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| 本文作者： nova170 | 編輯：谷磊 | 2017-03-31 12:55 | 專題：激光雷達(dá)技術(shù)全景 |
雷鋒網(wǎng)按：本文是激光雷達(dá)技術(shù)全景系列文章的第二篇。本系列首發(fā)雷鋒網(wǎng)，來自公眾賬號嘯語，原創(chuàng)技術(shù)觀察，寫給萬分之一的創(chuàng)新者。
傳送門：
二、廉價(jià)化激光雷達(dá)的希望：MEMS激光雷達(dá) vs 固態(tài)激光雷達(dá)
三、激光雷達(dá)存廢之爭—技術(shù)路線盤點(diǎn)
激光雷達(dá)遲遲沒有在汽車領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，原因顯然是幾萬美元的價(jià)格太貴了，可能比車還貴。很多人選擇鉆研深度學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別來取消激光雷達(dá)，也有人選擇激光雷達(dá)的廉價(jià)化。
目前激光雷達(dá)價(jià)格高的原因包括了需求量少，組裝和調(diào)試成本高。Velodyne公司此前的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式產(chǎn)品在車用激光雷達(dá)領(lǐng)域占據(jù)統(tǒng)治地位，后續(xù)推出混合固態(tài)的產(chǎn)品，成本有所降低，正在逐步研發(fā)純固態(tài)激光雷達(dá)。Velodyne LiDAR獲得百度與福特1.5億美元的投資，計(jì)劃到2020年左右成本降至500美金。Waymo（谷歌自動(dòng)駕駛）和Uber（收購自O(shè)tto）自研機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的嘗試會(huì)在后文提到。禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、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(dá)領(lǐng)域。
有公司傾向于取消機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、根本性降低激光雷達(dá)成本的手段，方法之一就是利用MEMS微振鏡（MEMS指的是微機(jī)電系統(tǒng)），把所有的機(jī)械部件集成到單個(gè)芯片，利用半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。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(jīng)被著名汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商英飛凌全資收購），預(yù)計(jì)2018年量產(chǎn)，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(tài)激光雷達(dá)，能夠?qū)崿F(xiàn)白天單次發(fā)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(dǎo)體供應(yīng)。英飛凌公司認(rèn)為高速運(yùn)算平臺(tái)只是系統(tǒng)的一小部分。
2016年底，研究超微型投影顯示和傳感技術(shù)的MicroVision公司，和意法半導(dǎo)體合作推廣激光束掃描（LBS）技術(shù)，應(yīng)用場景包括了激光雷達(dá)，以及微型投影儀、VR、AR和HUD等市場。
曾經(jīng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的歐姆龍，2017 年初開始在Opus提供的小型 MEMS 芯片基礎(chǔ)上，研發(fā)激光雷達(dá)。
日本先鋒公司，利用原本用于掃描激光影碟的光學(xué)頭，生產(chǎn)MEMS激光雷達(dá)，“當(dāng)訂單達(dá)到100萬，先鋒便可以把價(jià)格控制在100美元以下，預(yù)計(jì)會(huì)在2019年開始量產(chǎn)。”先鋒還與高精度地圖服務(wù)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(gè)MEMS微鏡，可用于交互式投影儀。有新聞報(bào)道博世將在2020年前銷售激光雷達(dá)，暫時(shí)無法判斷是基于MEMS還是其他技術(shù)。
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(dá)也不錯(cuò)，不需要再給Ibeo的激光雷達(dá)騰地方了。
激光雷達(dá)創(chuàng)業(yè)公司 Luminar Technologies，從招聘信息推測，對機(jī)械旋轉(zhuǎn)或者M(jìn)EMS方案的激光雷達(dá)有興趣。
其他在微機(jī)械設(shè)計(jì)MEMS領(lǐng)域有技術(shù)積累的公司也有可能進(jìn)入激光雷達(dá)領(lǐng)域，或者成為核心零件供應(yīng)商。
另外一個(gè)思路是完全取消機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用相控陣原理實(shí)現(xiàn)固態(tài)激光雷達(dá)：
生活中最常見的干涉例子是水波，兩處振動(dòng)產(chǎn)生的水波相互疊加，有的方向兩列波互相增強(qiáng)，有的方向正好抵消，將這個(gè)原理放大，采用多個(gè)光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)射的時(shí)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(dá)從機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)向聚束成形的進(jìn)化趨勢與雷達(dá)完全相同：軍事上廣泛應(yīng)用的相控陣?yán)走_(dá)一般擁有上千個(gè)發(fā)射天線單元，通過調(diào)節(jié)波束合成的方式，可以改變雷達(dá)掃描的方向而不需要機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)，靈活性很高，適合應(yīng)對高機(jī)動(dòng)目標(biāo)，還可發(fā)射窄波束作為電子戰(zhàn)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(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）已經(jīng)進(jìn)行過這方面實(shí)驗(yàn)。
固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)包括了：數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對于溫度和振動(dòng)的適應(yīng)性強(qiáng)；通過波束控制，探測點(diǎn)（點(diǎn)云）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠(yuǎn)處，對于側(cè)面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強(qiáng)側(cè)面掃描。只能勻速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械式激光雷達(dá)是無法執(zhí)行這種精細(xì)操作的。
固態(tài)激光雷達(dá)的典型代表是美國的Quanergy公司，單面相控陣最大視角120度。預(yù)生產(chǎn)的S3激光雷達(dá)計(jì)劃在2017年交貨，價(jià)格250美元，5年內(nèi)低于 100 美元。最早搭載Quanergy激光雷達(dá)感應(yīng)器的車輛將在2018年面市。已經(jīng)獲得了大型汽車零部件供應(yīng)商德爾福，以及三星電子的戰(zhàn)略投資。Quanergy還在與Koito合作整合激光雷達(dá)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(tài)激光雷達(dá)的推薦方案與友商進(jìn)行了對比，認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)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(chuàng)始團(tuán)隊(duì)Martin Eberhard等人組建的 Wardenclyffe Partners，當(dāng)時(shí)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(yè)雷神公司的人體跟蹤軟件，開始進(jìn)軍安全行業(yè)。2017年3月，Quanergy申請參與特朗普總統(tǒng)的“美麗的邊境墻”計(jì)劃。Quanergy CEO認(rèn)為安全行業(yè)的市場規(guī)模與汽車行業(yè)相當(dāng)，試圖說服美國總統(tǒng)棄用混凝土，而選擇更便宜的 Q-Guard 虛擬圍欄。其他激光雷達(dá)廠商沒有參與這個(gè)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(huán)境，同時(shí)生產(chǎn)太陽能電池板和儲(chǔ)能系統(tǒng)的特斯拉也可以參與給Quanergy的方案供電，當(dāng)然要討好消費(fèi)者的特斯拉大概不敢接這筆生意吧，已經(jīng)有uber的教訓(xùn)了。
法國汽車零部件供應(yīng)商法雷奧，2010年與德國激光雷達(dá)供應(yīng)商 Ibeo 合作開發(fā)并量產(chǎn)的SCALA高精度機(jī)械式激光雷達(dá)，最大檢測距離為150m，法雷奧在此激光雷達(dá)基礎(chǔ)上，加上Mobileye，開發(fā)了Cruise4U 自動(dòng)駕駛解決方案。2016年采埃孚收購了Ibeo40%的股份，以幫助Ibeo研發(fā)固態(tài)激光雷達(dá)，也在研究更高效的數(shù)據(jù)標(biāo)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(fā)固態(tài)激光雷達(dá)，由LeddarTech提供技術(shù)和專利，計(jì)劃2018年量產(chǎn)，照射距離最遠(yuǎn)為100m。
激光雷達(dá)技術(shù)提供商 LeddarTech 從加拿大國家光學(xué)研究所分離。該公司的 Leddar M16 固態(tài)激光雷達(dá)，在參加 BattleBots 機(jī)器人格斗比賽的 Chomp 機(jī)器人上得到了應(yīng)用，Chomp借助激光雷達(dá)的精確測距，實(shí)現(xiàn)了氣壓錘的自動(dòng)瞄準(zhǔn)，成功干掉了上屆冠軍Bite Force的武器傳動(dòng)鏈條。這大概是目前為止，搭載固態(tài)激光雷達(dá)的最著名機(jī)器人。在動(dòng)輒被撞飛的激烈比賽當(dāng)中，機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的可靠性值得懷疑（波士頓動(dòng)力給旗下機(jī)器人配備的激光雷達(dá)是機(jī)械旋轉(zhuǎn)式）。
2016年9月，LeddarTech 開賣模塊化 Vu8 固態(tài)激光雷達(dá)，售價(jià)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(dá)。
TriLumina公司為激光雷達(dá)提供高功率的可調(diào)制光源VCSEL，2016年獲得汽車供應(yīng)商電裝的戰(zhàn)略投資。TriLumina在 2017 CES 展示了基于 LeddarCore IC 的256像素3D激光雷達(dá)解決方案。
2015年 DARPA啟動(dòng)了“模塊化光學(xué)孔徑構(gòu)造模塊”（MOABB）項(xiàng)目，以研發(fā)超緊湊的光學(xué)雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)100米遠(yuǎn)距離處的3D成像，采用晶圓級加工工藝進(jìn)行一體化集成，比手機(jī)攝像頭更小，典型場景是：“在直升機(jī)或無人機(jī)上檢測叢林下的狙擊手或坦克”。
MIT的片上激光雷達(dá)（lidar-on-a-chip）項(xiàng)目，特點(diǎn)在于使用商用CMOS生產(chǎn)技術(shù)，連接激光器的是橫截面為幾百納米的硅波導(dǎo)管（可以想象成極小的光纖），對其進(jìn)行加熱來實(shí)現(xiàn)每個(gè)天線的光束相位控制。預(yù)計(jì)成本10美元，有可能封裝到機(jī)器人的指尖上。
TetraVue的高分辨率激光雷達(dá)，將標(biāo)準(zhǔn)的2D CMOS/CCD，結(jié)合新的飛行時(shí)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(chuàng)公司 Innoviz Technologies 的激光雷達(dá)預(yù)計(jì)100美元，已經(jīng)獲得900萬美元融資，并且與汽車供應(yīng)商麥格納達(dá)成合作。表示其使用的方法與Quanergy或者M(jìn)IT的不同，但是無法搜到其專利，具體細(xì)節(jié)和區(qū)別無從判斷。
Princeton Lightwave在2016年7月宣布進(jìn)入車用激光雷達(dá)領(lǐng)域，該公司擅長蓋革模式激光雷達(dá)（Geiger-mode LiDAR），探測距離更遠(yuǎn)，已經(jīng)在航空測繪領(lǐng)域應(yīng)用十幾年。
上海思嵐科技已經(jīng)推出了面向掃地機(jī)器人的廉價(jià)激光雷達(dá)，同時(shí)也在研究固態(tài)激光雷達(dá)。
從無人機(jī)激光雷達(dá)起家的北醒光子，正在研發(fā)多線長距和固態(tài)激光雷達(dá)。
Blackmore開發(fā)的調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)，并沒有采用最容易理解的主流飛行時(shí)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(tǒng)雷達(dá)類似；通過分離多普勒頻移，可以同時(shí)提供目標(biāo)速度數(shù)據(jù)，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(dǎo)體從Vescent公司購買了可用于改變光束方向的液晶光導(dǎo)技術(shù)，還與提供固態(tài)照明模塊的TriLumina公司，合作開發(fā)低成本的汽車快閃激光雷達(dá)模組。
初創(chuàng)公司Phantom Intelligence在與歐司朗光電半導(dǎo)體合作研制固態(tài)激光雷達(dá)。
事實(shí)上有一些照明公司利用歐司朗的高功率紅外LED，實(shí)現(xiàn)了“燈 to 燈”的光通信。這讓人好奇，激光雷達(dá)能否作為 DSRC 和 LTE-V2X 之外的補(bǔ)充性車際通信手段。
雷達(dá)用來通信不是異想天開，美國曾經(jīng)測試過，利用F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)的 AN/APG-77主動(dòng)電子掃描陣列（AESA）雷達(dá)進(jìn)行大容量實(shí)時(shí)通信，傳輸對于目前軍用數(shù)據(jù)鏈過大的未壓縮文件，而光在電磁波譜當(dāng)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(dá)的話題。
2016年3月，德國汽車供應(yīng)商大陸集團(tuán)（Continental）收購了 Advanced Scientific Concepts 的3D Flash激光雷達(dá)業(yè)務(wù)，開發(fā)探測距離200米的高分辨率3D Flash激光雷達(dá)，2020年量產(chǎn)。
以色列初創(chuàng)公司 Oryx的相干光雷達(dá)（coherent optical radar）發(fā)射端采用長波太赫茲紅外激光脈沖，天氣適應(yīng)性強(qiáng)，沒有任何光束的轉(zhuǎn)向控制，核心競爭力在于接收端，不像其他激光雷達(dá)那樣通過光電傳感器來偵測光線粒子，而是根據(jù)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(jìn)行相干處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多普勒模式以檢測目標(biāo)速度。檢測距離150米，預(yù)計(jì)100到250美元，已經(jīng)完成1700萬美元A輪融資。
未完待續(xù)……
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