選擇固態(tài)LiDAR還是機械LiDAR？

　　Velodyne在2000年代中期發(fā)明了現代3D(三維)LiDAR(激光雷達)掃描儀。但近年來(lái)，傳統觀(guān)念認為，Velodyne的設計(將64個(gè)激光器安裝于一個(gè)旋轉平臺)很快將被新一代固態(tài)LiDAR傳感器淘汰，這類(lèi)固態(tài)傳感器僅使用單個(gè)固定激光器進(jìn)行場(chǎng)景掃描。

　　但是一家名為Ouster的創(chuàng )業(yè)公司正試圖挑戰這一觀(guān)點(diǎn)，正以極具競爭力的價(jià)格銷(xiāo)售類(lèi)似Velodyne的旋轉式機械LiDAR。近期，我們有幸與Ouster首席執行官Angus Pacala進(jìn)行了對話(huà)，他對旋轉式和固態(tài)LiDAR之間的優(yōu)劣權衡有著(zhù)獨到的專(zhuān)業(yè)見(jiàn)解，因為Pacala之前曾是固態(tài)LiDAR最著(zhù)名的創(chuàng )業(yè)公司——Quanergy的聯(lián)合創(chuàng )始人。

　　在我們的談話(huà)中，Pacala拒絕了評價(jià)其前任公司。但行動(dòng)勝于雄辯。我們可以認為，作為Quanergy的聯(lián)合創(chuàng )始人，Pacala肯定非常了解固態(tài)LiDAR技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。而當他決定創(chuàng )建另一家LiDAR公司時(shí)，他決定不再做固態(tài)LiDAR，這或許能說(shuō)明一些問(wèn)題。

　　“固態(tài)LiDAR”實(shí)際上是一類(lèi)涵蓋幾種非旋轉式機械LiDAR設計的總稱(chēng)。主要可分為三種技術(shù)方案：一種為MEMS(微機電系統)方案，采用微型MEMS掃描鏡來(lái)控制激光束;另一種，采用稱(chēng)為光學(xué)相控陣的技術(shù)來(lái)控制激光束，而無(wú)需任何運動(dòng)部件;第三種，則被稱(chēng)為泛光(Flash)成像LiDAR，無(wú)需光束轉向，只需一次閃光即可照明整個(gè)場(chǎng)景，再通過(guò)類(lèi)似于數碼相機的二維陣列圖像傳感器探測返射回來(lái)的光線(xiàn)。

　　Pacala此前創(chuàng )辦的Quanergy雖然沒(méi)有詳細公開(kāi)解釋其技術(shù)細節，但是根據報道判斷，該公司主要采用的是光學(xué)相控陣方案。

　　由于很微小或沒(méi)有移動(dòng)部件，所有這三種設計方案都可能帶來(lái)更堅固、更經(jīng)濟的LiDAR傳感器。從長(cháng)遠來(lái)看，業(yè)內倡導將幾乎所有的電子器件(包括激光器本身、光束控制電路、檢測器和運算支持)都集成封裝在一起。因而，未來(lái)消費類(lèi)產(chǎn)品中的固態(tài)LiDAR很可能將不像旋轉式機械LiDAR那樣，必須突兀地安裝在汽車(chē)頂部才能正常工作。

　　這在理論上聽(tīng)起來(lái)不錯，Pacala在2012年聯(lián)合創(chuàng )立Quanergy公司時(shí)大概也是這么認為的。但是，后來(lái)他顯然改變了想法，因為他的第二次LiDAR創(chuàng )業(yè)，采用了更傳統的旋轉式機械LiDAR方案。

　　旋轉式機械LiDAR有其獨特優(yōu)勢

　　Pacala指出了傳統旋轉式機械LiDAR設計的幾大優(yōu)勢。其中，最明顯的優(yōu)勢是其360°視場(chǎng)。 我們可以在汽車(chē)頂部固定安裝一個(gè)激光雷達，從而360°地感知汽車(chē)周?chē)那闆r。相比之下，固態(tài)LiDAR需要固定在某些適當的位置(例如車(chē)身前后方或四角)，視場(chǎng)角一般在120°或以?xún)?。因此，自?dòng)駕駛汽車(chē)采用固態(tài)LiDAR傳感器，至少需要4臺才能達到跟旋轉式機械LiDAR一樣的覆蓋范圍。

　　另一個(gè)不太明顯的優(yōu)勢是，人眼安全法規允許運動(dòng)的激光源發(fā)射比固定激光源更高的功率。

　　據Pacala介紹，所有1級安全系統的設計必須確保人員不眨眼直視激光設備數秒鐘，仍然不會(huì )受到傷害。

　　當采用固態(tài)掃描單元時(shí)，如果人眼處于激光掃描器幾英寸的地方，可能會(huì )導致100%的激光射入眼內。但是如果采用旋轉式LiDAR傳感器時(shí)，激光只集中于某個(gè)特定的方向，只有360°旋轉的一小部分。因此，旋轉式LiDAR可以為每個(gè)激光脈沖提供更高的功率，而不會(huì )造成眼睛損傷。這樣可以更容易地檢測到返射光，因此在可預見(jiàn)的未來(lái)，旋轉式LiDAR單元可能要比固態(tài)LiDAR單元具有更大的探測范圍優(yōu)勢。

　　上圖為谷歌早期的自動(dòng)駕駛原型車(chē)。車(chē)頂有一個(gè)巨大的旋轉式LiDAR傳感器，前翼子板上有個(gè)黑色的雷達(共4個(gè))，后輪上安裝有“車(chē)輪編碼器”，車(chē)內還有視頻攝像頭。這款原型車(chē)裝配的各類(lèi)傳感器總價(jià)高達15萬(wàn)美元

　　同時(shí)，大部分領(lǐng)先的固態(tài)LiDAR設計，都面臨著(zhù)“遠距離探測”這個(gè)顯著(zhù)的挑戰。

　　MEMS系統中的微型掃描鏡能投射的激光量有限。這使得遠處物體反射激光束并被探測的難度很大。光學(xué)相控陣方案相對于其它技術(shù)，產(chǎn)生的光束發(fā)散性更大，因此很難兼顧長(cháng)距離、高分辨率和寬視場(chǎng)。

　　而對于泛光成像LiDAR，每次發(fā)射的光線(xiàn)會(huì )散布在整個(gè)視場(chǎng)內，這意味著(zhù)只有一小部分激光會(huì )投射到某些特定點(diǎn)。此外，光電探測器陣列中的每個(gè)像素都必須非常小，限制了它可以捕捉的反射光量。

　　“固態(tài)LiDAR方案挑戰很大，” Pacala表示。他提出，傳統旋轉式LiDAR技術(shù)擁有獨特的優(yōu)勢，在接下來(lái)的十年將繼續保持一定的市場(chǎng)地位，尤其是在高端市場(chǎng)。

　　據Pacala預測，絕大部分LiDAR系統將在未來(lái)十年逐步轉為固態(tài)方案，但是，仍將會(huì )有一些具有真正高性能和高價(jià)值的旋轉式機械LiDAR傳感器。

　　Pacala用硬盤(pán)市場(chǎng)做了一個(gè)有趣的比喻。15年前左右，固態(tài)存儲設備越來(lái)越受歡迎，特別是在移動(dòng)設備中。然而，時(shí)至今日仍然有大量具有旋轉磁盤(pán)的傳統硬盤(pán)驅動(dòng)器正在銷(xiāo)售。因為，這種設計提供了高容量和低成本的完美組合。

　　同樣，Pacala預計未來(lái)的低端激光雷達設備將大多采用固態(tài)設計，就像今天的大部分移動(dòng)設備都采用固態(tài)存儲一樣。但對于要求最苛刻的應用(包括自動(dòng)駕駛汽車(chē))，他預計高端旋轉LiDAR還將占據重要的市場(chǎng)位置，提供遠距離、高分辨率和更寬廣的視野。

　　Ouster對Velodyne帶來(lái)了價(jià)格壓力

　　雖然Ouster采用了與Velodyne相同的基本技術(shù)方案，但Ouster提供了透明且激進(jìn)的定價(jià)方案，這可能會(huì )讓Velodyne略感頭疼。

　　64線(xiàn)OS-1在展會(huì )現場(chǎng)的實(shí)時(shí)演示

　　據麥姆斯咨詢(xún)此前報道，Ouster目前提供了三種LiDAR型號：一款低端的16線(xiàn)LiDAR傳感器OS-1，售價(jià)3500美元，一款64線(xiàn)OS-1版本，售價(jià)12000美元，以及一款探測距離更長(cháng)的64線(xiàn)傳感器OS-2，售價(jià)24000美元。

　　那Velodyne的產(chǎn)品售價(jià)如何?Velodyne的16線(xiàn)LiDAR“傳感冰球”的售價(jià)為4000美元，這與Ouster的3500美元16線(xiàn)機型大致相當。

　　就在去年12月，福布斯報道稱(chēng)，Velodyne老款64線(xiàn)機型的售價(jià)仍然高達75000美元，僅比10年前的85000美元略有降幅。

　　當Velodyne總裁Marta Hall被問(wèn)及Velodyne的HDL-64E與64線(xiàn)OS-1的價(jià)格比較時(shí)，她回答道：“Velodyne的HDL-64E是十年前開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，自那時(shí)起，Velodyne已經(jīng)做出了很多改進(jìn)。請將Ouster 的LiDAR產(chǎn)品跟Velodyne最新的128線(xiàn)LiDAR傳感器VLS-128比較才夠合理，VLS-128的批量定價(jià)將是12000美元或以下?！?/p>

　　的確，VLS-128比Ouster的OS-1擁有更驚人的參數規格。Velodyne這款高端LiDAR單元具有更大的探測范圍，比Ouster售價(jià)24000美元的OS-2更加吸引人。擁有一臺VLS-128的成本將是多少?Hall表示它目前“尚未定價(jià)銷(xiāo)售?！碑斎凰矝](méi)有明確表示大批量客戶(hù)現在是否可以拿到12000美元或更低的價(jià)格。

　　說(shuō)到底，LiDAR單元的單價(jià)并不重要。所有這些LiDAR廠(chǎng)商的長(cháng)期目標，是以數千甚至數百萬(wàn)臺為單位出售這些傳感器，用于消費級車(chē)輛。批量采購LiDAR的汽車(chē)制造商，肯定能從單個(gè)價(jià)格中獲得很大折扣。

　　但是，像Ouster那樣公布立即交付的具體價(jià)格有助于建立信譽(yù)。我們相信Velodyne將會(huì )盡一切努力在未來(lái)的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，匹配Ouster打出的12000美元價(jià)格牌。但是，未來(lái)要做到這一點(diǎn)，與今天能夠做到這一點(diǎn)并不是一回事，不是嗎?

　　LiDAR創(chuàng )業(yè)公司Luminar首席執行官Austin Russell對于LiDAR成本問(wèn)題，也表示：“對于消費級汽車(chē)來(lái)說(shuō)，這類(lèi)LiDAR系統的售價(jià)的確需要低至小幾千美元或以下”，并承諾價(jià)格對Luminar來(lái)說(shuō)不是問(wèn)題。聽(tīng)Austin Russell的意思，Luminar的LiDAR傳感器似乎還沒(méi)有達到“小幾千美元”的價(jià)格目標，目前實(shí)際上可能要比那個(gè)目標數字更高。

　　總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)與Ouster首席執行官Pacala的交流，使我對LiDAR成本很快能夠得到大幅降低持謹慎樂(lè )觀(guān)態(tài)度。不過(guò)，價(jià)格確實(shí)正在下降，正如Velodyne今年宣布16線(xiàn)產(chǎn)品降價(jià)50%。如果你愿意接受探測范圍略小、分辨率更低的LiDAR解決方案，你可以找到售價(jià)幾千美元甚至幾百美元的LiDAR單元。

　　但是，市場(chǎng)上最好的LiDAR單元(可能也是唯一能真正支持全自動(dòng)駕駛汽車(chē)的那些LiDAR單元)，仍然需要花費數萬(wàn)美元。

　　值得注意的是，另一個(gè)LiDAR技術(shù)主要競爭廠(chǎng)商Waymo。這家Alphabet(谷歌)子公司近十年一直在研究自動(dòng)駕駛汽車(chē)，他們已經(jīng)從使用Velodyne的LiDAR系統轉為采用他們自己生產(chǎn)的LiDAR技術(shù)。

　　并且，該公司仍在使用相同的傳統旋轉式機械LiDAR方案，但據報道，Waymo已經(jīng)研究出如何將LiDAR單元的成本降低10倍。由于市場(chǎng)沒(méi)有公開(kāi)Waymo的原始成本數據，因此無(wú)法判斷其產(chǎn)品的具體價(jià)格，但可以肯定的是，Waymo的LiDAR單元成本不會(huì )超過(guò)8500美元，并且有可能少于這個(gè)數字。

　　如果你不是一家像Waymo這樣的公司，那自己解決這個(gè)問(wèn)題可能很困難。一款產(chǎn)品再復雜，只要產(chǎn)量上去了，價(jià)格自然會(huì )下降。目前，LiDAR傳感器的市場(chǎng)需求只是未來(lái)五到十年內的一小部分，到了那時(shí)無(wú)人駕駛出租車(chē)公司將開(kāi)始大舉擴大車(chē)隊規模。隨著(zhù)LiDAR生產(chǎn)規模的擴大，制造技術(shù)的不斷改進(jìn)以及規模經(jīng)濟所帶來(lái)的影響，LiDAR傳感器勢必會(huì )越來(lái)越便宜。