在無人駕駛架構(gòu)中，傳感層被比作為汽車的“眼睛”， 包括車載攝像頭等視覺系傳感器和車載毫米波雷達、車載激光雷達和車載超聲波雷達等雷達系傳感器。其中激光雷達已經(jīng)被大部分人認為是實現(xiàn)自動駕駛的必要基礎(chǔ)，畢竟傳統(tǒng)雷達無法識別物體細節(jié)，而攝像頭在暗光或逆光條件下識別效率明顯降低。
也正得益于無人駕駛汽車市場規(guī)模的爆發(fā)，預(yù)計2030年全球激光雷達市場可達到360億美元的規(guī)模，將成為新的藍海。本篇知識清單分享給你，助你快速了解車載激光雷達產(chǎn)業(yè)。
內(nèi)容導(dǎo)讀：
- 車載激光雷達的技術(shù)原理
- 激光雷達在自動駕駛應(yīng)用中有何優(yōu)缺點？
- 車載激光雷達有哪些應(yīng)用？
- 如何降低自激光雷達的成本?
- 國內(nèi)外最全激光雷達企業(yè)介紹
一、車載激光雷達的技術(shù)原理
激光雷達是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)，最初是軍事用途。其工作原理是向目標發(fā)射探測信號（激光束），然后將接收到的從目標反射回來的信號（目標回波）與發(fā)射信號進行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標的有關(guān)信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對飛機、導(dǎo)彈等目標進行探測、跟蹤和識別。
這里詳細介紹一下車載激光雷達的工作原理及實現(xiàn)方式。第一種是較為傳統(tǒng)的掃描式激光雷達，這種設(shè)備被架在汽車的車頂上，能夠用多束激光脈沖繞軸旋轉(zhuǎn)360°對周圍環(huán)境進行距離檢測，并結(jié)合軟件繪制3D圖，從而為自動駕駛汽車提供足夠多的環(huán)境信息。
這種激光雷達最初是在11年前的Darpa無人車挑戰(zhàn)賽上，由美國Velodyne公司開發(fā)并被參賽團隊使用（當(dāng)時采用的是64線的激光雷達方案）。由于那時的成本高達7萬美元，未被市場接受。后來為了降低成本，有公司推出了32線、16線的激光雷達。但是成本的降低帶來的是分辨率的下降，這就容易在車輛駕駛過程中檢測障礙物時產(chǎn)生盲點，帶來安全隱患。
在今年 CES 2017 上，Quanergy 公司發(fā)布了號稱全球第一款固態(tài)激光雷達傳感器。該雷達在技術(shù)上另辟蹊徑，拋棄了360度機械掃描的方式，而是采用了基于電子部件進行數(shù)據(jù)讀寫的方案，去除了機械旋轉(zhuǎn)部件，采用集成電路上的感應(yīng)晶片掃描各個方向，然后輸出車輛周圍的 3D 圖像。
固態(tài)激光雷達有幾大優(yōu)勢，掃描速度快、精度高，而且該雷達的線數(shù)降低到了8線，從而縮小了成品體積。最重要的一點是，固態(tài)激光雷達能夠像生產(chǎn)芯片一樣快速，同時極大地降低了成本。該公司稱如果訂貨量在一萬臺，每臺激光雷達的成本有望控制在 100 美元以下。但目前技術(shù)并不成熟，例如遠距離成像問題，信號強度問題等等，離產(chǎn)品市場化還有一段距離。還有一點， “固態(tài)”就意味著激光雷達不能進行 360 度旋轉(zhuǎn)，只能探測前方，貌似又回到了傳統(tǒng)激光雷達的老路。
如果要形象地對比掃描激光雷達和固態(tài)激光雷達的區(qū)別，下圖或許對你理解有些幫助。
二、 車載激光雷達的優(yōu)缺點
1、優(yōu)點
相比于攝像頭，激光雷達的最大優(yōu)勢在于使用環(huán)境限制較小，不管在白天或者夜晚都能正常使用。而相比于超聲波雷達及毫米波雷達，激光雷達的測量精度大大提升。原因在于電磁波只能探測到比它的波長大的物體，像毫米波雷達就探測不到直徑很小的線狀目標。而用于雷達系統(tǒng)的激光波長一般只有微米的量級，因而它能夠探測非常微小的目標。據(jù)了解，目前最好的激光雷達能夠識別出100米外厘米級物體的細節(jié)。
2、缺點
① 成本高
激光雷達造價昂貴，動輒幾千甚至上萬美元一臺。更有甚者，當(dāng)初谷歌自動駕駛汽車采用的由Velodyne 開發(fā)的 64 線激光雷達，售價高達 7．5 萬美元。此外，目前多數(shù)測試車都使用了不止一個激光雷達。
② 體積大
從目前自動駕駛測試車的外觀上看，激光雷達體積較大，安裝在測試車上顯得較為笨重。這也是Waymo的測試車采用了黑色巨大弧形車頂?shù)脑?。而豐田和優(yōu)步的測試車頂上則像頂了個咖啡罐。
③ 產(chǎn)能低
盡管激光雷達廠商努力提高產(chǎn)能以跟上市場需求，但汽車廠商還是不得不等上六個月才能買得到一臺全新的激光雷達產(chǎn)品。雖然目前測試車的數(shù)量還非常稀少，但是對激光雷達的需求是呈上升趨勢的。
④ 工作時受天氣和大氣影響大
激光雷達在大雨大雪等惡劣天氣中使用效果會受到影響，比如谷歌無人駕駛汽車從未在大雨大雪等惡劣條件下測試。原因在于激光在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣里，衰減急劇加大，傳播距離大受影響。如工作波長為10.6μm的co2激光，是所有激光中大氣傳輸性能較好的,在壞天氣的衰減是晴天的6倍。而且,大氣環(huán)流還會使激光光束發(fā)生畸變、抖動，直接影響激光雷達的測量精度。
三、 車載激光雷達的應(yīng)用
3D 激光雷達在無人駕駛運用中擁有兩個核心作用。第一，3D 建模進行環(huán)境感知。通過激光掃描可以得到汽車周圍環(huán)境的3D 模型，運用相關(guān)算法比對上一幀和下一幀環(huán)境的變化可以較為容易的探測出周圍的車輛和行人。第二，SLAM 加強定位。3D 激光雷達另一大特性是同步建圖（SLAM）， 實時得到的全局地圖通過和高精度地圖中特征物的比對， 可以實現(xiàn)導(dǎo)航及加強車輛的定位精度。
四、如何降低車載激光雷達的成本
激光雷達的成本都花在哪去了呢?有研究表明，激光雷達主要成本是花在 GPS／IMU 和 2D 激光掃描儀，約占總成本的 80％。其一，車載激光雷達系統(tǒng)的優(yōu)劣主要取決于 2D 激光掃描儀的性能。激光發(fā)射器線束的越多，每秒采集的云點就越多。然而線束越多也就代表著激光雷達的造價就更加昂貴，以Velodyne 的產(chǎn)品為例，64 線束的激光雷達價格是16 線束的10 倍。其二，對于較高要求標準的 IMU，是基于光纖陀螺的技術(shù)制造的。其價格昂貴，大約在 150 萬元左右。對于較低要求的 IMU，有許多廠家的設(shè)備可以選擇，價格根據(jù)型號變化，在 10 萬元到 50 萬元之間。
這還是激光雷達本身的成本，其實掃描激光雷達的成本可以做到很低，但是配套很貴。例如Velodyne的激光雷達輸出的是原始數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過二次處理。64線激光雷達每秒的點云數(shù)據(jù)量是130萬，這需要桌面級顯卡支持才能流暢工作。而桌面級顯卡自然需要昂貴的顯存和散熱設(shè)計。
目前行業(yè)有三種方式來降低整個激光雷達的使用成本：第一，使用低線束低成本激光雷達配合其他傳感器提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低激光雷達依賴和成本。第二， 新的激光技術(shù)“固態(tài)”激光雷達的價格大幅下降，有望成為顛覆行業(yè)的黑科技。第三，目前激光雷達的應(yīng)用仍然較小，當(dāng)無人駕駛汽車的產(chǎn)量大幅上升將帶來極大的規(guī)模效益。
Velodyne公司選擇了路徑1 ，將原先的64線束激光雷達降低為32線束，最初Ultra Puck的設(shè)計方案是16線束，但3D繪圖效果不盡如人意，因此最終使用了32線束。雖然Ultra Puck在測量精度與3D繪圖效果方面不如HDL-64E，但考慮到性價比因素，前者更適合應(yīng)用于無人駕駛汽車。
而Quanergy公司采用了固態(tài)化的低成本方案。S3激光雷達就是其推出的第一款全固態(tài)激光雷達，盡管在水平視野等參數(shù)上還略有缺陷，但激光雷達固態(tài)化趨勢勢必推動產(chǎn)品成本及價格大幅下降。
路徑3的實現(xiàn)依靠前兩條方案的成功，目前激光雷達的應(yīng)用仍然較小，未來無人駕駛汽車的產(chǎn)量大幅上升將給激光雷達行業(yè)帶來極大的規(guī)模效應(yīng)。
五、國內(nèi)外激光雷達廠商
國外廠商
1、Velodyne
過去十幾年，Velodyne是市場的領(lǐng)先者，其產(chǎn)品的測量精度在全行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)處于標桿地位，性能優(yōu)越。它于1983年成立于美國硅谷，05年的時候開始研發(fā)激光雷達，且主要應(yīng)用于無人駕駛汽車領(lǐng)域。07年的時候嶄露頭角，發(fā)展成為實時激光雷達傳感器技術(shù)的開發(fā)、制造和供應(yīng)商。09 年，谷歌推出了無人駕駛汽車項目，用了Velodyne那巨貴無比的激光雷達，此后Velodyne名聲大噪。2016年，Velodyne將其激光雷達部門獨立出去，成立了Velodyne LiDAR，而就是這家新公司在今年獲得了由福特汽車與百度聯(lián)合注資的1.5億美金。目前Velodyne已在圣何塞開建新的超級工廠，并計劃于明年開始大規(guī)模投產(chǎn)激光雷達。
Velodyne的3D激光雷達產(chǎn)品種類豐富，包括16線束、32線束及64線束等。為了更加適應(yīng)汽車市場，Velodyne專為車企設(shè)計了一款32線激光雷達Solid-State Hybrid Ultra Puck™ Auto，產(chǎn)品如其名，大約冰球大小。現(xiàn)在正在與車企合作測試做進一步完善，如果2017年訂單量達到100萬臺，可以給到500美金的單價。
Velodyne 目前已經(jīng)量產(chǎn)銷售的激光雷達有三款：分別為 HDL-64E（64 線）、HDL-32E（32 線）、VLP-16（16 線）。除了谷歌、百度、Uber 等無人駕駛汽車使用 64 線產(chǎn)品外，一些汽車廠商在車上使用 32 線和 16 線產(chǎn)品進行測試。
2、Quanergy
Quanergy在成立于2012年，是一家專注于研發(fā)激光雷達的初創(chuàng)公司，作為一家成立不到4年的公司，已經(jīng)受到了風(fēng)投和汽車零部件巨頭的青睞：2014年獲得來自三星電子風(fēng)險投資，特斯拉創(chuàng)始人及清華企業(yè)家協(xié)會天使基金的種子投資；同年完成 3000萬美金的A輪融資；2015 年獲得德爾福戰(zhàn)略投資，德爾福收購了 Quanergy 部分股權(quán)，目前兩家公司的工程師正在努力研發(fā)激光雷達系統(tǒng)；2016年獲得1億美金B(yǎng)輪融資。
Quanergy在今年初的CES消費電子展上發(fā)布了“世界第一款面向自動駕駛汽車的固態(tài)激光雷達”，未來計劃將激光雷達產(chǎn)品的價格削減至250美元左右。Quanergy相關(guān)負責(zé)人表示，盡管Quanergy從來沒有公開過任何針對量產(chǎn)車型開發(fā)的產(chǎn)品信息，但目前已經(jīng)有包括奔馳、現(xiàn)代和雷諾-日產(chǎn)在內(nèi)的多家主機廠合作伙伴了。
Velodyne和Quanergy的產(chǎn)品差異在于，Velodyne的激光雷達仍屬于固態(tài)混合的LiDAR，這意味著其中驅(qū)動和探測組件是固定的，但掃描系統(tǒng)是機械轉(zhuǎn)動式的。但Quanergy屬于全固態(tài)的激光雷達，沒有任何可移動的零部件。
**3、Innoviz **
Innoviz是一家以色列公司，已經(jīng)完成了900萬美元A輪融資, 用來研發(fā)能夠滿足自動駕駛汽車的高性能、低成本固態(tài)激光雷達。Innoviz承諾，未來一兩年內(nèi)將交付一款應(yīng)用了突破性技術(shù)的高清晰度固體激光雷達（HD-SSl）。專為自主駕駛車輛設(shè)計的100美元級的固態(tài)激光雷達有望在2018年開始生產(chǎn)。
4、LeddarTech
LeddarTech于2007年在加拿大魁北克市成立，剝離自加拿大國家光學(xué)研究所，是全球唯一一家基于專利、前沿技術(shù)的高級探測與測距系統(tǒng)供應(yīng)商。它主要為OEM主機廠、Tier 1供應(yīng)商、零部件&子系統(tǒng)供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商提供LeddarCore IC傳感器技術(shù)，用于開發(fā)ADAS/AD解決方案中的激光雷達。
據(jù)Strategy Analytics分析師Riches介紹，LeddarTech今年6月對外公布了針對無人駕駛汽車的固態(tài)激光雷達IC路線圖。目前LeddarTech與法雷奧合作研發(fā)一款“最便宜的激光雷達傳感器”。
5、 Phantom Intelligence
Phantom Intelligence和歐司朗歐司朗光電半導(dǎo)體事業(yè)部在合作開發(fā)一款“可用于城市駕駛中低速障礙物探測的集成式、低成本的激光雷達”。其中一款概念產(chǎn)品是半導(dǎo)體激光雷達，擁有28共16個二極管陣列，可探測距離達30米。整個陣列按照一個寬度遠大于高度的扁矩形形狀排列，因為為它設(shè)計的應(yīng)用場景里，更加強調(diào)水平方向的分辨率：避免車輛前方的刮蹭和撞擊。
當(dāng)然這兩家公司合作開發(fā)的另一套解決方案，據(jù)稱達到了2018年歐洲NCAP自動緊急剎車系統(tǒng)標準的要求。
6、 TriLumina
這家來自美國新墨西哥州阿爾布開克的初創(chuàng)公司正在開發(fā)的芯片產(chǎn)品能夠改進激光雷達的飛行時間特性同時還能夠降低功耗和體積。在獲得電裝美國公司的這筆戰(zhàn)略投資后，TriLumina希望能夠借助這家大Tier 1供應(yīng)商獲得更多接觸汽車市場其他客戶的機會。
7、 Ibeo*
來自德國漢堡的Ibeo，在激光雷達領(lǐng)域其實算不上新人了。Ibeo成立于 1998 年，2000年被傳感器制造商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(chǎn)可用于汽車的產(chǎn)品ScaLa。
Ibeo 提供線數(shù)較少的二維激光雷達。這些激光雷達在垂直方向發(fā)射的激光線數(shù)較少，一般為4條或8條。探測環(huán)境的時候，只有一個平面或類似2.5D的有效掃描范圍。這類低線束激光雷達一般嵌入到車燈或者前臉保險杠的位置，起到檢測前方車輛、行人、地線、馬路牙、路肩、路欄等移動物體的作用。
不過在今年，汽車零部件供應(yīng)巨頭采埃孚(ZF)宣布收購Ibeo 40% 的股權(quán)。雙方將合作開發(fā)下一代 Lidar 系統(tǒng)，能夠?qū)χ車h(huán)境進行 3D 圖像重建，不再需要旋轉(zhuǎn)反射鏡。由于固態(tài)技術(shù)的發(fā)展，兩家公司的合作將設(shè)計出尺寸更加緊湊、價格更加親民的激光雷達系統(tǒng)。
8、Waymo
Waymo 是谷歌自動駕駛項目剝離出來的子公司，嚴格意思是來說并不算是激光雷達廠商?；蛟S是被激光雷達高昂的價格給坑怕了，(2012 年，谷歌公開其無人車的成本： 15 萬美元（約合人民幣 96 萬元）。對無人駕駛汽車來說，其中最貴的元器件是激光雷達。谷歌使用的是由 Velodyne 開發(fā)的 64 線激光雷達，售價高達 7．5 萬美元，占整車價格一半) ，Waymo決定自己開發(fā)激光雷達。
2017年，Waymo 宣布能將激光雷達的價格降至 7500 美元，是 Velodyne 64 線產(chǎn)品的十分之一?，F(xiàn)階段，Waymo 只是向外界透露了單個激光雷達的價格，而參數(shù)、具體采用了何種技術(shù)降低成本以及關(guān)于自動駕駛的軟硬件方案的成本并沒有任何信息。Waymo 自己動手研發(fā)硬件，由于本身是用戶，對產(chǎn)品具體要求非常了解，可以針對他們的自動駕駛車輛進行專門優(yōu)化設(shè)計。
9、Photonic Vision
Photonic Vision是一家base在英國的小型創(chuàng)業(yè)公司，主要業(yè)務(wù)是開發(fā)面向汽車、工業(yè)以及防衛(wèi)安全市場的低成本激光雷達和視覺傳感器技術(shù)。
10、Princeton Lightwave
誕生于新澤西州Township的Princeton Lightwave，今年7月宣布其正組建的新事業(yè)部未來會把精力放在無人駕駛汽車的Geiger-mode激光雷達技術(shù)研發(fā)上。
11、 Scanse
Scanse是為無人地面車輛和無人機開發(fā)低成本掃描激光雷達產(chǎn)品的小型初創(chuàng)公司，能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)航、障礙物躲避、繪圖等功能。
12、Luminar
2012年，兩名光電專家創(chuàng)立了Luminar。該公司宣稱， uminar開發(fā)的Lidar傳感器，通過利用1550納米的波長來解決這些不足，與競爭對手最好的同類產(chǎn)品相比，其分辨率提高了50倍，其觀測范圍提高了10倍。
這意味著一輛無人駕駛汽車可以“看到”200米遠地方的一個黑色物體。相比之下，來自競爭對手Velodyne被稱為“Puck”的Lidar傳感器，其觀測范圍只有100米。
13、TetraVue
TetraVue創(chuàng)建于2008年，主要開發(fā)3D快閃光激光雷達（3D Flash LIDAR）感測技術(shù)應(yīng)用，結(jié)合固態(tài)感應(yīng)器，應(yīng)用在自駕車領(lǐng)域，可在實際駕駛環(huán)境中、提供高解析畫質(zhì)的 3D 影像顯示，提升自動駕駛的操作體驗，未來有可能取代現(xiàn)有的機械式感應(yīng)器。
TetraVue的技術(shù)有助于應(yīng)對并攻克自動駕駛車輛在行駛期間遭遇意外及危險障礙物時的技術(shù)難點。此前，博世投資了TetraVue， TetraVue旗下的超高分辨率3D激光雷達數(shù)據(jù)和圖像也將有助于自動和高度自動駕駛車輛對障礙物的有效識別。
國內(nèi)廠商
相比于國外的Velodyne、Quanergy等廠商已經(jīng)具有相對成熟的產(chǎn)品，國內(nèi)公司在激光雷達生產(chǎn)研發(fā)尚處于初步成型階段。而且國內(nèi)的激光雷達產(chǎn)品多用于服務(wù)機器人、地形測繪、建筑測量等領(lǐng)域，尚未研制出可用于ADAS及無人駕駛系統(tǒng)的3D激光雷達產(chǎn)品。不過，隨著智能汽車的浪潮從國外涌向國內(nèi)，以鐳神智能、思嵐、巨星、速騰聚創(chuàng)等為代表的多家國內(nèi)企業(yè)也開始嘗試進入車用激光雷達這個新興行業(yè)。
1、 思嵐科技（Slamtec）
思嵐科技（SLAMTEC）成立于2013年10月，團隊前身是RoboPeak，擁有長達6年的機器人自主定位導(dǎo)航算法、激光傳感器及機器人硬件系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)驗。
2、北科天繪
在2016年5月推出了首款16線360度導(dǎo)航LiDAR ——R-Fans。
3、速騰聚創(chuàng)（RoboSense）
去年對外發(fā)布了RS-LiDAR，是一款16線激光雷達。據(jù)悉今年會推出巴掌大小的固態(tài)激光雷達，距離可以做到200米，價格做到1000美金以下。
4、巨星科技
巨星科技新成立的歐鐳激光在2017年的CES上推出了多線激光雷達產(chǎn)品。
5、國?？萍迹?/span>
國?？萍贾饕鲕娪美走_，因為固態(tài)激光雷達的原理類似于相控陣雷達，所以可能國睿科技可以制作出固態(tài)激光雷達。。
6、鐳神智能
鐳神智能成立于2015年初，目前累計融資總額為1億元。在汽車雷達方面，目前鐳神智能的中遠距離脈沖測距激光雷達系統(tǒng)測量距離為200米，可用于汽車防撞、無人機自主導(dǎo)航避障、無人駕駛汽車等。
