光達(dá)(LiDAR)技術(shù)正成為投資界和汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)新寵

光達(dá)(LiDAR)技術(shù)正成為投資界和汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)新寵。

促成這一趨勢(shì)的原因有二。其一是光達(dá)技術(shù)尚未最終定型的技術(shù)前景。市調(diào)公司Yole Développement技術(shù)和市場(chǎng)分析師Alexis Debray認(rèn)為，光達(dá)技術(shù)“還沒(méi)發(fā)展成熟。我們目前正處于擁抱光達(dá)巨大變革的開(kāi)始?！?/p>

另一項(xiàng)因素在于這一廣泛接受的概念：光達(dá)是自動(dòng)駕駛出租車(robo-taxis)必備的技術(shù)。Yole指出，Waymo、Uber、Lyft、百度(Baidu)和奔馳(Mercedes-Benz)等公司開(kāi)始將“每臺(tái)平均價(jià)值20萬(wàn)美元的傳感器(包括光達(dá))整合到數(shù)百輛傳統(tǒng)汽車中”，以將其改裝為能夠在城市街道運(yùn)轉(zhuǎn)的完全自動(dòng)駕駛車。

媒體上充斥著關(guān)于光達(dá)應(yīng)用的各種最新消息。但是這一類的報(bào)導(dǎo)通常并未分別討論在不同類型光達(dá)中所整合的各種技術(shù)。在Yole的協(xié)助下，《EE Times》詳細(xì)分析不同光達(dá)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、其市場(chǎng)潛力，以及成為投資目標(biāo)焦點(diǎn)的光達(dá)供應(yīng)商現(xiàn)況。

光達(dá)市場(chǎng)的主要參與者Yole認(rèn)為，光達(dá)主要根源于兩項(xiàng)技術(shù)——其一來(lái)自數(shù)字?jǐn)z影，另一項(xiàng)是雷射測(cè)距儀。Debray指出，由于“將這兩種技術(shù)混合于產(chǎn)品中”，部份解釋了光達(dá)的復(fù)雜度和多樣性。

光達(dá)技術(shù)根源于數(shù)字?jǐn)z影以及雷射測(cè)距儀（來(lái)源：Yole Développement）

廣義而言，汽車領(lǐng)域使用兩種類型的光達(dá)?！?a target="_blank">工業(yè)級(jí)”光達(dá)用于自動(dòng)駕駛出租車。另一種Debray所謂的“車用級(jí)”光達(dá)，將被部署于大眾消費(fèi)市場(chǎng)的自動(dòng)駕駛車。工業(yè)級(jí)光達(dá)被定義為“具有24小時(shí)使用的耐用度、高靈敏度且高性能”。目前，由于光達(dá)主要作為工業(yè)/商業(yè)應(yīng)用，成本并不是主要的問(wèn)題。其價(jià)格十分昂貴。

相形之下，當(dāng)涉及預(yù)計(jì)用于大眾市場(chǎng)車輛的車用級(jí)光達(dá)時(shí)，OEM將會(huì)從價(jià)格、尺寸到接口外觀等各方面開(kāi)始斤斤計(jì)較。

根據(jù)不同的掃描技術(shù)途徑，Yole將光達(dá)劃分為五類：多信道宏機(jī)械掃描(如Velodyne、Valeo等)；其它機(jī)械掃描(如Luminar、Panasonic等)；MEMS光達(dá)(如Leddar Tech、Innoviz、Pioneer等)；光學(xué)相控?cái)?shù)組雷達(dá)(如Quanergy、Robosense)；以及閃光(flash)光達(dá)(如Argo、Sense Photonics、Continental等)。

車用級(jí)光達(dá)供應(yīng)商（來(lái)源：Yole Développement）

在各種光達(dá)設(shè)計(jì)中，宏機(jī)械掃描是目前使用最多的技術(shù)。這些光達(dá)已經(jīng)可用，而且也被設(shè)計(jì)于自動(dòng)駕駛車中，目前正進(jìn)行測(cè)試，準(zhǔn)備應(yīng)用于商業(yè)自動(dòng)駕駛出租車業(yè)務(wù)。但這些光達(dá)確實(shí)還不完善。Debray說(shuō)，“它們?nèi)匀缓馨嘿F——必須花費(fèi)數(shù)萬(wàn)美元，而且體積很龐大?！?/p>

MEMS光達(dá)被認(rèn)為是下一個(gè)最有潛力的技術(shù)。Debray解釋說(shuō)，其性能與微機(jī)械光達(dá)一樣好，而且由于使用較少零件而可能進(jìn)一步縮小尺寸且變得更便宜。今年4月，BMW宣布計(jì)劃將Innvoiz的光達(dá)應(yīng)用于其自動(dòng)駕駛車。

Yole將使用光學(xué)相控?cái)?shù)組的光達(dá)(如Quanergy提供的產(chǎn)品)視為“在MEMS掃描儀之后的下一步”。由于無(wú)需使用移動(dòng)組件，因而可以做的更小、更便宜。

Continental和Xenomatix等公司提出了閃光光達(dá)，它能同時(shí)照亮整個(gè)場(chǎng)景，而無(wú)需使用移動(dòng)組件。根據(jù)Debray觀察，閃光光達(dá)制作起來(lái)可能更簡(jiǎn)單，但其感測(cè)范圍較MEMS光達(dá)更小些。

Yole并列舉了幾家提出不同解決方案的其他廠商，如Cepton和Luminar使用機(jī)械掃描技術(shù)、Neptec采用棱鏡。但Debray說(shuō)，由于缺乏這些技術(shù)的細(xì)節(jié)，目前仍很難評(píng)估。

波長(zhǎng)至關(guān)重要。

目前，大多數(shù)的車用光達(dá)透過(guò)發(fā)射大約900nm波長(zhǎng)的雷射發(fā)射脈沖，掃描周圍環(huán)境，并記錄反射光線，以建立映射汽車周圍環(huán)境的點(diǎn)云(point cloud)。

根據(jù)美國(guó)和其它國(guó)家的雷射安全規(guī)則(限制激光脈沖功率，因?yàn)樗鼤?huì)傷害人眼)，要求光達(dá)的射程僅限于30至40公尺。這對(duì)于車輛在高速行駛時(shí)的安全停車距離來(lái)說(shuō)太短。自動(dòng)駕駛車必須在距離至少200公尺遠(yuǎn)以前發(fā)現(xiàn)低反射率的物體，以便讓汽車有足夠的時(shí)間辨識(shí)危險(xiǎn)并停車。

然而，最近幾家公司開(kāi)始探索使用1,550nm波長(zhǎng)，這使得他們可以使用更高的雷射功率，而不至于傷害視網(wǎng)膜。根據(jù)Debray，更高的功率能擴(kuò)展長(zhǎng)波光達(dá)的射程和分辨率。他指出，Blackmore、Neptec、Aeye和Luminar等公司都開(kāi)始使用1,550nm波長(zhǎng)。

不過(guò)，Debray解釋，其中一個(gè)缺點(diǎn)是，使用1,550nm的光達(dá)所需的雷射和光電探測(cè)器并不像900nm那樣先進(jìn)，因而限制了光達(dá)供應(yīng)商的選擇。

脈沖與連續(xù)波

如果你使用各種掃描方法作為X軸來(lái)對(duì)光達(dá)進(jìn)行分類，那么用于在物體上投射光線的不同方法構(gòu)成了Y軸。

當(dāng)今大多數(shù)光達(dá)都使用稱為脈沖光達(dá)的直接(direct)光達(dá)。他們向目標(biāo)發(fā)出一個(gè)光脈沖，并由返回光探測(cè)器的時(shí)間確認(rèn)距離，Debray解釋道。

“連續(xù)波測(cè)距方法”是新出現(xiàn)的方法。有些公司開(kāi)始使用符號(hào)波——或稱“正弦波”——而非脈沖波，據(jù)稱可為光達(dá)帶來(lái)更好的靈敏度。Debray指出，這是一種具有前景的技術(shù)，但它需要光的同調(diào)性。IFM和Benewake則正在研究相移方法。

同時(shí)，Blackmore和Oryx開(kāi)始研究調(diào)頻測(cè)距方法。Debray說(shuō)，它被描述為頻率調(diào)變連續(xù)波(Frequency Modulated Continuous wave；FMCW)，允許外差探測(cè)，“就像無(wú)線電中所使用的”，可帶來(lái)比直接檢測(cè)更高的靈敏度。

光達(dá)的未來(lái)

Debray認(rèn)為，沒(méi)有任何一種技術(shù)突破能夠降低光達(dá)真正成為主流技術(shù)的門(mén)坎。他說(shuō)，這一角力的關(guān)鍵在于光達(dá)開(kāi)發(fā)者如何在不同的技術(shù)和市場(chǎng)需求之間取得均衡。

但還有一個(gè)更廣泛的問(wèn)題值得考慮。在車用光達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動(dòng)駕駛車中所使用的其它傳感器技術(shù)也在進(jìn)步。例如，車用雷達(dá)的成像能力使用波束控制而變得越來(lái)越好。同樣地，結(jié)合AI的視覺(jué)處理器也在不斷完善中。這將有助于相機(jī)檢測(cè)和分類對(duì)象，使其更有效地理解3D空間。

總之，在汽車領(lǐng)域并沒(méi)有關(guān)于哪些傳感器必須安裝在ADAS或自動(dòng)駕駛車的協(xié)議。Debray說(shuō)，“例如，特斯拉(Tesla)就不使用光達(dá)。”今年初發(fā)表的凱迪拉克(Cadillac)無(wú)人駕駛巡航系統(tǒng)Super Cruise也未使用光達(dá)。相反地，它在很大程度上依賴地圖。

另一方面，例如奧迪(Audi)使用Valeo的光達(dá)，而B(niǎo)MW剛剛宣布計(jì)劃使用Innoviz光達(dá)。

除了已經(jīng)安裝光達(dá)的自動(dòng)駕駛出租車，大眾市場(chǎng)車輛的車用級(jí)光達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)有多大？隨著時(shí)間的進(jìn)展，市場(chǎng)機(jī)會(huì)將逐漸縮小嗎？

Yole的Debray說(shuō)，現(xiàn)在還無(wú)法做出任何結(jié)論。確定哪些技術(shù)將普遍用于自動(dòng)駕駛車中，目前還為時(shí)過(guò)早。不過(guò)，他補(bǔ)充道，ADAS車輛和自動(dòng)駕駛車「將需要傳感器之間的冗余」，才能發(fā)揮其潛力。

Yole估計(jì)，2017年，設(shè)計(jì)用于ADAS車輛的光達(dá)市場(chǎng)規(guī)模為1.07億美元，而用于自動(dòng)駕駛車輛的光達(dá)則為2.2億美元。到2023年，ADAS的光達(dá)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到17億美元，而自動(dòng)駕駛車輛的光達(dá)市場(chǎng)約有35億美元。

值得注意的是：業(yè)界對(duì)于光達(dá)技術(shù)的投資步伐正在加快。許多新創(chuàng)企業(yè)、一線業(yè)者和OEM都在開(kāi)發(fā)使用不同方法的光達(dá)，但這些方法并不一定能保證成功。Debray稱，每個(gè)人都在追求躋身“車用級(jí)光達(dá)技術(shù)市場(chǎng)一部份”的夢(mèng)想。

據(jù)Yole估計(jì)，僅在過(guò)去兩年(2016-2017年)，“投資于光達(dá)公司的資本就超過(guò)了8億美元”。

在Yole的幫助下，本刊整理了過(guò)去15個(gè)月來(lái)取得超過(guò)500萬(wàn)美元投資的光達(dá)公司名單(按字母順序排列)。

表1：過(guò)去15個(gè)月來(lái)獲500萬(wàn)美元以上融資的LiDAR公司概況（制表：電子工程專輯）