自動駕駛識別:固態(tài)LiDAR有望扮主角

陳炳欣

“傳感物聯(lián)新應(yīng)用”系列報(bào)道

編者按：擴(kuò)大應(yīng)用范圍是推進(jìn)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。早在2013年，工業(yè)和信息化部、科技部等四部委就出臺了《加快推進(jìn)傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃》，以推動傳感器表產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、持續(xù)、協(xié)調(diào)發(fā)展，整體水平跨入世界先進(jìn)行列。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G及AI的快速發(fā)展，智能傳感器展現(xiàn)出了蓬勃的發(fā)展生機(jī)?！吨袊娮訄?bào)》將選取自動駕駛、智慧養(yǎng)老、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療等幾個熱點(diǎn)領(lǐng)域中傳感產(chǎn)品的應(yīng)用情況進(jìn)行報(bào)道，展示傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景。

激光雷達(dá)（LiDAR）一向是汽車自動駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要部件之一，然而動輒數(shù)十萬元的造價限制了它的普及應(yīng)用。近年來隨著博世、安森美、英飛凌等半導(dǎo)體大廠的大舉投入，以MEMS、光學(xué)相控陣列（OPA）技術(shù)為基礎(chǔ)的固態(tài)激光雷達(dá)正在走向成熟，逐漸有能力取代傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)。未來，固態(tài)激光雷達(dá)有望在自動駕駛識別中扮演主要角色。

固態(tài)激光雷達(dá)閃亮CES2020

在近日舉辦的CES2020大展上，激光雷達(dá)成為亮點(diǎn)之一，國內(nèi)外公司紛紛推出固態(tài)激光雷達(dá)解決方案。

在近日舉辦的CES2020大展上，激光雷達(dá)成為亮點(diǎn)之一。開展前夕，德國汽車零部件供應(yīng)商博世宣布，其首款車規(guī)級激光雷達(dá)芯片已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)開發(fā)階段。該系列產(chǎn)品可覆蓋長距離和短距離探測，適用于高速公路和城市道路的自動駕駛場景。更為關(guān)鍵的是，博世希望通過規(guī)模化量產(chǎn)，降低激光雷達(dá)成本，從而促進(jìn)市場推廣。

安森美是圖像傳感器領(lǐng)域的主要廠商之一，近年來在激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和圖形傳感器芯片等領(lǐng)域均有投入。本屆CES上，安森美以激光雷達(dá)芯片為重點(diǎn)，展示了業(yè)內(nèi)首款高分辨率、寬視野單光子雪崩二極管（SPAD）陣列探測器。SPAD陣列是微光光子探測器芯片，可用于不同類型（包括短距、中距和長距）激光雷達(dá)當(dāng)中。

歐司朗從去年開始就有消息傳出將進(jìn)入激光雷達(dá)市場。本屆CES上，歐司朗展示了應(yīng)用于自動駕駛概念車MetroSnap的激光雷達(dá)技術(shù)。MetroSnap是一款L5級別的自動駕駛汽車，歐司朗稱其所提供的激光雷達(dá)技術(shù)能夠通過紅外線脈沖激光繪制車輛周圍環(huán)境的3D地圖，使MetroSnap概念車實(shí)現(xiàn)更安全的自動駕駛。

另外，近日圖像傳感器大廠索尼也傳出將進(jìn)軍固態(tài)激光雷達(dá)的消息。中國公司也在激光雷達(dá)領(lǐng)域嶄露頭角。在CES2020上，由DJI大疆內(nèi)部孵化的覽沃科技（Livox）發(fā)布了兩款激光雷達(dá)傳感器：Horizon和Tele-15。覽沃科技表示，這兩款激光雷達(dá)為L3/L4級自動駕駛而設(shè)計(jì)，是高性能、低成本、可量產(chǎn)的傳感器解決方案。覽沃科技以此為契機(jī)還與自動駕駛初創(chuàng)公司RefractionAI和AutoX建立了合作關(guān)系。

迅速發(fā)展媲美機(jī)械式產(chǎn)品

固態(tài)激光雷達(dá)與傳統(tǒng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)不同。相比機(jī)械式激光雷達(dá)，固態(tài)激光雷達(dá)在成本、體積、可靠性和使用壽命上都有著優(yōu)勢。

激光雷達(dá)一向是汽車自動駕駛技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的主要部件之一，具有高分辨率、抗干擾能力強(qiáng)、獲取的信息量大等優(yōu)點(diǎn)，然而，高昂的造價也限制了它的普及應(yīng)用。特斯拉CEO馬斯克就曾公開表示：

“傻子才用激光雷達(dá)，現(xiàn)在誰要還是靠激光雷達(dá)，那就注定完蛋！”不過近年來，隨著博世、安森美、索尼、英飛凌等半導(dǎo)體廠商的大舉投入，固態(tài)激光雷達(dá)正在慢慢走向成熟。

專家指出，固態(tài)激光雷達(dá)與傳統(tǒng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)不同，它采取MEMS、光學(xué)相控陣列（OPA）等掃描方式，對物體信息進(jìn)行識別，以實(shí)現(xiàn)收集路況信息，為自動駕駛提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的作用。而且相比機(jī)械式激光雷達(dá)，固態(tài)激光雷達(dá)在成本、體積、可靠性和使用壽命上都有優(yōu)勢。

那么，目前的固態(tài)激光雷達(dá)可以和機(jī)械式激光雷達(dá)相媲美嗎？從覽沃科技發(fā)布的產(chǎn)品參數(shù)來看，Horizon檢測范圍達(dá)260米，水平視場角81.7°，可覆蓋10米距離內(nèi)的4條車道，等效于傳統(tǒng)64線激光雷達(dá)，采用5個Horizon即可實(shí)現(xiàn)360°場景覆蓋。同時，Horizon具有高密度點(diǎn)云、體積小的特點(diǎn)，可以輕松地嵌入到車輛中。Tele-15探測距離達(dá)到500米，為遠(yuǎn)距離檢測而設(shè)計(jì)，兼具緊湊尺寸、高精度和耐用性的優(yōu)勢，0.1秒即可掃描15°圓形視場內(nèi)99.8%的區(qū)域，這一點(diǎn)要優(yōu)于傳統(tǒng)128線激光雷達(dá)。

激光雷達(dá)解決方案提供商速騰聚創(chuàng)（RoboSense）合伙人兼副總裁LeileiShino-hara也表示：“我們與安森美半導(dǎo)體合作并利用RD系列SiPM系列，已迅速超越了傳統(tǒng)激光雷達(dá)制造商使用較老舊的APD技術(shù)和機(jī)械掃描架構(gòu)所提供的性能。

有望加快商用進(jìn)程

固態(tài)激光雷達(dá)由于改變了數(shù)據(jù)讀寫模式并省去了旋轉(zhuǎn)部件，成本可以大幅下降，有望推動市場應(yīng)用的快速擴(kuò)大。

激光雷達(dá)一直是自動駕駛汽車中價格最為昂貴的傳感器，各個零部件供應(yīng)商和激光雷達(dá)初創(chuàng)公司都想降低激光雷達(dá)的生產(chǎn)成本，以獲得規(guī)模效益。隨著固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)的逐漸成熟，固態(tài)激光雷達(dá)由于改變了數(shù)據(jù)讀寫模式并省去了旋轉(zhuǎn)部件，成本可以大幅下降，有望推動市場應(yīng)用的快速擴(kuò)大。

在宣布推出激光雷達(dá)芯片時，博世發(fā)言人即表示，博世的激光雷達(dá)已經(jīng)開發(fā)完成，并且售價將會低于市面上其他的激光雷達(dá)，使其成為一款大眾可負(fù)擔(dān)得起的產(chǎn)品。覽沃科技更是直接將激光雷達(dá)的價格拉到了萬元以下，Horizon的報(bào)價為6499元，Tele-15為9000元。覽沃科技全球市場總監(jiān)鄧睿豪表示，大疆一直在推動的事情是希望將前沿技術(shù)平民化，這種思路也同樣適用于Livox。

隨著博世、安森美等半導(dǎo)體大廠進(jìn)入激光雷達(dá)領(lǐng)域，特別是中國芯片廠的進(jìn)入，激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)該會取得突破，其價格有望進(jìn)一步下探。而核心芯片價格的下降，直接影響激光雷達(dá)的價格，有望從萬元時代來到千元時代。

從應(yīng)用角度來看，激光雷達(dá)的應(yīng)用依然需要與毫米波雷達(dá)、攝像頭等設(shè)備結(jié)合使用。恩智浦資深副總裁兼首席技術(shù)官LarsReger表示：“激光雷達(dá)、雷達(dá)、攝像頭，就像人的眼睛能看到的視線一樣，應(yīng)當(dāng)相互補(bǔ)充，結(jié)合使用?！?/p>

毫米波雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)主要是探測距離比較遠(yuǎn)，精度非常高，而且不受天氣和光線的影響。毫米波雷達(dá)對運(yùn)動的金屬物體比較敏感，但對于靜止的金屬或非金屬物體，運(yùn)動的非金屬物體不太敏感，分辨率也比較低。激光雷達(dá)的測距精度非常高，基本上可以達(dá)到正負(fù)一兩厘米，分辨率也非常高。但激光雷達(dá)容易受到陽光雨霧和互干擾的影響。攝像頭可以通過豐富的成像信息進(jìn)行各類識別運(yùn)算，比如行人、形變的物體，還有停車場的橫桿以及交通標(biāo)識等。不同方案結(jié)合使用可以起到相互補(bǔ)充的效果。事實(shí)上，目前博世、安森美、恩智浦等主流半導(dǎo)體廠商都掌握著三種技術(shù)相對完整的產(chǎn)品線，同時致力于打造整體解決方案。