在無(wú)人駕駛架構中，傳感層被比作為汽車(chē)的“眼睛”， 包括車(chē)載攝像頭等視覺(jué)系傳感器和車(chē)載毫米波雷達、車(chē)載激光雷達和車(chē)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(shí)現自動(dòng)駕駛的必要基礎，畢竟傳統雷達無(wú)法識別物體細節，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(wú)人駕駛汽車(chē)市場(chǎng)規模的爆發(fā)，預計2030年全球激光雷達市場(chǎng)可達到360億美元的規模，將成為新的藍海。本篇知識清單分享給你，助你快速了解車(chē)載激光雷達產(chǎn)業(yè)。
內容導讀：
- 車(chē)載激光雷達的技術(shù)原理
- 激光雷達在自動(dòng)駕駛應用中有何優(yōu)缺點(diǎn)？
- 車(chē)載激光雷達有哪些應用？
- 如何降低自激光雷達的成本?
- 國內外最全激光雷達企業(yè)介紹
一、車(chē)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，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(lái)的信號（目標回波）與發(fā)射信號進(jìn)行比較，作適當處理后，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，從而對飛機、導彈等目標進(jìn)行探測、跟蹤和識別。
這里詳細介紹一下車(chē)載激光雷達的工作原理及實(shí)現方式。第一種是較為傳統的掃描式激光雷達，這種設備被架在汽車(chē)的車(chē)頂上，能夠用多束激光脈沖繞軸旋轉360°對周?chē)h(huán)境進(jìn)行距離檢測，并結合軟件繪制3D圖，從而為自動(dòng)駕駛汽車(chē)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(wú)人車(chē)挑戰賽上，由美國Velodyne公司開(kāi)發(fā)并被參賽團隊使用（當時(shí)采用的是64線(xiàn)的激光雷達方案）。由于那時(shí)的成本高達7萬(wàn)美元，未被市場(chǎng)接受。后來(lái)為了降低成本，有公司推出了32線(xiàn)、16線(xiàn)的激光雷達。但是成本的降低帶來(lái)的是分辨率的下降，這就容易在車(chē)輛駕駛過(guò)程中檢測障礙物時(shí)產(chǎn)生盲點(diǎn)，帶來(lái)安全隱患。
在今年 CES 2017 上，Quanergy 公司發(fā)布了號稱(chēng)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(jìn)行數據讀寫(xiě)的方案，去除了機械旋轉部件，采用集成電路上的感應晶片掃描各個(gè)方向，然后輸出車(chē)輛周?chē)?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(xiàn)數降低到了8線(xiàn)，從而縮小了成品體積。最重要的一點(diǎn)是，固態(tài)激光雷達能夠像生產(chǎn)芯片一樣快速，同時(shí)極大地降低了成本。該公司稱(chēng)如果訂貨量在一萬(wàn)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(wèn)題，信號強度問(wèn)題等等，離產(chǎn)品市場(chǎng)化還有一段距離。還有一點(diǎn)， “固態(tài)”就意味著(zhù)激光雷達不能進(jìn)行 360 度旋轉，只能探測前方，貌似又回到了傳統激光雷達的老路。
如果要形象地對比掃描激光雷達和固態(tài)激光雷達的區別，下圖或許對你理解有些幫助。
二、 車(chē)載激光雷達的優(yōu)缺點(diǎn)
1、優(yōu)點(diǎn)
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(cháng)大的物體，像毫米波雷達就探測不到直徑很小的線(xiàn)狀目標。而用于雷達系統的激光波長(cháng)一般只有微米的量級，因而它能夠探測非常微小的目標。據了解，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。
2、缺點(diǎn)
① 成本高
激光雷達造價(jià)昂貴，動(dòng)輒幾千甚至上萬(wàn)美元一臺。更有甚者，當初谷歌自動(dòng)駕駛汽車(chē)采用的由Velodyne 開(kāi)發(fā)的 64 線(xiàn)激光雷達，售價(jià)高達 7．5 萬(wàn)美元。此外，目前多數測試車(chē)都使用了不止一個(gè)激光雷達。
② 體積大
從目前自動(dòng)駕駛測試車(chē)的外觀(guān)上看，激光雷達體積較大，安裝在測試車(chē)上顯得較為笨重。這也是Waymo的測試車(chē)采用了黑色巨大弧形車(chē)頂的原因。而豐田和優(yōu)步的測試車(chē)頂上則像頂了個(gè)咖啡罐。
③ 產(chǎn)能低
盡管激光雷達廠(chǎng)商努力提高產(chǎn)能以跟上市場(chǎng)需求，但汽車(chē)廠(chǎng)商還是不得不等上六個(gè)月才能買(mǎi)得到一臺全新的激光雷達產(chǎn)品。雖然目前測試車(chē)的數量還非常稀少，但是對激光雷達的需求是呈上升趨勢的。
④ 工作時(shí)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(huì )受到影響，比如谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)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(cháng)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(huì )使激光光束發(fā)生畸變、抖動(dòng)，直接影響激光雷達的測量精度。
三、 車(chē)載激光雷達的應用
3D 激光雷達在無(wú)人駕駛運用中擁有兩個(gè)核心作用。第一，3D 建模進(jìn)行環(huán)境感知。通過(guò)激光掃描可以得到汽車(chē)周?chē)h(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?chē)能?chē)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(shí)時(shí)得到的全局地圖通過(guò)和高精度地圖中特征物的比對， 可以實(shí)現導航及加強車(chē)輛的定位精度。
四、如何降低車(chē)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(chē)載激光雷達系統的優(yōu)劣主要取決于 2D 激光掃描儀的性能。激光發(fā)射器線(xiàn)束的越多，每秒采集的云點(diǎn)就越多。然而線(xiàn)束越多也就代表著(zhù)激光雷達的造價(jià)就更加昂貴，以Velodyne 的產(chǎn)品為例，64 線(xiàn)束的激光雷達價(jià)格是16 線(xiàn)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(jià)格昂貴，大約在 150 萬(wàn)元左右。對于較低要求的 IMU，有許多廠(chǎng)家的設備可以選擇，價(jià)格根據型號變化，在 10 萬(wàn)元到 50 萬(wàn)元之間。
這還是激光雷達本身的成本，其實(shí)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據，需要經(jīng)過(guò)二次處理。64線(xiàn)激光雷達每秒的點(diǎn)云數據量是130萬(wàn)，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計。
目前行業(yè)有三種方式來(lái)降低整個(gè)激光雷達的使用成本：第一，使用低線(xiàn)束低成本激光雷達配合其他傳感器提高整體系統的穩定性，降低激光雷達依賴(lài)和成本。第二， 新的激光技術(shù)“固態(tài)”激光雷達的價(jià)格大幅下降，有望成為顛覆行業(yè)的黑科技。第三，目前激光雷達的應用仍然較小，當無(wú)人駕駛汽車(chē)的產(chǎn)量大幅上升將帶來(lái)極大的規模效益。
Velodyne公司選擇了路徑1 ，將原先的64線(xiàn)束激光雷達降低為32線(xiàn)束，最初Ultra Puck的設計方案是16線(xiàn)束，但3D繪圖效果不盡如人意，因此最終使用了32線(xiàn)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?xún)r(jià)比因素，前者更適合應用于無(wú)人駕駛汽車(chē)。
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上還略有缺陷，但激光雷達固態(tài)化趨勢勢必推動(dòng)產(chǎn)品成本及價(jià)格大幅下降。
路徑3的實(shí)現依靠前兩條方案的成功，目前激光雷達的應用仍然較小，未來(lái)無(wú)人駕駛汽車(chē)的產(chǎn)量大幅上升將給激光雷達行業(yè)帶來(lái)極大的規模效應。
五、國內外激光雷達廠(chǎng)商
國外廠(chǎng)商
1、Velodyne
過(guò)去十幾年，Velodyne是市場(chǎng)的領(lǐng)先者，其產(chǎn)品的測量精度在全行業(yè)領(lǐng)域內處于標桿地位，性能優(yōu)越。它于1983年成立于美國硅谷，05年的時(shí)候開(kāi)始研發(fā)激光雷達，且主要應用于無(wú)人駕駛汽車(chē)領(lǐng)域。07年的時(shí)候嶄露頭角，發(fā)展成為實(shí)時(shí)激光雷達傳感器技術(shù)的開(kāi)發(fā)、制造和供應商。09 年，谷歌推出了無(wú)人駕駛汽車(chē)項目，用了Velodyne那巨貴無(wú)比的激光雷達，此后Velodyne名聲大噪。2016年，Velodyne將其激光雷達部門(mén)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(chē)與百度聯(lián)合注資的1.5億美金。目前Velodyne已在圣何塞開(kāi)建新的超級工廠(chǎng)，并計劃于明年開(kāi)始大規模投產(chǎn)激光雷達。
Velodyne的3D激光雷達產(chǎn)品種類(lèi)豐富，包括16線(xiàn)束、32線(xiàn)束及64線(xiàn)束等。為了更加適應汽車(chē)市場(chǎng)，Velodyne專(zhuān)為車(chē)企設計了一款32線(xiàn)激光雷達Solid-State Hybrid Ultra Puck™ Auto，產(chǎn)品如其名，大約冰球大小?，F在正在與車(chē)企合作測試做進(jìn)一步完善，如果2017年訂單量達到100萬(wàn)臺，可以給到500美金的單價(jià)。
Velodyne 目前已經(jīng)量產(chǎn)銷(xiāo)售的激光雷達有三款：分別為 HDL-64E（64 線(xiàn)）、HDL-32E（32 線(xiàn)）、VLP-16（16 線(xiàn)）。除了谷歌、百度、Uber 等無(wú)人駕駛汽車(chē)使用 64 線(xiàn)產(chǎn)品外，一些汽車(chē)廠(chǎng)商在車(chē)上使用 32 線(xiàn)和 16 線(xiàn)產(chǎn)品進(jìn)行測試。
2、Quanergy
Quanergy在成立于2012年，是一家專(zhuān)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(chē)零部件巨頭的青睞：2014年獲得來(lái)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(huì )天使基金的種子投資；同年完成 3000萬(wàn)美金的A輪融資；2015 年獲得德?tīng)柛鹇酝顿Y，德?tīng)柛Ｊ召徚?Quanergy 部分股權，目前兩家公司的工程師正在努力研發(fā)激光雷達系統；2016年獲得1億美金B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(dòng)駕駛汽車(chē)的固態(tài)激光雷達”，未來(lái)計劃將激光雷達產(chǎn)品的價(jià)格削減至250美元左右。Quanergy相關(guān)負責人表示，盡管Quanergy從來(lái)沒(méi)有公開(kāi)過(guò)任何針對量產(chǎn)車(chē)型開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品信息，但目前已經(jīng)有包括奔馳、現代和雷諾-日產(chǎn)在內的多家主機廠(chǎng)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(zhù)其中驅動(dòng)和探測組件是固定的，但掃描系統是機械轉動(dòng)式的。但Quanergy屬于全固態(tài)的激光雷達，沒(méi)有任何可移動(dòng)的零部件。
**3、Innoviz **
Innoviz是一家以色列公司，已經(jīng)完成了900萬(wàn)美元A輪融資, 用來(lái)研發(fā)能夠滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛汽車(chē)的高性能、低成本固態(tài)激光雷達。Innoviz承諾，未來(lái)一兩年內將交付一款應用了突破性技術(shù)的高清晰度固體激光雷達（HD-SSl）。專(zhuān)為自主駕駛車(chē)輛設計的100美元級的固態(tài)激光雷達有望在2018年開(kāi)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(zhuān)利、前沿技術(shù)的高級探測與測距系統供應商。它主要為OEM主機廠(chǎng)、Tier 1供應商、零部件&子系統供應商、系統集成商提供LeddarCore IC傳感器技術(shù)，用于開(kāi)發(fā)ADAS/AD解決方案中的激光雷達。
據Strategy Analytics分析師Riches介紹，LeddarTech今年6月對外公布了針對無(wú)人駕駛汽車(chē)的固態(tài)激光雷達IC路線(xiàn)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體事業(yè)部在合作開(kāi)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)品是半導體激光雷達，擁有28共16個(gè)二極管陣列，可探測距離達30米。整個(gè)陣列按照一個(gè)寬度遠大于高度的扁矩形形狀排列，因為為它設計的應用場(chǎng)景里，更加強調水平方向的分辨率：避免車(chē)輛前方的刮蹭和撞擊。
當然這兩家公司合作開(kāi)發(fā)的另一套解決方案，據稱(chēng)達到了2018年歐洲NCAP自動(dòng)緊急剎車(chē)系統標準的要求。
6、 TriLumina
這家來(lái)自美國新墨西哥州阿爾布開(kāi)克的初創(chuàng )公司正在開(kāi)發(fā)的芯片產(chǎn)品能夠改進(jìn)激光雷達的飛行時(shí)間特性同時(shí)還能夠降低功耗和體積。在獲得電裝美國公司的這筆戰略投資后，TriLumina希望能夠借助這家大Tier 1供應商獲得更多接觸汽車(chē)市場(chǎng)其他客戶(hù)的機會(huì )。
7、 Ibeo*
來(lái)自德國漢堡的Ibeo，在激光雷達領(lǐng)域其實(shí)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(kāi)始量產(chǎn)可用于汽車(chē)的產(chǎn)品ScaLa。
Ibeo 提供線(xiàn)數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(xiàn)數較少，一般為4條或8條。探測環(huán)境的時(shí)候，只有一個(gè)平面或類(lèi)似2.5D的有效掃描范圍。這類(lèi)低線(xiàn)束激光雷達一般嵌入到車(chē)燈或者前臉保險杠的位置，起到檢測前方車(chē)輛、行人、地線(xiàn)、馬路牙、路肩、路欄等移動(dòng)物體的作用。
不過(guò)在今年，汽車(chē)零部件供應巨頭采埃孚(ZF)宣布收購Ibeo 40% 的股權。雙方將合作開(kāi)發(fā)下一代 Lidar 系統，能夠對周?chē)h(huán)境進(jìn)行 3D 圖像重建，不再需要旋轉反射鏡。由于固態(tài)技術(shù)的發(fā)展，兩家公司的合作將設計出尺寸更加緊湊、價(jià)格更加親民的激光雷達系統。
8、Waymo
Waymo 是谷歌自動(dòng)駕駛項目剝離出來(lái)的子公司，嚴格意思是來(lái)說(shuō)并不算是激光雷達廠(chǎng)商?；蛟S是被激光雷達高昂的價(jià)格給坑怕了，(2012 年，谷歌公開(kāi)其無(wú)人車(chē)的成本： 15 萬(wàn)美元（約合人民幣 96 萬(wàn)元）。對無(wú)人駕駛汽車(chē)來(lái)說(shuō)，其中最貴的元器件是激光雷達。谷歌使用的是由 Velodyne 開(kāi)發(fā)的 64 線(xiàn)激光雷達，售價(jià)高達 7．5 萬(wàn)美元，占整車(chē)價(jià)格一半) ，Waymo決定自己開(kāi)發(fā)激光雷達。
2017年，Waymo 宣布能將激光雷達的價(jià)格降至 7500 美元，是 Velodyne 64 線(xiàn)產(chǎn)品的十分之一?，F階段，Waymo 只是向外界透露了單個(gè)激光雷達的價(jià)格，而參數、具體采用了何種技術(shù)降低成本以及關(guān)于自動(dòng)駕駛的軟硬件方案的成本并沒(méi)有任何信息。Waymo 自己動(dòng)手研發(fā)硬件，由于本身是用戶(hù)，對產(chǎn)品具體要求非常了解，可以針對他們的自動(dòng)駕駛車(chē)輛進(jìn)行專(zhuān)門(mén)優(yōu)化設計。
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(kāi)發(fā)面向汽車(chē)、工業(yè)以及防衛安全市場(chǎng)的低成本激光雷達和視覺(jué)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(lái)會(huì )把精力放在無(wú)人駕駛汽車(chē)的Geiger-mode激光雷達技術(shù)研發(fā)上。
11、 Scanse
Scanse是為無(wú)人地面車(chē)輛和無(wú)人機開(kāi)發(fā)低成本掃描激光雷達產(chǎn)品的小型初創(chuàng )公司，能夠實(shí)現導航、障礙物躲避、繪圖等功能。
12、Luminar
2012年，兩名光電專(zhuān)家創(chuàng )立了Luminar。該公司宣稱(chēng)， uminar開(kāi)發(fā)的Lidar傳感器，通過(guò)利用1550納米的波長(cháng)來(lái)解決這些不足，與競爭對手最好的同類(lèi)產(chǎn)品相比，其分辨率提高了50倍，其觀(guān)測范圍提高了10倍。
這意味著(zhù)一輛無(wú)人駕駛汽車(chē)可以“看到”200米遠地方的一個(gè)黑色物體。相比之下，來(lái)自競爭對手Velodyne被稱(chēng)為“Puck”的Lidar傳感器，其觀(guān)測范圍只有100米。
13、TetraVue
TetraVue創(chuàng )建于2008年，主要開(kāi)發(fā)3D快閃光激光雷達（3D Flash LIDAR）感測技術(shù)應用，結合固態(tài)感應器，應用在自駕車(chē)領(lǐng)域，可在實(shí)際駕駛環(huán)境中、提供高解析畫(huà)質(zhì)的 3D 影像顯示，提升自動(dòng)駕駛的操作體驗，未來(lái)有可能取代現有的機械式感應器。
TetraVue的技術(shù)有助于應對并攻克自動(dòng)駕駛車(chē)輛在行駛期間遭遇意外及危險障礙物時(shí)的技術(shù)難點(diǎn)。此前，博世投資了TetraVue， TetraVue旗下的超高分辨率3D激光雷達數據和圖像也將有助于自動(dòng)和高度自動(dòng)駕駛車(chē)輛對障礙物的有效識別。
國內廠(chǎng)商
相比于國外的Velodyne、Quanergy等廠(chǎng)商已經(jīng)具有相對成熟的產(chǎn)品，國內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A(yíng)DAS及無(wú)人駕駛系統的3D激光雷達產(chǎn)品。不過(guò)，隨著(zhù)智能汽車(chē)的浪潮從國外涌向國內，以鐳神智能、思嵐、巨星、速騰聚創(chuàng )等為代表的多家國內企業(yè)也開(kāi)始嘗試進(jìn)入車(chē)用激光雷達這個(gè)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(cháng)達6年的機器人自主定位導航算法、激光傳感器及機器人硬件系統的研發(fā)經(jīng)驗。
2、北科天繪
在2016年5月推出了首款16線(xiàn)360度導航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(xiàn)激光雷達。據悉今年會(huì )推出巴掌大小的固態(tài)激光雷達，距離可以做到200米，價(jià)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(xiàn)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(lèi)似于相控陣雷達，所以可能?chē)？萍伎梢灾谱鞒龉虘B(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(chē)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測量距離為200米，可用于汽車(chē)防撞、無(wú)人機自主導航避障、無(wú)人駕駛汽車(chē)等。
