01.27 激光雷達:自動駕駛汽車的“攔路虎”,還是神奇的眼睛?

激光雷達:自動駕駛汽車的“攔路虎”,還是神奇的眼睛?

雖然目前自動駕駛汽車概念炒得火熱,但是以當前的市場狀況來看,在地圖精度、感知定位、車輛決策與數據貢獻等技術配合方面上頂多也就達到了半自動駕駛級別。而想要實現完全的自動駕駛汽車就需要有著更穩定的傳感器(如自動駕駛的“眼睛”——激光雷達)、更強大的運算處理器和更有邏輯的決策管理程序。

作為自動駕駛汽車的“眼睛”,激光雷達通過內置激光探頭可以對周圍環境進行360度掃描,繪製出車輛周邊環境的物理信息圖,實現自動駕駛汽車的導航、定位、避障等功能。可以說它撐起了自動駕駛汽車的半壁江山。

除了比較激進的特斯拉,諸如谷歌、百度、寶馬、奔馳、奧迪等巨頭企業,亦或是Cruise Automation、NuTonomy、Almotive 等這樣的初創公司,它們都在其自動駕駛系統中使用了激光雷達。而據 Lux Research報告顯示,到2030年,激光雷達將在自動駕駛領域有近億美元的市場收穫。

那麼在這麼一大塊的市場“蛋糕”下,無可厚非的就會有著眾多的“分食者”。在2016年裡我們也目睹了一些跨界大鱷的“蠶食鯨吞”——汽車零部件供應巨頭採埃孚收購了Ibeo 40%的股權;傳統巨頭的掙扎奮進——Velodyne在近期取得了技術突破,計劃將成本降至50美元;新興企業的一馬當先——TriLumina針對自動駕駛,推出3D固態激光雷達技術。

從上述的“行業動作”可以看出,目前國內在自動駕駛領域的激光雷達技術,相較國外還是稍有欠缺。那麼其生產難點又在哪呢?其實從激光雷達的名字我們就可以看出,它跟雷達應該屬於近親,同屬感應技術,用激光脈衝來探測周邊物體,由於激光雷達的波長較短,所以分辨率也更高,它能在各種條件下滿足車輛對精度和定位的需求,同時其研發難點也更大,涉及機械,電子,光學等多個領域,用到的元器件種類多而複雜,所以體積較大。

另一方面,目前無人駕駛還未完全普及,所以很難實現大規模的量產化。有數據統計,此前在整個2015年,Velodyne 出貨量不到5000臺,其他的激光雷達產商銷售的數量更是寥寥無幾。

而目前激光雷達的技術壁壘主要集中於以下幾點:

1.需要超快的電子系統響應,每秒需要做超過10億次採樣分析。

2.需要極其靈敏的信號採集系統。首先,在150米開外只有10億分之一的光能返回傳感器;其次,為了保障人眼安全,激光器本身發射的激光功率極低。這就對接受光路和電路準確識別如此微弱的信號提出了極高的要求。

3.需要非常複雜的設計製造工藝。首先要解決15個光機點子系統在狹小空間內共存時不可避免產生的強電磁串擾,除此之外在光路裝配上每個激光器安裝精度要求要高於20微米。

4.需要車規級設計標準。在真正邁入市場之前,激光雷達還需要經過振動測試,工作溫度測試(-40˚C ~ 85 ˚C),EMC(電磁兼容測試),ESD(靜電放電測試)等等測試,確保激光雷達能在各種惡劣天氣環境下穩定工作。

5.需要智能的數據分析軟件。在成功接收反射後,底層系統需要根據不同反射面分析回波信號,識別物體的位置和速度,自動提取特徵,識別物體種類(行人,助動車,車等)。

除此之外,則是在於它價格的高昂。谷歌無人車上使用的激光雷達一臺售價就在7、8萬美元左右,所以無人車要想在消費級領域擴展,激光雷達的價格著實是目前壓著它的一座大山,稱之為“攔路虎”也不為過。

所以就目前來看,在自動駕駛領域裡要想實現激光雷達的普及,就需要翻過“體積大”、“價格貴”、“批量化”三座大山。而目前應用在自動駕駛汽車上的激光雷達主要分單線和多線兩種。不過前者應用的相對較少,更多的還是應用在掃地機器人領域。這兩者的區別主要在於識別的精度上。單線激光雷達可以獲取2D數據,但無法識別目標的高度信息,一般在自動駕駛汽車裡面也只是作為計算機視覺識別技術的補充。

多線激光雷達則可以識別2.5D甚至是3D數據,在精度上會比單線雷達高很多。目前在國際市場上推出的主要有4線、8線、16線、32線和64線。隨著線速的提升,其識別的數據點也隨之增加,這也是衡量激光雷達的主要指標。像百度的無人車配備的就是Velodyne 64線激光雷達。

針對於激光雷達在自動駕駛所面臨的“三座大山”當前市場上,主要做了如下選擇。

一、採用在車前車後各部署毫米波雷達加上用於先進駕駛輔助系統的攝像頭。特斯拉就是其中典型的代表。其價格的確是能比激光雷達便宜很多。但是毫米波雷達比激光雷達精度低、可視範圍的角度也偏小。因此,它在遠距離物體的識別、3D成像和識別準確性上都有明顯缺陷。低成本的感知系統這就意味著需要自動駕駛汽車本身有著很強的計算跟反應能力。所以就需要強大的計算機視覺識別技術來配合。

二、採用固態激光雷達。這種激光雷達最早是由Quanergy研發出的。眾所周知,激光雷達裡最貴重的就是其機械旋轉部件,固態激光雷達則是把這一部件換成了電子設備代替。但是由於固態激光雷達沒有旋轉部件,所以其水平視角並不能達到機械式激光雷達所能夠達到的360°,因此需要同時搭載多個共同使用。

雖然目前激光雷達有著極高的技術壁壘,但它的應用前景卻是十分廣闊。激光雷達因為智能機器人和自動駕駛被人熟知,然而在最早的時候,它首先被應用於工業的安全監測領域;其後慢慢被政府和軍事領域廣泛應用。彼時激光雷達的應用範圍包括各類複雜地形的地圖測繪,基礎設施項目和道路規劃等。範圍囊括採礦,林業,考古學,地質學,地形測量,土木工程,和大氣環境監測等領域。

而現在,汽車行業正在經歷一場類似於移動通訊行業從諾基亞到蘋果的鉅變。激光雷達將成為觸發它的關鍵。不論是新興互聯網企業還是傳統車企都在積極尋求向自動駕駛轉變的契機。其中激光雷達就是裡面的核心支柱之一。

目前國內外的激光雷達供應商主要有:Velodyne、Quanergy、Ibeo、Innoviz、TriLumina、LeddarTech、Blackmore、Oryx Vision、速騰聚創、雷神智能、北科天繪、思嵐科技、北醒光子等多家企業。

Velodyne

Velodyne在激光雷達領域可以說是鼻祖級公司,目前擁有16,32,64線三種規格的激光雷達。最高規格的64線激光雷達測量範圍可達到120m,測量精度在20毫米左右。在2016年末,Velodyne宣佈,已經在固態激光雷達的設計上取得突破,未來在大規模生產應用之後,可以將成本降低至50美元一臺。在2016年8月份獲得了百度和福特聯手為其注資的 1.5億美元融資。

Quanergy

Quanergy這是一家專注於激光雷達研發的初創公司,發佈了號稱全球第一款固態激光雷達產品S3。這款激光雷達採用的是相控陣方式,對於相關組件的尺寸要求很大。製造出如此大規模的器件以及是他們能有效的融合成為一個系統,將是Quanergy將要面臨的最大的難題。在2016年8月初,獲得了由森薩塔科技領投,德爾福、三星風投等多家公司跟投的近 1億美元融資。

Ibeo

Ibeo 成立於 1998 年,2000年被傳感器製造商 Sick AG 收購。2009 年公司脫離 Sick AG 獨立,2010 年和法雷奧合作開始量產可用於汽車的產品 ScaLa。其目前主要供應 4 線和 8 線的激光雷達。此前已被汽車零部件供應巨頭採埃孚收購了 40%的股權。

TriLumina

TriLumina 是美國新墨西哥州一家半導體激光照明產品企業,成立於 2013 年。它致力於開發芯片產品,與此同時降低激光雷達的尺寸及成本。在近日的CES中會攜其3D固態雷達技術參展。該公司投資方包括Cottonwood Technology Funds、Stage 1 Ventures 和 Sun Mountain Capital。

Innoviz

Innoviz是一家以色列的雷達傳感器公司,他們表示要在 2018 年前推出高精度固態激光雷達InnovizOne(HD-SSL) ,整體尺寸將縮減為 5cm*5cm*5cm 大小,能適配不同的光線條件,還要將價格控制在 100 美金以下。在2015年獲得了900萬美元的A輪融資。

LeddarTech

LeddarTech於2017年成立於加拿大。目前 Leddar已經獲得了獨家激光雷達專利,能為用戶提供高敏感度、識別率高且即時的識別算法。在近日的CES 2017 展中也會亮相其2D 及3D 高精度激光雷達應用方案。另外值得一提的是,其前身為加拿大國家光學研究所的子研究項目。

Blackmore

Blackmore相對較為特別,他們主要研究的是用鑲嵌於汽車前槓的單個半導體替代傳統激光雷達。用於幫助汽車檢測與另一輛車的空間距離、細節及車速等。在2016年獲得了,350萬美元的融資。

Oryx Vision

Oryx Vision主要研發的是一種“相干光雷達系統”,傳統的激光雷達主要是通過電感應器來檢測,Oryx Vision 的激光雷達主要是採用“納米天線”技術來接收電磁波,從而能獲得更多的額外信息。在2016年獲得了1700萬美元的A輪融資。

速騰聚創

速騰聚創是一家的提供專業級三維激光掃描設備及服務的企業,速騰聚創研發的激光雷達產品意在覆蓋實時性激光雷達和非實時性激光雷達。目前已上線的seeker系列屬於非實時性激光雷達,多用於室內,大型建築,隧道,橋樑等逆向工程。在實時性激光雷達領域,16線的RS-LiDAR激光雷達可以為機器的定位,避障,導航等提供有力的保障。

鐳神智能

鐳神智能成立於 2015年初,是一家提供機器人導航避障激光雷達、激光滅蚊炮和激光滅蚊機器人、中遠距離脈衝測距激光雷達等產品及解決方案的公司。在2018年4月份,該公司也宣佈獲得億元人民幣的B輪融資,由達晨創投領投,天津仁愛智匯、上海易津資本、深圳市嘉信元德股權投資基金、獨立投資人粟昱跟投。

北醒光子

北醒光子在 2015 年該公司入駐清華啟迪科技園,公司目前的產品有三大系列:單線環境雷達 DE-LiDAR1.0、多線長距雷達DE-LiDAR 2.0和固態雷達DE3.0系列(多線長距雷達目前正在研發,可做到8到32線)。在融資方面,在2018年2月份該公司已獲得凱輝基金的B輪投資。

思嵐科技

思嵐科技 成立於2013年,是一家提供消費級產品領域的高性能機器人定位導航解決方案及相關核心傳感器的公司。目前主要的產品有:激光測距掃描雷達、即時定位與地圖構建導航系統和通用型商業機器人平臺。其研發的主要是應用在服務機器人領域的三角測距雷達。目前,思嵐科技已完成數1.5億人民幣的C輪融資。

北科天繪

北科天繪是一家做測繪型雷達出身的企業,在2016年5月份北科天繪發佈了導航避障型激光雷達R-Fans 16線,主要用於出行和無人駕駛傳感器領域。並於2017年9月,相繼發佈了32線束的R-Fans-32和麵向車輛前裝市場的64線產品C-Fans系列。2018年1月獲億元人民幣A+輪融資,由雲暉資本領投,StarVC跟投。

禾賽科技

禾賽科技成立於2014年,在2016年11月,推出了一款準固態32線激光雷達(業界普遍稱之為混合固態激光雷達),產品的檢測距離為150米,測距精度為釐米級,能實現全景360度掃描、垂直30度視場,採樣頻率為640kHz。2018年5月份禾賽科技宣佈完成B輪融資2.5億元,由光速中國和百度領投。

此外,還包括上市公司中海達、巨星科技、四創電子、大族激光、國睿科技等在激光雷達上也都有佈局。

整體來看,國內的激光雷達技術在自動駕駛這個高端領域的確有待突破,但是相對於2015年多線激光雷達的零突破,在目前已經有多家企業研發成功,著實也有著不小的進步。而激光雷達作為自動駕駛和機器人的“眼睛”一直被寄予厚望。但是其高昂的售價,稱之為自動駕駛汽車的“攔路虎”也不為過。目前市面上主要是以特斯拉為代表的毫米波雷達+攝像頭方案配合計算機視覺識別技術,另外一種則是以谷歌為代表的採用多線激光雷達。

從當前測試公佈的事故率來看,的確是激光雷達佔據著優勢。激光雷達的使用環境限制較小,在相對惡劣的條件下可以正常使用。能極大的提高無人駕駛的安全係數。但是體積大、價格貴,導致其不可能實現大規模的普及。而新出現的固態激光雷達則是能有效的解決體積和成本兩大問題並且還易在車內集成,應該是未來最有效的發展方向。

隨著該領域企業的逐步伸入,其價格和可靠性應該都會朝著我們希望的方向發展,未來的機器“眼睛”還是很值得期待的。這是將不僅僅推動無人駕駛領域的進步,更會是機器人產業和人工智能領域跨出的一大步。

以下是相關激光雷達產品發佈參考:

1、宣佈進軍無人駕駛,做千米測距測繪雷達出身的“北科天繪”做了一款16線避障型雷達

2、國內第三家,禾賽科技推多線激光雷達

3、中國獨角獸推出首個國產多線激光雷達,速騰聚創讓無人駕駛產業邁出了一大步

以下是激光雷達相關產業技術分析文章

1、2016年中國激光雷達市場現狀分析及發展趨勢預測

2、未來五年激光雷達潛力市場

3、“行業爆點可期,成本過高仍然是難題”年終盤點之激光雷達


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