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| 本文作者： nova170 | 編輯：谷磊 | 2017-03-31 12:55 | 專題：激光雷達技術全景 |
雷鋒網按：本文是激光雷達技術全景系列文章的第二篇。本系列首發雷鋒網，來自公眾賬號嘯語，原創技術觀察，寫給萬分之一的創新者。
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二、廉價化激光雷達的希望：MEMS激光雷達 vs 固態激光雷達
激光雷達遲遲沒有在汽車領域大規模應用，原因顯然是幾萬美元的價格太貴了，可能比車還貴。很多人選擇鉆研深度學習和圖像識別來取消激光雷達，也有人選擇激光雷達的廉價化。
目前激光雷達價格高的原因包括了需求量少，組裝和調試成本高。Velodyne公司此前的機械旋轉式產品在車用激光雷達領域占據統治地位，后續推出混合固態的產品，成本有所降低，正在逐步研發純固態激光雷達。Velodyne LiDAR獲得百度與福特1.5億美元的投資，計劃到2020年左右成本降至500美金。Waymo（谷歌自動駕駛）和Uber（收購自Otto）自研機械旋轉式激光雷達的嘗試會在后文提到。禾賽科技、速騰聚創、北科天繪、鐳神智能等中國公司也涌入低成本車用激光雷達領域。
有公司傾向于取消機械旋轉結構、根本性降低激光雷達成本的手段，方法之一就是利用MEMS微振鏡（MEMS指的是微機電系統），把所有的機械部件集成到單個芯片，利用半導體工藝生產。選擇這一路線的公司包括了：
荷蘭Innoluce公司（從飛利浦剝離，已經被著名汽車半導體供應商英飛凌全資收購），預計2018年量產，成本不超過100美元，在探測范圍和分辨率方面超過其它固態激光雷達，能夠實現白天單次發射探測距離250米、角分辨率0.1°，激光功率利用效率大于95%，使用的激光器由歐司朗光電半導體供應。英飛凌公司認為高速運算平臺只是系統的一小部分。
2016年底，研究超微型投影顯示和傳感技術的MicroVision公司，和意法半導體合作推廣激光束掃描（LBS）技術，應用場景包括了激光雷達，以及微型投影儀、VR、AR和HUD等市場。
曾經生產機械旋轉式激光雷達的歐姆龍，2017 年初開始在Opus提供的小型 MEMS 芯片基礎上，研發激光雷達。
日本先鋒公司，利用原本用于掃描激光影碟的光學頭，生產MEMS激光雷達，“當訂單達到100萬，先鋒便可以把價格控制在100美元以下，預計會在2019年開始量產。”先鋒還與高精度地圖服務商HERE合作，測繪地圖。
2017年，博世推出了兼顧激光掃描和投影的BML050方案，包括兩個MEMS微鏡，可用于交互式投影儀。有新聞報道博世將在2020年前銷售激光雷達，暫時無法判斷是基于MEMS還是其他技術。
奧迪的矩陣式激光車燈，使用微鏡（DMD）來控制激光方向，順便做激光雷達也不錯，不需要再給Ibeo的激光雷達騰地方了。
激光雷達創業公司 Luminar Technologies，從招聘信息推測，對機械旋轉或者MEMS方案的激光雷達有興趣。
其他在微機械設計MEMS領域有技術積累的公司也有可能進入激光雷達領域，或者成為核心零件供應商。
另外一個思路是完全取消機械結構，采用相控陣原理實現固態激光雷達：
生活中最常見的干涉例子是水波，兩處振動產生的水波相互疊加，有的方向兩列波互相增強，有的方向正好抵消，將這個原理放大，采用多個光源組成陣列，通過控制各光源發射的時間差，就能合成角度靈活，且精密可控的主光束，這就是相控陣的原理。
激光雷達從機械轉動向聚束成形的進化趨勢與雷達完全相同：軍事上廣泛應用的相控陣雷達一般擁有上千個發射天線單元，通過調節波束合成的方式，可以改變雷達掃描的方向而不需要機械部件運轉，靈活性很高，適合應對高機動目標，還可發射窄波束作為電子戰天線。相控陣還可以用于把宇宙太陽能電池板的能量傳回地面，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）已經進行過這方面實驗。
固態激光雷達的優點包括了：數據采集速度快，分辨率高，對于溫度和振動的適應性強；通過波束控制，探測點（點云）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠處，對于側面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強側面掃描。只能勻速旋轉的機械式激光雷達是無法執行這種精細操作的。
固態激光雷達的典型代表是美國的Quanergy公司，單面相控陣最大視角120度。預生產的S3激光雷達計劃在2017年交貨，價格250美元，5年內低于 100 美元。最早搭載Quanergy激光雷達感應器的車輛將在2018年面市。已經獲得了大型汽車零部件供應商德爾福，以及三星電子的戰略投資。Quanergy還在與Koito合作整合激光雷達的汽車前照燈。 
這張圖可以看到Quanergy用光源陣列來合成波束
Quanergy將固態激光雷達的推薦方案與友商進行了對比，認為可以實現低于多攝像頭方案的傳感器成本。 
2014年參與 Quanergy 種子輪和A輪的是特斯拉創始團隊Martin Eberhard等人組建的 Wardenclyffe Partners，當時Elon Musk是投資人之一。Wardenclyffe Partners的公開投資案例只有Quanergy一家。
2016年Quanergy收購了著名軍工企業雷神公司的人體跟蹤軟件，開始進軍安全行業。2017年3月，Quanergy申請參與特朗普總統的“美麗的邊境墻”計劃。Quanergy CEO認為安全行業的市場規模與汽車行業相當，試圖說服美國總統棄用混凝土，而選擇更便宜的 Q-Guard 虛擬圍欄。其他激光雷達廠商沒有參與這個競爭。特朗普要求美墨邊境墻覆蓋建筑和供電困難的沙漠、山脈等環境，同時生產太陽能電池板和儲能系統的特斯拉也可以參與給Quanergy的方案供電，當然要討好消費者的特斯拉大概不敢接這筆生意吧，已經有uber的教訓了。
法國汽車零部件供應商法雷奧，2010年與德國激光雷達供應商 Ibeo 合作開發并量產的SCALA高精度機械式激光雷達，最大檢測距離為150m，法雷奧在此激光雷達基礎上，加上Mobileye，開發了Cruise4U 自動駕駛解決方案。2016年采埃孚收購了Ibeo40%的股份，以幫助Ibeo研發固態激光雷達，也在研究更高效的數據標定。
法雷奧的合作伙伴不止Ibeo，2014年法雷奧與加拿大的 LeddarTech 合作開發固態激光雷達，由LeddarTech提供技術和專利，計劃2018年量產，照射距離最遠為100m。
激光雷達技術提供商 LeddarTech 從加拿大國家光學研究所分離。該公司的 Leddar M16 固態激光雷達，在參加 BattleBots 機器人格斗比賽的 Chomp 機器人上得到了應用，Chomp借助激光雷達的精確測距，實現了氣壓錘的自動瞄準，成功干掉了上屆冠軍Bite Force的武器傳動鏈條。這大概是目前為止，搭載固態激光雷達的最著名機器人。在動輒被撞飛的激烈比賽當中，機械旋轉式激光雷達的可靠性值得懷疑（波士頓動力給旗下機器人配備的激光雷達是機械旋轉式）。
2016年9月，LeddarTech 開賣模塊化 Vu8 固態激光雷達，售價475美元，檢測距離215米。2017 CES上，LeddarTech展示了下一代LeddarCore芯片，支持MEMS微鏡和2D/3D Flash 激光雷達。
TriLumina公司為激光雷達提供高功率的可調制光源VCSEL，2016年獲得汽車供應商電裝的戰略投資。TriLumina在 2017 CES 展示了基于 LeddarCore IC 的256像素3D激光雷達解決方案。
2015年 DARPA啟動了“模塊化光學孔徑構造模塊”（MOABB）項目，以研發超緊湊的光學雷達，實現100米遠距離處的3D成像，采用晶圓級加工工藝進行一體化集成，比手機攝像頭更小，典型場景是：“在直升機或無人機上檢測叢林下的狙擊手或坦克”。
MIT的片上激光雷達（lidar-on-a-chip）項目，特點在于使用商用CMOS生產技術，連接激光器的是橫截面為幾百納米的硅波導管（可以想象成極小的光纖），對其進行加熱來實現每個天線的光束相位控制。預計成本10美元，有可能封裝到機器人的指尖上。
TetraVue的高分辨率激光雷達，將標準的2D CMOS/CCD，結合新的飛行時間（TOF）模式，距離100米以上，低于200美元，投資者包括博世資本、三星、鴻海等。
以色列初創公司 Innoviz Technologies 的激光雷達預計100美元，已經獲得900萬美元融資，并且與汽車供應商麥格納達成合作。表示其使用的方法與Quanergy或者MIT的不同，但是無法搜到其專利，具體細節和區別無從判斷。
Princeton Lightwave在2016年7月宣布進入車用激光雷達領域，該公司擅長蓋革模式激光雷達（Geiger-mode LiDAR），探測距離更遠，已經在航空測繪領域應用十幾年。
上海思嵐科技已經推出了面向掃地機器人的廉價激光雷達，同時也在研究固態激光雷達。
從無人機激光雷達起家的北醒光子，正在研發多線長距和固態激光雷達。
Blackmore開發的調頻連續波（FMCW）激光雷達，并沒有采用最容易理解的主流飛行時間法（Time of Flight, ToF），而是通過測量反射波的頻率改變來測距，精度更高，原理與傳統雷達類似；通過分離多普勒頻移，可以同時提供目標速度數據，不受霧、雨雪、灰塵影響。該公司獲得350萬美元A輪投資。
ADI亞德諾半導體從Vescent公司購買了可用于改變光束方向的液晶光導技術，還與提供固態照明模塊的TriLumina公司，合作開發低成本的汽車快閃激光雷達模組。
初創公司Phantom Intelligence在與歐司朗光電半導體合作研制固態激光雷達。
事實上有一些照明公司利用歐司朗的高功率紅外LED，實現了“燈 to 燈”的光通信。這讓人好奇，激光雷達能否作為 DSRC 和 LTE-V2X 之外的補充性車際通信手段。
雷達用來通信不是異想天開，美國曾經測試過，利用F-22猛禽戰斗機的 AN/APG-77主動電子掃描陣列（AESA）雷達進行大容量實時通信，傳輸對于目前軍用數據鏈過大的未壓縮文件，而光在電磁波譜當中，頻率比無線電更高，所以可以做到巨大的潛在帶寬。
回到激光雷達的話題。
2016年3月，德國汽車供應商大陸集團（Continental）收購了 Advanced Scientific Concepts 的3D Flash激光雷達業務，開發探測距離200米的高分辨率3D Flash激光雷達，2020年量產。
以色列初創公司 Oryx的相干光雷達（coherent optical radar）發射端采用長波太赫茲紅外激光脈沖，天氣適應性強，沒有任何光束的轉向控制，核心競爭力在于接收端，不像其他激光雷達那樣通過光電傳感器來偵測光線粒子，而是根據光的“波粒二象性”以波的形式使用納米天線陣列接收返回信號，并且進行相干處理，同時實現了多普勒模式以檢測目標速度。檢測距離150米，預計100到250美元，已經完成1700萬美元A輪融資。
未完待續……
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