北醒光子：千元以下的紅光ToF雷達

魏琳

Google無人車低配版激光雷達價格在8000美金左右，而DE-LiDAR 1.0版本只要幾百元。

Google和百度無人駕駛汽車的頂部都有一個形似花盆的組成部分——激光雷達。這項技術(shù)叫做LiDAR（Light Detection And Ranging，激光探測與測量），它的作用相當于無人駕駛汽車的“眼睛”，能夠幫助無人車實現(xiàn)環(huán)境識別、自動避障和路徑規(guī)劃（SLAM）等功能。在去年年末展出的百度無人駕駛汽車上使用的激光雷達，價值約70萬人民幣。

除了無人駕駛汽車，LiDAR也是幫助無人機和機器人實現(xiàn)避障、建圖、導航、定位、識別等功能的必要組成部分。但礙于成本的限制，人們一直無法將一個靈巧卻昂貴的ToF雷達安裝到同樣追求輕巧的消費級無人機和機器人上。

北醒光子是一家專注于“機器人眼睛”研發(fā)的公司，致力于將昂貴的激光雷達打造成消費級產(chǎn)品需要的核心部件。經(jīng)過2年的時間，北醒光子成功制作出了基于ToF（Time of Flight，飛行時間）技術(shù)的紅外環(huán)境感知雷達——DE-LiDAR系列，將低配版雷達的售價壓縮到了人民幣幾百元級別，并已實現(xiàn)量產(chǎn)。2015年12月，北醒光子獲得了來自IDG資本的A輪融資。

光學博士“蓄謀已久”的創(chuàng)業(yè)

北醒光子的創(chuàng)始人李遠是在光學領(lǐng)域深耕了十幾年的光學博士，因為心中一直燃著一縷創(chuàng)業(yè)的小火苗，2014年，他從美國回到北京。

“創(chuàng)業(yè)的想法是一直有的，讀博之前就有，不是一時沖動。在美國創(chuàng)業(yè)的話，想組建一支有戰(zhàn)斗力的團隊很麻煩，同時國內(nèi)的機器人產(chǎn)業(yè)也在逐漸升溫，所以就回來了。”回來之后他首先確定的是，一定要做光學，也就是“機器人眼睛”這個方向。至于做工業(yè)級還是民用級產(chǎn)品，一開始他并沒有想好。

在產(chǎn)品研發(fā)過程中，李遠先后兩次到深圳、無錫、寧波等地進行市場調(diào)研，參觀了許多高科技公司。一番探查下來，他覺得中國在光學領(lǐng)域的研究仍有許多可以努力的空間，自己的團隊在研發(fā)能力上非常有競爭力。考慮到工業(yè)級領(lǐng)域的水深情況，李遠決定從民用級消費開始專心研發(fā)“機器人眼睛”。

李遠認為，合格的“機器人眼睛”需要具備三個功能：

北醒光子創(chuàng)始人李遠

第一是能夠識別顏色，第二是能夠識別位置信息，第三是要有較強的分辨率。

識別顏色方面的技術(shù)應(yīng)用早已市場化，分辨率屬于工藝加工層面的問題，真正的核心難點在于位置識別，而位置識別的難點在于對深度信號的獲取。目前，獲取深度信號的方法有兩大類：一類是通過幾何測距方法去實現(xiàn)，缺點在于場景依賴嚴重，無法同時應(yīng)對黑天、白夜、近距離、長距離等環(huán)境;另一類是配備和Google無人車一樣水準的ToF激光雷達，缺點是太貴太難做。而北醒光子團隊正在做的，就是將第二類昂貴技術(shù)的價格降低至消費級水準。

李遠告訴創(chuàng)業(yè)邦（微信搜索：ichuangyebang），上述三個功能的實現(xiàn)，還要配合四個產(chǎn)品化的著眼點才能真的將高高在上的“龐然大物”變成走進千家萬戶的“機器人眼睛”。

第一個是小型化，也就是LiDAR作為一個功能部件，尺寸越小越好，這也是將來雷達的發(fā)展趨勢。目前北醒光子最小的LiDAR的直徑為30毫米，明年將努力做到10毫米以下。

第二個是結(jié)構(gòu)和性能的進一步“解捆綁”。簡單來說，就是不能用LiDAR的尺寸增加來換得性能的提高。必須想出更好的辦法，在尺寸不增加的情況下讓雷達具備更遠的探測距離以及更多的線數(shù)。目前，北醒光子的22米LiDAR比傳統(tǒng)的6米LiDAR還要小得多。

第三個是安全和安裝簡單。旋轉(zhuǎn)電機和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件會影響雷達的壽命和成品率。目前LiDAR主要依靠旋轉(zhuǎn)進行大范圍的掃描，但將來一定是靠固態(tài)技術(shù)完成不同方向的信號采集，北醒光子會在明年美國的CES（International Consumer Electronics Show，國際消費類電子產(chǎn)品展覽會）上發(fā)布固態(tài)雷達產(chǎn)品。

第四個是價格問題：讓產(chǎn)品走進千家萬戶的前提是“買得起”。

要實現(xiàn)“千元以下”，必須掌握整套技術(shù)

既然決定做消費級市場，控制成本自然變成了主要任務(wù)。一般來說，選擇用ToF這種高端技術(shù)做出來的雷達，價位基本都在上千甚至上萬美金。

李遠表示，想要將價格做到幾百或一兩千人民幣，團隊必須能夠獨立完成整體設(shè)計體系，同時要保證建立起對應(yīng)的知識產(chǎn)權(quán)，包括算法、光學設(shè)計和硬件制作的全部流程，具有很高的難度。

機器人雷達的構(gòu)造可以被簡單粗暴地分為兩個部分：探頭和底座。其中探頭是雷達的核心技術(shù)所在，也是最具價值的部件。要控制產(chǎn)品成本，必須完全掌握從探頭到底座的全部核心技術(shù)，無論是光路測算、算法構(gòu)建還是結(jié)構(gòu)支撐，統(tǒng)統(tǒng)要自己設(shè)計。如果只做底座研發(fā)而用別人的專利從國外購買探頭，想大幅度控制住成本是不可能的。

李遠告訴創(chuàng)業(yè)邦（微信搜索：ichuangyebang），掌握機器人雷達制作的全部核心技術(shù)，既要懂，又要愿意做，是件真正的苦差事，它意味著大量的實驗和設(shè)計驗證工作。公司成立兩年多，大部分時間都在全力搞研發(fā)，整個公司就像一個大型實驗室。現(xiàn)在北醒光子的團隊一共有50來人，其中40多個是研發(fā)部的工程師，研發(fā)人員的規(guī)模已經(jīng)超過了許多大公司。

在當下中國的市場環(huán)境中，“基于ToF技術(shù)量產(chǎn)消費級機器人雷達”這件事，在北醒光子的DE-LiDAR系列之前，討論的焦點仍然是“有沒有可能實現(xiàn)”。所以，在價格層面上，國內(nèi)市場現(xiàn)狀目前不具備比較意義。如果對比國外，威力登（Velodyne，Google無人駕駛汽車激光雷達的提供商）公司的低配版激光雷達價格在8000美金左右，而DE-LiDAR 1.0版本的低配版全套方案的價格為人民幣幾百元。

LED代替激光，室內(nèi)外通用

北醒光子的DE-LiDAR系列雷達外觀非常精巧，重量僅為幾十克，在機器人雷達中可以算是非常輕量級的產(chǎn)品。最薄的雷達厚度僅為34毫米，可適用的產(chǎn)品種類非常的廣泛。

而在功能方面，DE-LiDAR系列的基礎(chǔ)款型DE1.0，相比于常見的單線激光雷達，具有許多獨特優(yōu)勢。

首先，采用傳統(tǒng)三角法的單線激光雷達的掃描半徑一般是6米，而DE1.0的掃描半徑可以達到22米（掃描半徑越遠，感知環(huán)境中被測物體的能力越強），2.0版本將達到100米。

其次，單線激光雷達的掃描方式為“平面線掃”，DE-LiDAR系列采用的是錐面探測，可以檢測出掃描平面上下的物體并消除兩個檢測面之間的盲區(qū)。

另外值得一提的是，DE-LiDAR系列所有面向家庭的雷達全部選擇用紅外二極管（紅外LED）來代替激光。這樣做的目的，一方面是為了保證消費級產(chǎn)品的安全性（激光對人體有害），另一方面也能降低部分產(chǎn)品成本。

李遠告訴創(chuàng)業(yè)邦（微信搜索：ichuangyebang），選擇用LED代替激光大大增加了產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)的難度。

和非常準直的激光相比，紅外光線是發(fā)散角度非常大的散射光線，和普通燈泡發(fā)出的光線一樣。因此需要靠精心設(shè)計的頭鏡，在多次反射的作用下，一點點把紅外光線聚攏回來，最終形成和激光一樣的效果，對加工精度和設(shè)計工藝要求很高。整個過程中的簡單反射大概為8次左右，多次反射在20次以上。

除此之外，DE-LiDAR的消費級雷達同樣可以在室外強光下正常工作，原因是采用了交流信號進行光線傳輸。在戶外狀態(tài)下，直流信號產(chǎn)生的光斑會被太陽光所淹沒，只有交流信號才能在濾掉室外所有的直流信號后得以保留。李遠表示，這種想法很容易被想到，但必須依靠技術(shù)才能實現(xiàn)。

自己再做一遍，最快也要一年

中國的機器人產(chǎn)業(yè)正值發(fā)展迅猛期，今天看來新奇的產(chǎn)品有可能沒過幾天就遍地開花了。談及技術(shù)壁壘，李遠以自己為例對DE-LiDAR系列的復(fù)制難度作出了描述。

“如果是我們丟掉技術(shù)積累重新做一遍，即使是公司四十幾名工程師都參加，做出一模一樣的東西基本上也要半年左右。如果不帶團隊，得做個一兩年。這些時間還都是不考慮智慧的硬時間消耗。實驗是必須要做的硬實驗，一個也逃不開。比如說對不同材質(zhì)的反射率進行對比的實驗，幾千幾萬次也得一個個做，不然沒法校準誤差。”

除了硬件，算法程序也得重新搭。如果讓李遠自己從零開始寫程序，也要半年到一年的時間。“就算現(xiàn)在讓比爾·蓋茨重新寫Windows，他也得從第一條程序開始寫。”李遠說。程序?qū)懗鰜磉€要花大量的時間進行測試，否則會充滿bug。這些都是無可避免的硬功夫。

蛋糕還在變大，合作大于競爭

雖然在技術(shù)上非常有信心，但李遠表示現(xiàn)在并不是廝殺競爭的階段。中國的機器人產(chǎn)業(yè)正值發(fā)展迅猛期，很多技術(shù)都涌入這個“大蛋糕”中，分得自己的成長空間。對于“機器人眼睛”這個關(guān)鍵技術(shù)，一定有很多團隊都在努力貢獻自己的創(chuàng)造力。李遠認為，現(xiàn)在仍是飛速發(fā)展階段，連第一個泡沫高峰期都還沒到，是大家一起努力把技術(shù)做好、把“蛋糕”做大的時期，合作大于競爭。

同時，LiDAR技術(shù)想要真正落地，還需要與大量下游團隊合作完成。要有團隊能夠把LiDAR做成更成熟的導航應(yīng)用，也需要更多機器人和無人機公司把這些方案應(yīng)用于自己的產(chǎn)品上。北醒光子在這方面的原則是“不掙暴利”。

上大學要“多積德”

高端產(chǎn)品的背后也必然有一只高端軍團。在北醒光子的團隊中，博士以上學歷者占比18%，碩士以上學歷者占比42%。李遠坦言，出國多年，剛回國那會兒完全處于一種“失聯(lián)”的狀態(tài)，對行業(yè)不了解，人脈、資源統(tǒng)統(tǒng)斷檔了。

能順利組建早期團隊，多虧了當年的同學人脈。李遠笑說，這些同學經(jīng)過多年發(fā)展都有非常好的工作，能夠接受他的創(chuàng)業(yè)提議前來，也多虧了自己上大學的時候是個“熱心腸”，多為人民服務(wù)，多積德，才能在關(guān)鍵時刻“刷刷人品”。

經(jīng)過兩年多的發(fā)展，北醒的團隊也在不斷擴大。除早期成員之外，更多的伙伴是通過招聘渠道加入公司的。李遠認為自己最大的長處就在于選擇和培養(yǎng)技術(shù)人員，只要人選對了，后面的事都不用操心。

李遠說，這次參加DEMO CHINA并獲得DEMO GOD，除了對知名度和接下來的融資有幫助之外，更多的還是讓他獲得了來自團隊內(nèi)部的認可。新成員們通過這件事覺得，這個“老大”挺靠譜的。

北醒光子的發(fā)展規(guī)劃非常明晰，完全跟著產(chǎn)品的迭代計劃走，而產(chǎn)品的迭代計劃完全比著“人眼”的功能走。現(xiàn)在的1.0版本雷達已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)并簽訂了不少合作協(xié)議，在不久的將來，北醒光子將會推出功能迭進的新版本和固態(tài)雷達。“機器人眼睛”市場潛力巨大，李遠表示會專注在這一個領(lǐng)域深挖下去。

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