電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）即便是在車載激光雷達(dá)宣傳得如此火熱的當(dāng)下，全球激光雷達(dá)市場(chǎng)的出貨量中，貢獻(xiàn)一半以上的還是工業(yè)與測(cè)繪用激光雷達(dá)。從去年Yole發(fā)布的激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)報(bào)告來看，雖然禾賽在車載激光雷達(dá)的出貨量上名列第一，但從總營(yíng)收的市場(chǎng)占比上看，排名前五的依然是主要發(fā)力工業(yè)與測(cè)繪激光雷達(dá)的Trimble、Hexagon、西克、Topcon、Riegl這幾家廠商。

而且激光雷達(dá)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，可以說同樣包含了在測(cè)繪與自動(dòng)駕駛上的要求，比如大型室內(nèi)測(cè)距以及工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人等。然而對(duì)于這類在業(yè)內(nèi)仍算得上創(chuàng)新的傳感方案，工業(yè)激光雷達(dá)在技術(shù)路線的選擇上同樣伴隨著各種沖突，無論是掃描方式、激光器或是集成化設(shè)計(jì)等等。相對(duì)車規(guī)激光雷達(dá)來說，工業(yè)激光雷達(dá)的職能顯得更加“專一”。

機(jī)械式激光雷達(dá)先行，固態(tài)激光雷達(dá)緊隨其后

決定激光雷達(dá)分類的一個(gè)最關(guān)鍵因素就是掃描方式，從機(jī)械掃描、MEMS、OPA再到Flash等，激光雷達(dá)也被分為了機(jī)械式激光雷達(dá)、半固態(tài)激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)等。機(jī)械激光雷達(dá)起步和量產(chǎn)時(shí)間早，加上高精度等優(yōu)勢(shì)，雖說造價(jià)更為昂貴，但由于用量不多還在成本接受范圍內(nèi)，所以被率先應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)景中。但新興的工業(yè)應(yīng)用諸如AGV、無人叉車等，也為半固態(tài)與固態(tài)激光雷達(dá)創(chuàng)造了新的機(jī)遇。

比如關(guān)鍵的體積問題，機(jī)械激光雷達(dá)較大的體積決定了其更適合用在一些固定系統(tǒng)上，比如非接觸式的3D防護(hù)系統(tǒng)。借助機(jī)械激光雷達(dá)更容易實(shí)現(xiàn)全方位探測(cè)范圍的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)自定義的防護(hù)區(qū)域配置，利用主動(dòng)掃描來檢測(cè)入侵或輔助AMR完成避障。

而半固態(tài)和固態(tài)激光雷達(dá)，由于減少了機(jī)械掃描的運(yùn)動(dòng)部件，顯著減小了體積，適合放在那些低系統(tǒng)負(fù)載的移動(dòng)工業(yè)設(shè)備上，諸如無人叉車、牽引車等。而且由于機(jī)械掃描部件的減少，其可靠性也隨之加強(qiáng)，對(duì)于一些存在振動(dòng)且較為頻繁的工業(yè)場(chǎng)景，也會(huì)縮短因?yàn)楣收蠈?dǎo)致的長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間。

但半固態(tài)與固態(tài)在體積上的優(yōu)勢(shì)也不一定能完全體現(xiàn)出來，比如在無人叉車應(yīng)用中，選擇3塊120°視場(chǎng)角的固態(tài)激光雷達(dá)在體積上真不一定會(huì)小過單個(gè)機(jī)械式激光雷達(dá)。所以工業(yè)激光雷達(dá)哪怕應(yīng)用方向一致，也不一定有最優(yōu)的選擇，還是得在性能、成本等因素中進(jìn)一步權(quán)衡，激光雷達(dá)的“專一性”可見一斑。

工業(yè)激光雷達(dá)的激光器選擇

與小體積的圖像傳感器不同，在激光雷達(dá)的部署中，往往激光器的選擇不僅決定了光源，也與掃描方式一樣，或多或少?zèng)Q定了整個(gè)傳感器系統(tǒng)的大小，而像AGV、清潔機(jī)器人和叉車這一類的設(shè)備中，如何將傳感器做到更小的體積，給其他附加系統(tǒng)留出空間才是最重要的。

目前主流的激光器有邊發(fā)射激光器（EEL）、垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）、光纖激光器等。EEL憑借高功率密度和高脈沖峰值功率，在測(cè)距領(lǐng)域應(yīng)用多年相對(duì)成熟，尤其是與APD探測(cè)器組合在一起，諸如艾邁斯歐司朗等廠商在EEL上也有著深厚的技術(shù)積累。而VCSEL雖然在部分性能上不及EEL，但由于其可見發(fā)射器陣列與SPAD探測(cè)器集成在一起，省略掉運(yùn)動(dòng)部件，所以在現(xiàn)在的固態(tài)激光雷達(dá)中被頻繁使用。

甚至已經(jīng)有部分廠商已經(jīng)在研發(fā)更高集成度的VCSEL，例如國(guó)內(nèi)的識(shí)光芯科。識(shí)光芯科選擇的是VCSEL+SPAD的技術(shù)路線，將SPAD探測(cè)器、高精度時(shí)鐘采樣矩陣、單光子測(cè)距引擎、dToF感知算法加速器、激光雷達(dá)控制單元和高速接口等集成到單個(gè)SoC芯片上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和片上處理，從而簡(jiǎn)化整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)的傳感與計(jì)算結(jié)構(gòu)。

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來說，如此設(shè)計(jì)可以在維持高集成度的同時(shí)，顯著加快產(chǎn)品落地時(shí)間。所以我們?cè)谧R(shí)光芯科的Pre-A輪融資中，也能看到匯川的身影。在工業(yè)控制與自動(dòng)化領(lǐng)域，激光雷達(dá)必須得在性能、可靠性、體積與成本之間找到一個(gè)平衡，而現(xiàn)有的dToF+VCSEL+SPAD無疑是首選方案之一。

接著自然是老生常談的波長(zhǎng)選擇，大家都知道1550nm相對(duì)905nm來說人眼安全等級(jí)更高，或者探測(cè)距離更遠(yuǎn)等，但905nm配套產(chǎn)品的技術(shù)成熟度更高、成本更低等等。不過我們?cè)谟懻摬ㄩL(zhǎng)的同時(shí)，也應(yīng)該考慮到激光發(fā)射器帶來的功耗問題。

畢竟AMR這種移動(dòng)設(shè)備往往是通過可充電電池來運(yùn)轉(zhuǎn)的，除了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、處理系統(tǒng)等附加系統(tǒng)外，由激光雷達(dá)等傳感器組成的感知系統(tǒng)功耗也應(yīng)該納入考量。所以無論使用哪種波長(zhǎng)的大功率激光發(fā)射器，都應(yīng)該注意功耗、能量轉(zhuǎn)換效率等指標(biāo)。

復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下的“特種”激光雷達(dá)

與車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)極力追求的通用性不同，很多時(shí)候工業(yè)激光雷達(dá)只需要覆蓋單一場(chǎng)景即可，畢竟即便是AMR這種移動(dòng)設(shè)備，或許會(huì)部署在復(fù)雜的環(huán)境中，但活動(dòng)范圍有限，可以預(yù)見的變數(shù)不多。反觀車載激光雷達(dá)，則需要考慮到各種突發(fā)情況，添加更多的冗余設(shè)計(jì)，甚至是需要與其他ADAS系統(tǒng)協(xié)同開發(fā)。

以北醒光子的激光雷達(dá)TF02-Pro-W為例，這就是一個(gè)專為粉塵環(huán)境設(shè)計(jì)的料位檢測(cè)激光雷達(dá)。由于料位檢測(cè)并不需要3D數(shù)據(jù)，所以TF02-Pro-W僅僅只是一個(gè)單點(diǎn)測(cè)距的激光雷達(dá)。但其獨(dú)特之處不僅在于優(yōu)秀的測(cè)距性能，還在設(shè)備上集成了自清潔的除塵刷。

在料倉(cāng)、料罐、糧倉(cāng)這類粉塵污染嚴(yán)重的環(huán)境中，之所以用到激光雷達(dá)就是看中了其穿透能力強(qiáng)的特性，傳統(tǒng)的圖像傳感器在類似場(chǎng)景中的可用性可謂大大受限。可即便如此，還是需要保證鏡頭清潔才能給到精確的檢測(cè)結(jié)果。而TF02-Pro-W可以自動(dòng)清潔激光雷達(dá)窗口鏡上的粉塵贓物，從而減少人工維護(hù)的成本。

以及在某些復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，激光雷達(dá)的IP防護(hù)等級(jí)要求要高于車規(guī)激光雷達(dá)，甚至達(dá)到IP67級(jí)以上。而且在做到如此高防護(hù)等級(jí)的同時(shí)，還得兼具RS-485、I2C等多工業(yè)接口的支持，甚至是對(duì)無線協(xié)議的支持。

寫在最后

由于中國(guó)工業(yè)制造業(yè)正處于4.0的轉(zhuǎn)型期，隨著激光雷達(dá)等高性能工業(yè)傳感器的出現(xiàn)，未來加大覆蓋率已成定局。國(guó)內(nèi)工業(yè)激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于起步時(shí)間與國(guó)外齊平，已經(jīng)落地的設(shè)計(jì)數(shù)量甚至遠(yuǎn)超國(guó)外。且對(duì)車載激光雷達(dá)的追求，加速了激光雷達(dá)各大組件的研發(fā)與制造突破，以及相關(guān)軟件系統(tǒng)的完善。

不少激光雷達(dá)廠商在車載激光雷達(dá)產(chǎn)品逐步獲取車規(guī)認(rèn)證的途中，也都紛紛推出了工規(guī)級(jí)的激光雷達(dá)產(chǎn)品。鑒于市面上不少激光雷達(dá)公司也都創(chuàng)立不久，還在高研發(fā)投入和尋求融資的困境中掙扎，如果上車這條路走得并不順暢，或許激光雷達(dá)廠商不必像工業(yè)激光雷達(dá)那么專一，兼顧工業(yè)與測(cè)繪領(lǐng)域也未嘗不是一種思路。