自動駕駛識別:固態LiDAR有望扮主角

陳炳欣

“傳感物聯新應用”系列報道

編者按：擴大應用范圍是推進傳感器產業發展的關鍵。早在2013年，工業和信息化部、科技部等四部委就出臺了《加快推進傳感器及智能化儀器儀表產業發展行動計劃》，以推動傳感器表產業創新、持續、協調發展，整體水平跨入世界先進行列。近年來，隨著物聯網、5G及AI的快速發展，智能傳感器展現出了蓬勃的發展生機。《中國電子報》將選取自動駕駛、智慧養老、工業互聯網、智慧醫療等幾個熱點領域中傳感產品的應用情況進行報道，展示傳感器技術發展趨勢，產業發展前景。

激光雷達（LiDAR）一向是汽車自動駕駛技術實現的主要部件之一，然而動輒數十萬元的造價限制了它的普及應用。近年來隨著博世、安森美、英飛凌等半導體大廠的大舉投入，以MEMS、光學相控陣列（OPA）技術為基礎的固態激光雷達正在走向成熟，逐漸有能力取代傳統機械式激光雷達。未來，固態激光雷達有望在自動駕駛識別中扮演主要角色。

固態激光雷達閃亮CES2020

在近日舉辦的CES2020大展上，激光雷達成為亮點之一，國內外公司紛紛推出固態激光雷達解決方案。

在近日舉辦的CES2020大展上，激光雷達成為亮點之一。開展前夕，德國汽車零部件供應商博世宣布，其首款車規級激光雷達芯片已經進入量產開發階段。該系列產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。更為關鍵的是，博世希望通過規模化量產，降低激光雷達成本，從而促進市場推廣。

安森美是圖像傳感器領域的主要廠商之一，近年來在激光雷達、毫米波雷達和圖形傳感器芯片等領域均有投入。本屆CES上，安森美以激光雷達芯片為重點，展示了業內首款高分辨率、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）激光雷達當中。

歐司朗從去年開始就有消息傳出將進入激光雷達市場。本屆CES上，歐司朗展示了應用于自動駕駛概念車MetroSnap的激光雷達技術。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技術能夠通過紅外線脈沖激光繪制車輛周圍環境的3D地圖，使MetroSnap概念車實現更安全的自動駕駛。

另外，近日圖像傳感器大廠索尼也傳出將進軍固態激光雷達的消息。中國公司也在激光雷達領域嶄露頭角。在CES2020上，由DJI大疆內部孵化的覽沃科技（Livox）發布了兩款激光雷達傳感器：Horizon和Tele-15。覽沃科技表示，這兩款激光雷達為L3/L4級自動駕駛而設計，是高性能、低成本、可量產的傳感器解決方案。覽沃科技以此為契機還與自動駕駛初創公司RefractionAI和AutoX建立了合作關系。

迅速發展媲美機械式產品

固態激光雷達與傳統的機械旋轉式激光雷達不同。相比機械式激光雷達，固態激光雷達在成本、體積、可靠性和使用壽命上都有著優勢。

激光雷達一向是汽車自動駕駛技術得以實現的主要部件之一，具有高分辨率、抗干擾能力強、獲取的信息量大等優點，然而，高昂的造價也限制了它的普及應用。特斯拉CEO馬斯克就曾公開表示：

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

專家指出，固態激光雷達與傳統的機械旋轉式激光雷達不同，它采取MEMS、光學相控陣列（OPA）等掃描方式，對物體信息進行識別，以實現收集路況信息，為自動駕駛提供數據基礎的作用。而且相比機械式激光雷達，固態激光雷達在成本、體積、可靠性和使用壽命上都有優勢。

那么，目前的固態激光雷達可以和機械式激光雷達相媲美嗎？從覽沃科技發布的產品參數來看，Horizon檢測范圍達260米，水平視場角81.7°，可覆蓋10米距離內的4條車道，等效于傳統64線激光雷達，采用5個Horizon即可實現360°場景覆蓋。同時，Horizon具有高密度點云、體積小的特點，可以輕松地嵌入到車輛中。Tele-15探測距離達到500米，為遠距離檢測而設計，兼具緊湊尺寸、高精度和耐用性的優勢，0.1秒即可掃描15°圓形視場內99.8%的區域，這一點要優于傳統128線激光雷達。

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

有望加快商用進程

固態激光雷達由于改變了數據讀寫模式并省去了旋轉部件，成本可以大幅下降，有望推動市場應用的快速擴大。

激光雷達一直是自動駕駛汽車中價格最為昂貴的傳感器，各個零部件供應商和激光雷達初創公司都想降低激光雷達的生產成本，以獲得規模效益。隨著固態激光雷達技術的逐漸成熟，固態激光雷達由于改變了數據讀寫模式并省去了旋轉部件，成本可以大幅下降，有望推動市場應用的快速擴大。

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

隨著博世、安森美等半導體大廠進入激光雷達領域，特別是中國芯片廠的進入，激光雷達技術應該會取得突破，其價格有望進一步下探。而核心芯片價格的下降，直接影響激光雷達的價格，有望從萬元時代來到千元時代。

從應用角度來看，激光雷達的應用依然需要與毫米波雷達、攝像頭等設備結合使用。恩智浦資深副總裁兼首席技術官LarsReger表示：“激光雷達、雷達、攝像頭，就像人的眼睛能看到的視線一樣，應當相互補充，結合使用。”

毫米波雷達優點主要是探測距離比較遠，精度非常高，而且不受天氣和光線的影響。毫米波雷達對運動的金屬物體比較敏感，但對于靜止的金屬或非金屬物體，運動的非金屬物體不太敏感，分辨率也比較低。激光雷達的測距精度非常高，基本上可以達到正負一兩厘米，分辨率也非常高。但激光雷達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行各類識別運算，比如行人、形變的物體，還有停車場的橫桿以及交通標識等。不同方案結合使用可以起到相互補充的效果。事實上，目前博世、安森美、恩智浦等主流半導體廠商都掌握著三種技術相對完整的產品線，同時致力于打造整體解決方案。