各出奇招显神通,激光雷达上演“八仙过海”

随着自动驾驶量产竞赛越来越激烈,另一场高风险的竞争也在同步进行。作为L3级及以上自动驾驶无法绕过的核心传感器,激光雷达在过去几年一直处于风口浪尖,尤其是不同的技术路线、产品量产时间点、降成本路径等等成为企业之间竞争的核心要素。

截止目前,根据高工智能产业研究院(GGAI)报告称,全球有超过50家激光雷达初创公司参与市场角逐。受益于技术提升及产能提升,2025年全球车用激光雷达市场规模有望达到百亿美元。

按照整车装配2-4个激光雷达(前后探测距离)测算,对应整车成本为800-1600元。以2025年前装市场20%渗透率估算,届时国内激光雷达市场规模有望超过150亿元。

近日,一家光谱扫描激光雷达(LIDAR)初创公司Baraja开始崭露头角。这家公司承诺,自动驾驶汽车制造商将迎来两大重大更新:获得比以前更优秀的激光扫描系统、并且采用更为低调和灵活的外形设计。

和大多数激光雷达公司不同,Baraja选择了一种完全不同的方法,它的光谱扫描系统依靠可调节波长的激光器,这种激光器可以在不同频率的红外光下快速循环。然后激光通过棱镜,由于不同的频率是从不同角度下的棱镜另一面出现,所以这能在没有活动部件的情况下有效提供扫描。

Baraja希望解决另外一个关于传统LIDAR的常见问题——不需要将所有的东西都装在一个盒子里,光谱扫描系统能将激光发射器跟棱镜光学分开。

同时,由于Baraja可以通过精准控制发射出的光的波长进而使得LIDAR在场景特定部分的注意力变得更加敏锐,所以从理论上来讲,自动驾驶汽车可以选择牺牲更大的扫描范围而得到更密集的成像部分。这款激光雷达可以检测到650英尺(接近200米)之外的黑暗物体。

目前,传统的机械式激光雷达通过传感器的自身旋转捕捉360度的视图,而Baraja的激光雷达是静止的,通过在一辆自动驾驶汽车上安装四个边角激光雷达进行全覆盖。“这种方法提高了可靠性,减少了运动部件由于恒定振动而导致了一系列问题。”这家公司的创始人表示。

“BARAJA”在西班牙语里是一张扑克牌或洗牌的意思,暗示了公司激光雷达的推出对“行业洗牌”的能力。

除了激光雷达本身结构的创新,另一个创新是传感器的“大脑”,一个处理激光雷达数据的引擎,被单独安置在车内,这样可以更好地保护它免受潜在的损坏。这个引擎可以处理来自四个激光雷达的数据,通过光纤电缆连接。

在业界最关注的成本方面,Baraja相关负责人透露,由于产品更多使用的是现有的通讯及汽车零部件,因此在后续大规模生产和供应链方面具备先天的成本优势。

另一家激光雷达领域的巨头Velodyne,则是透露,目前他们的产品和技术正朝着可量产、低成本以及车规级的方向去努力。到2021年,他们将推出更多的激光雷达产品到市场上,在远距离、高分辨率等性能方面不断向前推进。

在无人机、安全防护以及其他工业领域占有较大市场份额的Velodyne,目前在自动驾驶领域也更多是基于测试场景的应用。而目前全球也仅有法雷奥的Scala(和Ibeo技术合作)的激光雷达已经通过车规级并搭载在量产车上。

目前,Velodyne 已经在激光雷达元器件芯片化方面取得了很多进展,这家公司将激光雷达的激光发射元器件和接收元器件都集成到 ASIC 芯片上,让整个硬件的体积不断缩小,整体性能得以提升。而且,他们的下一个技术方向是采用硬件和软件的联合设计。

近期,自动驾驶软件初创公司Renovo宣布,Velodyne旗下最新的128 线激光雷达(VLS-128)将成为参考配置。Renovo的AWare是为自动化出行量身打造的操作系统,让车队运营商能自由的选择并完成软硬件和服务的整合,打造出最适合自己的AMaaS服务。

按照目前的场景应用,自动驾驶车辆必须能够在高速行驶时辨别其他车辆、建筑物、道路标志、深色衣物中的行人等。那么,激光雷达系统的性能要求不断增加,特别是分辨率和有效范围的提升,对于高速应用,系统必须能够在距离为300米的距离内检测具有10%反射率的物体,并区分大小为30厘米的物体。

为了让激光雷达的性能更优良,传输的距离更远,同时又安全,工作在较低功率下,更高波长的激光雷达进入了初创公司的视线。

2017年初,硅谷无人驾驶初创公司Luminar对外宣布,其将推出更高性能的量产级别激光雷达,相比当前市场上的系统,其分辨率高出50多倍且测量范围高出10倍,可以检测到距离200米的难以看见的低反射性物体,例如道路上的黑色汽车或者轮胎等,而且在每小时75英里的速度下仍然能够提供7秒的反应时间。”

能达到如此强悍的性能,全赖公司采用了业内少见的1550nm波长,相比激光雷达的典型波长更长,这直接影响了长距离光通信的效果。

芬兰VTT技术研究中心在今年对它们名为Marilyn的机器人自动驾驶汽车进行了升级,加装了1550 nm波长LiDAR光学元件以及智能软件,大幅改善了传感器性能。

附加的软件模块能够过滤LiDAR探测的点云数据,评估扫描可靠性,以确保车辆能够在雪、雾天气中的正常运行,在这些环境下,LiDAR传感器能够“看”到可见光和近红外光谱范围。

国内激光雷达公司镭神智能也在研发1550nm的激光雷达,其最新的1550nm 雷达用脉冲光纤激光器为自主研发,包含有三个型号LFP-1550-600,LFP-1550-1000,LFP-1550-2000,均工作在1550nm下。

区别在于不同的平均输出功率,三个型号的平均输出功率最小依次为0.6w、1w、2w,这个数值也是可以调的,功率稳定性(t>8h)表现为小于3%。在成本方面,镭神智能的一大优势就是自主研发1550nm的光纤激光器。

从目前激光雷达的量产落地路径来看,各家主机厂、自动驾驶初创公司是目前激光雷达在测试、测绘市场的主要用户。此外,无人配送车、商用车(环卫、港口、干线运输)、自动驾驶出租车队是主要的可见量产市场。

而最大的市场,无疑是乘用车市场。近年以来,全球各大主机厂开始加大激光雷达的技术合作和战略投资。

Luminar是一家激光雷达传感器制造商,其产品用于自动驾驶汽车用3D技术观察周围环境。Luminar将其最新的技术提供给沃尔沃汽车公司,后者也投资了这家位于硅谷的初创企业。

Luminar在2017年与硅谷的丰田研究院建立了激光雷达研发合作,沃尔沃汽车是其第二家合作汽车公司。除此,Luminar还正与另外两家汽车制造商合作,但其拒绝透露具体细节。

宝马则是决定使用Innoviz的固态LiDAR和计算机视觉技术,应用在L3-L5级自动驾驶技术中,并将Innoviz的技术整合到Intel-Mobileye平台中,用于测试和批量生产。

与Waymo竞争自动驾驶出租车队业务的通用汽车,则是在去年10月宣布收购激光雷达技术(LIDAR)公司——Strobe Inc。作为收购协议的一部分,Strobe公司的工程师将加入通用汽车旗下Cruise Automation团队,一起定义和开发应用于自动驾驶汽车的下一代激光雷达解决方案。

自动驾驶车辆传感器配置的另外一条路线就是视觉与激光雷达的深度融合。

近日,岭纬科技(Neuvition)发布第一款称为Titan M1的高清视频激光雷达。该款准固态激光雷达高达480条线,每条线最高1280个点 (即分辨率为1280 x 480),探测距离可达200米,采用1550纳米的窄带激光技术。

视频融合是岭纬激光雷达的重要特性之一,其配套的摄像头可以产生无色的点云,或彩色点云,这样既可输出传统点云也可输出融合物体信息的实彩点云。此外,TITAN M1也有一个两件式设计的专利申请,包括一个主控制系统和一个紧凑设计的激光雷达头。

高工智能产业研究院(GGAI)报告称,到2025年,车用激光雷达以固态FLASH和MEMS混合固态技术路线为主流;汽车主机厂及传统Tier1巨头将加快收购、战略投资等方式来主导主流激光雷达市场;而初创企业则瞄准低成本激光雷达路线,抢占进入自动驾驶供应体系的“入场券”。

 

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