一文教你看懂無(wú)人駕駛的關(guān)鍵激光雷達

　　自從2012年谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)刷屏以來(lái)，頂在車(chē)頂的“全家桶”總是這么引人矚目。而這“全家桶”就是傳說(shuō)中的激光雷達。

　　這款激光雷達的供應商是來(lái)自美國Velodyne，當時(shí)這個(gè)“全家桶”造價(jià)高達7萬(wàn)美刀，比車(chē)還貴！準確來(lái)說(shuō)，應該可以買(mǎi)5輛比亞迪…

　　OK，說(shuō)到這里，大家肯定要問(wèn)了，激光雷達最近好像聽(tīng)到頻率很高??？

　　沒(méi)錯，說(shuō)到激光雷達就不得不提最近風(fēng)頭正勁的ADAS?，F階段的ADAS，激光雷達、毫米波雷達、視覺(jué)傳感器是用于周?chē)h(huán)境感測的主流手段，是實(shí)現ADAS的必備。

　　而所謂激光雷達，就是利用激光束探測目標，獲得數據并生成精確的數字高程模型。它的工作原理也不難理解，就是發(fā)射和接收激光束。在激光雷達的內部，每一組組件都包含一個(gè)發(fā)射單元與接收單元。我們拿激光雷達領(lǐng)域最有名的公司Velodyne的旋轉鏡面設計圖來(lái)說(shuō)明。

　　激光雷達工作原理（圖片來(lái)自Velodyne）

　　這套發(fā)射/接收組件和旋轉鏡面結合在一起，能掃描至少一個(gè)平面。鏡面不只反射二極管發(fā)出去的光，而且也能把反射回來(lái)的光再反射給接收器。通過(guò)旋轉鏡面，能夠實(shí)現 90到180度的視角，并且大大降低系統設計和制造的復雜度，因為鏡面是這里面唯一的運動(dòng)機構。

　　探測距離的原理是基于光返回的時(shí)間，激光二極管發(fā)出脈沖光，脈沖光照射到目標物后反射一部分光回來(lái)，在二極管附近安裝一個(gè)光子探測器，它可以探測出返回來(lái)的信號，通過(guò)計算發(fā)射和探測的時(shí)間差就可以計算出目標物的距離。脈沖距離測量系統一旦被激活就能收集到大量的點(diǎn)云。

　　如果點(diǎn)云中有目標物，目標物就會(huì )在點(diǎn)云中呈現出一個(gè)陰影。通過(guò)這個(gè)陰影可以測量出目標物的距離和大小。通過(guò)點(diǎn)云可以生成周?chē)h(huán)境的3D圖像。點(diǎn)云密度越高，圖像越清晰。

　　講完激光雷達的原理，同志們可能又有疑問(wèn)了，為什么ADAS里要裝兩種雷達，激光雷達和毫米波雷達的區別又是什么呢？

　　小編特意給大家理了張圖，對比激光雷達和毫米波雷達的各方面能力，大家一看便知：

　　總體而言，激光雷達的精度更高，但是價(jià)格昂貴。

　　激光雷達的優(yōu)勢非常明顯，其探測的范圍更廣，且精度更高。但是在極端天氣或者煙霧環(huán)境下性能大大降低，而且由于其數據采集量大，價(jià)格也非常貴。目前安裝在百度和谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)上的64線(xiàn)激光雷達（線(xiàn)數越多，性能越好，造價(jià)越貴），售價(jià)就高達70萬(wàn)人民幣。

　　毫米波雷達受制于波長(cháng)，但是價(jià)格較低。

　　毫米波雷達的技術(shù)相對成熟，其波長(cháng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點(diǎn)，且其引導頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高。此外，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，相比于激光雷達是一大優(yōu)勢。但是，由于其收到頻段損耗的直接制約，導致其對周邊所有障礙物無(wú)法進(jìn)行精準的建模。不過(guò)受益于技術(shù)成熟，其單價(jià)也更低，只有100美元左右，而且市場(chǎng)需求相較激光雷達更多。

　　所以為了互補，大多數ADAS上都會(huì )裝上兩款雷達。不過(guò)，要推廣ADAS，實(shí)現無(wú)人駕駛的遠大理想，激光雷達的成本問(wèn)題便成了關(guān)鍵。試想一下，一個(gè)激光雷達賣(mài)的比車(chē)還貴，會(huì )有用戶(hù)買(mǎi)單嗎？

　　所以，大家都在找把激光雷達成本降低的方法，然后！固態(tài)激光雷達就誕生了！

　　固態(tài)激光雷達第一次出現在大眾視野中應該是在今年1月的美國CES上，激光雷達初創(chuàng )公司 Quanergy Systems 發(fā)布了號稱(chēng)是全球第一款固態(tài)激光雷達傳感器，并稱(chēng)如果訂貨量在一萬(wàn)臺，每臺激光雷達的成本有望控制在 100 美元以下。（這家公司我們下文會(huì )做詳細介紹，大家不用著(zhù)急百度）

　　100美元啊，什么概念啊…原來(lái)幾十萬(wàn)的東西，現在就買(mǎi)幾百塊??！到底是干了什么才能讓成本下降這么多呢？

　　我們又要回到原理上來(lái)，傳統的激光雷達是靠360度機械旋轉來(lái)運作的，而固態(tài)激光雷達則采用了基于電子部件進(jìn)行數據讀寫(xiě)的方案，去除了機械旋轉部件，采用集成電路上的感應晶片掃描各個(gè)方向，然后輸出車(chē)輛周?chē)?3D 圖像。另外，Quanergy還將其線(xiàn)數還降低到了8線(xiàn)，這樣不僅大大降低了成本，而且還縮小了體積。

　　用一張比較通俗易懂的圖解釋?xiě)摼褪沁@個(gè)了：

　　不過(guò)“固態(tài)”就意味著(zhù)激光雷達不能進(jìn)行 360 度旋轉，只能探測前方。但是，只要在車(chē)輛上多裝幾個(gè)就可以解決探測范圍的不足了。

　　除了固態(tài)激光雷達，目前還有一種混合固態(tài)雷達，也是另外一種過(guò)渡性的產(chǎn)品?；旌瞎虘B(tài)雷達雖然從外觀(guān)上看不到傳統激光雷達的旋轉機制，但是為了360全視角，其內部實(shí)際上仍然存在一些機械旋轉部件。只是這套機械旋轉部件做的非常小巧并且藏在機身內部而已。

　　不過(guò)，雖然以上兩種方案是把激光雷達的價(jià)格降低了，但是依然無(wú)法解決激光雷達在極端氣候下性能下降的問(wèn)題。所以，ADAS還是需要將激光雷達與全天候工作的毫米波雷達相結合，來(lái)確保在所有環(huán)境下的探測性能。

　　討論完激光雷達七七八八的問(wèn)題，我們一起來(lái)看看目前在激光雷達領(lǐng)域比較有代表性的幾家公司吧。

　　Velodyne

　　提到激光雷達，就不得不提Velodyne！還記得文章開(kāi)頭小編提到的價(jià)值幾十萬(wàn)的肯德基全家桶么，那就是他們家的產(chǎn)品。

　　Velodyne目前已量產(chǎn)銷(xiāo)售的激光雷達（圖片來(lái)自Velodyne）

　　它于1983年成立于美國硅谷，05年的時(shí)候開(kāi)始研發(fā)激光雷達，且主要應用于無(wú)人駕駛汽車(chē)領(lǐng)域。07年的時(shí)候嶄露頭角，發(fā)展成為實(shí)時(shí)激光雷達傳感器技術(shù)的開(kāi)發(fā)、制造和供應商。09 年，谷歌推出了無(wú)人駕駛汽車(chē)項目，用了Velodyne那巨貴無(wú)比的激光雷達，此后Velodyne名聲大噪。2016年，Velodyne將其激光雷達部門(mén)獨立出去，成立了Velodyne LiDAR，而就是這家新公司在今年獲得了由福特汽車(chē)與百度聯(lián)合注資的1.5億美金。

　　Velodyne 目前已經(jīng)量產(chǎn)銷(xiāo)售的激光雷達有三款：分別為 HDL-64E（64 線(xiàn)）、HDL-32E（32 線(xiàn)）、VLP-16（16 線(xiàn)）。除了谷歌、百度、Uber 等無(wú)人駕駛汽車(chē)使用 64 線(xiàn)產(chǎn)品外，一些汽車(chē)廠(chǎng)商在車(chē)上使用 32 線(xiàn)和 16 線(xiàn)產(chǎn)品進(jìn)行測試。

　　你可能要問(wèn)為什么他們家產(chǎn)品那么貴？

　　其實(shí)造成價(jià)格高昂的主要原因是因為激光雷達還遠沒(méi)有達到大規模應用的地步。而且 Velodyne 在灣區的工廠(chǎng)還處于手工組裝和調教階段，人工成本非常高。

　　以激光雷達 64 線(xiàn)數的調教為例，每一條線(xiàn)都有一對激光發(fā)射器和接收器：20 圈每秒的速度旋轉，放出的激光要達到 100 米至 200 米的距離。在組裝過(guò)程中，為保證發(fā)射出去的激光要被成對的接收器收到，不能有任何偏差。在這種情況下，64 線(xiàn)雷達一個(gè)星期只能完成兩臺成品。這樣的組裝和調校過(guò)程極其復雜和耗時(shí)。

　　不過(guò)今年他們的情況應該會(huì )有所改觀(guān)，因為Velodyne 計劃將產(chǎn)品交給中國一線(xiàn)代工企業(yè)代工了。

　　Quanergy

　　Quanergy的出名是因為他在今年年初的CES消費電子展上發(fā)布了“世界第一款面向自動(dòng)駕駛汽車(chē)的固態(tài)激光雷達”，并且號稱(chēng)將激光雷達產(chǎn)品的價(jià)格削減至100美元左右。

　　它成立于2012年，是一家專(zhuān)注于研發(fā)激光雷達的初創(chuàng )公司，作為一家成立不到4年的公司，已經(jīng)受到了風(fēng)投和汽車(chē)零部件巨頭的青睞：

　　2014年獲得來(lái)自三星電子風(fēng)險投資，特斯拉創(chuàng )始人及清華企業(yè)家協(xié)會(huì )天使基金的種子投資；同年完成 3000萬(wàn)美金的A輪融資；2015 年獲得德?tīng)柛鹇酝顿Y，德?tīng)柛Ｊ召徚?Quanergy 部分股權，目前兩家公司的工程師正在努力研發(fā)激光雷達系統；2016年獲得1億美金B輪融資。

　　目前，他們正在和德?tīng)柛Ｆ?chē)合作研發(fā)產(chǎn)品，然而進(jìn)入量產(chǎn)階段還得再等兩年。..

　　Ibeo

　　來(lái)自德國漢堡的Ibeo，在激光雷達領(lǐng)域其實(shí)算不上新人了。Ibeo成立于 1998 年，2000年被傳感器制造商Sick AG收購。2009 年公司脫離Sick AG獨立，2010 年和法雷奧合作開(kāi)始量產(chǎn)可用于汽車(chē)的產(chǎn)品ScaLa。然后今年被汽車(chē)零部件供應巨頭采埃孚（ZF）收購了40% 的股權。雙方將合作開(kāi)發(fā)下一代 Lidar，應該也是固態(tài)激光雷達。

　　講了這么國外的企業(yè)，我們國內的企業(yè)在這塊上有沒(méi)有什么突破呢？

　　小編表示非?？上У氖羌す饫走_的核心技術(shù)大部分還掌握在國外企業(yè)里。國內目前在做激光雷達的企業(yè)也有10家左右，但是大多數的應用在大氣污染檢測和三維測繪，專(zhuān)注于車(chē)載激光雷達研發(fā)的為數不多，主要有護航實(shí)業(yè)、鐳神智能和思嵐科技這三家。由于受限于技術(shù)實(shí)力，在無(wú)人駕駛領(lǐng)域國內的激光雷達公司普遍缺乏話(huà)語(yǔ)權，這也使得國內無(wú)人駕駛的應用研發(fā)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)面臨許多挑戰。初創(chuàng )公司若想進(jìn)入這塊領(lǐng)域，則需要考慮激光雷達如何在保持探測精度的情況下降低成本，才有可能殺出市場(chǎng)。