東芝布局汽車(chē)LiDAR半導體業(yè)務(wù) 多項新技術(shù)助推探測距離翻番

　　據麥姆斯咨詢(xún)報道，日本東芝(TOSHIBA)將深入開(kāi)發(fā)汽車(chē)LiDAR(激光雷達)半導體業(yè)務(wù)，主要面向：(1)LiDAR中使用的光接收元件;(2)測量IC(模擬前端IC);(3)電源IC(圖1)。東芝目前正在研發(fā)這三項技術(shù)，預計到2020年完成前期開(kāi)發(fā)并達到實(shí)際應用水平，然后計劃將其商業(yè)化。其高精度測量IC技術(shù)和錯誤檢測去除技術(shù)，可使LiDAR傳感器的探測范圍相比傳統方案提高約1.8倍。

　　圖1 典型LiDAR結構框圖

　　2025年市場(chǎng)需求將達3000萬(wàn)臺

　　東芝對汽車(chē)LiDAR市場(chǎng)寄予厚望。根據該公司預測，未來(lái)L3級或更高級別的自動(dòng)駕駛汽車(chē)數量將持續增長(cháng)，這將推動(dòng)LiDAR需求迅速增長(cháng)。市場(chǎng)預計一輛汽車(chē)將安裝多個(gè)LiDAR傳感器，到2025年，每年的市場(chǎng)需求將超過(guò)3000萬(wàn)臺。在此之后，汽車(chē)LiDAR市場(chǎng)仍將保持繼續增長(cháng)，東芝預測2025~2035年的復合年增長(cháng)率(CAGR)將達到18%。

　　東芝開(kāi)發(fā)的測量IC專(zhuān)為采用“直接ToF(飛行時(shí)間)”距離測量方法的LiDAR傳感器而設計。 利用直接ToF距離測量方法，從紅外激光器發(fā)射脈沖光，然后利用光接收元件將從物體反射回的光轉換為電信號，并將其輸入到測量IC，利用激光從發(fā)射到反射光返回的時(shí)間估算距離。 為了獲取二維距離圖像，通常使用多面鏡掃描激光束。在測量IC中，執行距離圖像生成等處理。

　　車(chē)載LiDAR需要更遠的探測距離和高像素的距離圖像(多個(gè)距離測量點(diǎn))。例如，以時(shí)速120公里的速度行駛的車(chē)輛，其LiDAR傳感器探測距離需要達到200m。

　　為了實(shí)現遠距離探測和高像素，有必要提高測距精度(準確率)的同時(shí)，降低錯誤檢測。

　　SAT智能累積技術(shù)，緊盯目標物體

　　為了提高測距精度，東芝開(kāi)發(fā)了一種被稱(chēng)為“SAT(Smart Accumulation Technique，智能累積技術(shù))”的方法，即使在各種不同的噪音環(huán)境中也能更準確地實(shí)現距離測量，該研究成果已于2018年2月在ISSCC上公布。

　　在上述直接ToF距離測量方法中，隨著(zhù)被測物體的距離增加，入射到光接收元件上的太陽(yáng)光量也隨著(zhù)反射光返回而增加(圖2)。此時(shí)太陽(yáng)光等背景光線(xiàn)便成為噪音，使SNR(信噪比)下降。因此，需要通過(guò)累積遠距離圖像的多個(gè)像素來(lái)提高SNR。然而，如果采用簡(jiǎn)單地累積，遠距離圖像的圖像質(zhì)量會(huì )將低，如同進(jìn)行了模糊處理，使LiDAR系統難以探測并識別諸如行人和騎行者等物體(圖3)。

　　圖2 太陽(yáng)光等強烈的背景光為L(cháng)iDAR帶來(lái)的挑戰

　　圖3 簡(jiǎn)單平均處理的畫(huà)質(zhì)問(wèn)題，降低了行人的識別率

　　對此，SAT對每個(gè)物體(如汽車(chē)和電線(xiàn)桿)進(jìn)行反射光分類(lèi)，僅累積并平均處理來(lái)自目標物體的反射光(圖4)，并在處理中抑制圖像質(zhì)量劣化。與傳統累積技術(shù)相比，東芝SAT分辨率獲得了4倍提高，由此實(shí)現高達200m的高畫(huà)質(zhì)LiDAR成像。

　　圖4 SAT智能累積技術(shù)概覽