光達，全名為光偵測與測距，有時也稱為飛時測距 (ToF)、雷射掃描或雷射雷達。光達是一種感測方法，用於偵測物體並繪製其距離。此技術的運作方式為：以光學脈衝照射目標物，並測量反射回傳訊號的特性。光脈衝的寬度範圍可從數奈秒到數微秒。

圖 1 顯示光達的基本原理，光線以特定模式照射，並根據接收端收集到的反射擷取資訊。脈衝功率、往返時間、相移與脈衝寬度是用於從光訊號擷取資訊的常用參數。

為何選擇光？光達相較於雷達、超音波感測器或攝影機等現有技術，其差異為何？是什麼推動了對光達的炒作？本白皮書將在長距離光達的背景下探討這些問題，而長距離光達將成為自動駕駛的重要感測器。除了自駕車之外，光達還應用於 3D 航空和地理測繪、工廠安全系統、智慧彈藥和氣體分析。

製造商正在為現代汽車安裝各種先進控制與感測功能。碰撞警示與避撞系統、盲點偵測器、車道維持輔助、車道偏離警示和主動式巡航控制，都是已建立的輔助功能，這些輔助功能能協助駕駛並自動化某些駕駛任務，使駕駛體驗更安全、更輕鬆。

光達、雷達、超音波感應器和攝影機各有其優缺點。高度或全自動駕駛車輛通常會使用多個感測器技術，在各種天氣和照明條件下，針對車輛周圍建立準確的長距離與短距離地圖。除了技術互補之外，還必須有足夠的重疊，以增加備援並提高安全性。感測器融合是使用多種感測器技術產生準確可靠車輛周圍環境圖的概念。

超音波在空氣中超過幾公尺後會產生強烈衰減；因此，超音波感測器主要用於短距離物體偵測。

攝影機是一種成本效益高且容易取得的感測器；然而，攝影機需要大量處理才能擷取有用資訊，並且強烈依賴環境光線條件。攝影機的獨特之處在於，它們是唯一能夠「看見顏色」的技術。具有車道維持輔助功能的汽車，使用攝影機來實現此功能。

光達和成像雷達具有廣泛的共通和互補特性，可以繪製周圍環境，並測量物體速度。我們將這兩種技術分成幾個類別來比較：

• 範圍：光達和成像雷達系統都可以偵測從數公尺到 200 公尺以上的物體。然而，成像光達在近距離偵測物體方面有其限制。雷達可以偵測從不到一公尺到超過 200 公尺的物體；然而，其偵測範圍取決於系統類型：短距離、中距離或長距離雷達。
• 空間解析度：這正是光達真正發揮優勢的地方。由於光達能夠準直雷射光，且其短波長（905 至 1,550 奈米），因此可以達到約 0.1 度的紅外線 (IR) 光空間解析度。這種解析度能夠對場景中的物體進行高解析度的 3D 特徵化，而無需大量的後端處理。另一方面，雷達的波長（77GHz 時為 4 毫米）難以在遠距離解析小物體特徵。
• 視場角 (FOV)：固態光達和雷達都具有優異的水平 FOV（方位角），而旋轉 360 度的機械光達系統則擁有所有先進駕駛輔助系統 (ADAS) 技術中最寬的 FOV。就過去績效而言，光達的垂直 FOV（仰角）優於雷達。光達提供角解析度（方位角和仰角），而角解析度是提升物體分類效能的主要關鍵要素之一。
• 天氣條件：雷達系統最大的優點之一，是其在雨、霧和雪中的可靠性。在這種天氣條件下，光達的性能通常會下滑。使用 1,550nm 的 IR 波長可協助光達在不利天氣條件下實現更佳性能。
• 環境光：光達和攝影機都容易受到周圍光線條件的影響。但在夜間，光達和成像雷達系統可提供非常高的性能，因為它們提供自己的照明。雷達和調變光達技術可抵抗其他感測器的干擾。
• 成本與尺寸：雷達系統近年來已成為主流，因此高度精巧且價格實惠。隨著光達日益普及，其成本已大幅下降，價格從約 50,000 美元降至 10,000 美元以下。現代車輛廣泛採用雷達，得益於更高的整合度，進而縮小系統尺寸並降低成本。幾年前常見於各種自駕駛計程車上的機械掃描光達系統體積龐大，但隨著技術進步，光達的體積已逐年縮小。產業轉向固態光達將進一步縮減系統尺寸並降低成本。