彩感知：一场从几何到语义的技术革命
激光雷达的色彩感知：一场从几何到语义的技术革命
在自动驾驶系统中，激光雷达一直扮演着环境感知的核心角色。它通过精确测量物体的距离和位置，为系统提供可靠的三维空间信息。然而，由于激光雷达工作在905纳米或1550纳米的近红外频段，这一波长超出人眼可见范围，因此它无法直接捕捉红、绿、蓝等色彩信息。激光雷达所生成的点云仅能提供空间位置与反射强度，尽管能在一定程度上区分路面与标线，但在识别交通信号灯、车辆颜色等语义信息上存在明显局限。
最近，禾赛科技推出了一款具备色彩识别能力的全彩激光雷达，打破了行业对激光雷达只能“看形状、不识色”的传统认知。这一技术突破不仅拓展了传感器的功能边界，也引发了关于未来感知系统架构的深入思考。
图片源自：禾赛科技
为何传统激光雷达无法识别颜色？
传统激光雷达在硬件设计上以空间感知为核心，缺乏对可见光的直接采集能力。为了解决色彩信息缺失的问题，过去通常采用“传感器融合”技术——即通过摄像头采集颜色信息，再将图像与激光雷达的点云进行后期匹配。这种方式虽能在一定程度上补充色彩信息，但也带来了诸多挑战。
由于激光雷达与摄像头在物理位置、采集频率、光路结构等方面存在差异，数据融合过程中极易产生时间偏差与空间错位。在高速行驶或光线变化剧烈的场景中，这种偏差可能导致系统误判，影响感知精度。此外，多传感器数据融合对车载算力提出了更高要求，不仅增加系统延迟，还降低了整体可靠性。
如何在单颗芯片上同步捕捉空间与色彩？
全彩激光雷达的核心突破在于实现了从“数据融合”到“硬件融合”的转变。通过将SPAD（单光子雪崩二极管）系统级芯片同时用于接收激光回波与可见光信号，传感器在物理层面上将空间与色彩信息集成于同一像素单元内。
这种设计要求芯片在极微弱的激光信号中提取飞行时间信息的同时，也能准确感知不同波长的可见光。这意味着每一个像素单元不再只是几何探测器，而是演变为具备深度与颜色双重感知能力的复合型感光单元。
图片源自：禾赛科技
1）像素结构中的色彩奥秘
全彩激光雷达的像素设计借鉴了数码相机的CMOS感光结构。在像素层表面加入了一层极薄的滤光膜，分别允许红、绿、蓝三种可见光通过。这一设计使得每个像素在感知激光回波的同时，也能捕捉环境中的可见光。
由于深度与颜色信息源于同一像素和相同光路，这种集成式采集方式确保了三维坐标点自生成起便具备色彩属性。这种原始数据层的融合，大幅提升了感知的一致性与同步性。
2）如何实现时间与空间的同步采集
在激光雷达的纳秒级脉冲发射周期内，全彩激光雷达借助单光子探测技术，通过高频采样在极短时间内划分多个时隙。芯片内部的逻辑电路将信号分为两路处理：一路用于计算距离，另一路则用于统计可见光光子数量，并通过滤光膜反馈生成RGB色彩。
由于这两项任务由同一SPAD阵列完成，空间位置与色彩信息在时间轴上实现了高度同步。这种设计彻底解决了传统激光雷达与摄像头拼接所带来的数据错位问题，显著提高了系统鲁棒性。
图片源自：禾赛科技
3）色彩识别为何如此关键
全彩激光雷达的输出不再是单纯的几何点云，而是附带语义属性的彩色三维点云。在复杂交通场景中，这种能力尤为关键。例如，道路上漂浮的彩色垃圾袋、彩色交通锥、带有方向提示的地标箭头等，传统激光雷达可能仅能识别其形状，而无法判断其材质或功能。
通过全彩点云，系统可以更准确地识别物体属性，减少误判风险。此外，该技术还提升了感知系统的实时性和可靠性。相比过去需依赖算法进行多传感器数据比对，全彩激光雷达直接提供融合后的高清三维实景图，简化了系统逻辑。
色彩感知带来的系统级变革
全彩激光雷达的出现，标志着传感器技术从“看得见”走向“看得懂”的新阶段。在语义识别方面，它显著提高了对环境的理解能力。例如，黑色塑料袋与黑色水泥墩在传统点云中难以区分，但在全彩数据中，系统可迅速识别其材质差异。
在交通标志和地面标线识别方面，全彩激光雷达也展现出卓越性能。不同颜色的车道线、交通标牌底色等关键信息可以直接被系统获取，提升道路理解的准确性。在摄像头受限的夜间或强光环境下，全彩激光雷达仍能提供高质量的色彩与空间数据，增强感知系统的冗余性。
此外，这种技术在计算效率方面也带来了显著提升。由于数据在传感器端已完成融合，车载计算模块无需再进行复杂的图像与点云对齐，可将更多算力用于路径规划与决策逻辑。这种软硬一体化的设计趋势，正推动自动驾驶系统朝着更高效、更可靠的方向发展。
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原文标题：激光雷达还能进行色彩识别？
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