反射率
1 概述
反射率（Reflectivity）是激光雷达应用中的关键参数之一，对于衡量评估激光雷达的探测性能、点云数据精度以及目标识别能力有着重要的影响。
2 定义
反射率通常指物体表面反射的辐射能量与投射到物体上的总辐射能量的比值。 光学上，对于光路的反射方向一般遵循以下两种方式（如下图所示）：
- 镜面反射 （Specular Reflection），即反射光仅沿单一固定的方向射出，该方向由入射光角度决定；
- 漫反射 （Diffuse Reflection），即反射光朝着物体面向的所有方向射出；
其中，对于所有方向反射能量强度都均匀一致的漫反射物体，我们称之为朗伯体（Lambertian Reflector）。对于激光雷达而言，其所定义的反射率指标也主要适用于这类目标物，并且现实应用场景中大部分物体也都近似于朗伯体，即反射率为物体的固有参数，主要由其材质和表面特性决定，不受探测时激光入射和出射方向的影响。
以下是自然界中常见物体材质的反射率：
| 常见物体 | 反射率 |
|---|---|
| 黑布 | 2~3% |
| 黑色塑料 | 15% |
| 木板 | 20% |
| 报纸 | 55% |
| 白色卡纸 | 90% |
| 光泽金属表面 | 150% |
| 高反路牌、胶贴 | >300% |
注：高反路牌这类物体又称为角反射体（Retro-reflector），因其表面存在的特殊结构会使得不同方向的入射光都出现镜面反射效果（见下方示意图），实际上不属于朗伯体；激光雷达所使用的反射率是基于对标准朗伯体（反射率 < 100%）进行漫反射标定后得到的反射强度结果，因此对于这类存在镜面反射效果物体(包括高反面物体、光亮金属等)实际探测得到的反射率会远高于常见的漫反射物体，并出现反射率超过100%的情况。
3 影响因素
影响物体反射率的因素主要有以下两类：
- 材料属性，如表面粗糙度（粗糙表面导致漫反射，反射率低于光滑表面）、颜色与吸收率（深色材料，如黑色油漆面会吸收更多激光能量，使得反射率较低）；
- 环境条件，如湿度（水分会增加物体表面反射率）、温度（金属材料热膨 胀可能改变其表面特性）等。
4 应用场景
各类激光雷达应用场景中都会依赖于反射率信息的输入。以ADAS或L4自动驾驶方案为例，由于需要激光雷达实时构建环境三维模型，因此可以借助反射率对不同材质的目标物进行区分和识别，提高系统对于环境的感知能力于效率。 以下是两个比较典型的借助反射率进行环境感知和目标识别的案例：
4.1 车道线识别
公路行驶时车道线的识别对于自动驾驶道路规划控制有着重要作用；在高精地图测绘的场景里，车道线识别主要依赖于车道线与沥青路面的反射率对比度和区分度。由于测绘过程往往是利用测绘车在公路上搜集大量数据后再用软件自动化标注车道线，如果车道线相对于普通路面区分度明显，后端软件能够快速准确地识别并在地图中绘制出来，从而可以大幅节约标注环节耗费的工时和成本。参考下方的AT128点云图，其车道线和车道标识体现了明显的区分度。
4.2 高反物体识别
道路中常见的指示牌往往是反射率极高的物体，其反射率通常达到了激光雷达测量范围的上限，因而利用激光雷达输出的反射率信息可以及时识别路牌，并通过控制系统指示摄像头去关注路牌上的具体信息，可对车辆驾驶行为进行高效规划和控制。
此外，一些建筑工地场景中常常会用到带有高反面的锥桶进行标识，若能在尽可能远的距离下对反射率较高的锥桶进行快速识别和区分，可使车辆控制系统提前介入并执行相应的减速或变道决策，这对于自动驾驶的安全性和舒适性有着显著的影响。下图体现了Pandar128对于路边锥桶的识别效果。
