曾經(jīng)貴為“天子”，如今難為“草夫”沒錯(cuò)！曾經(jīng)，激光雷達(dá)的應(yīng)用可謂高大上！作為雷達(dá)和激光“孕育”的產(chǎn)物——激光雷達(dá)（以下簡(jiǎn)稱LiDAR）起源于20世紀(jì)60年代早期，首次應(yīng)用是在氣象學(xué)中，國(guó)家大氣研究中心用它來測(cè)量云層。但走入公眾視野，則是在1971年阿波羅執(zhí)行15號(hào)任務(wù)期間宇航員采用一種LiDAR設(shè)備——激光高度計(jì)來繪制月球表面圖。由此，LiDAR的精準(zhǔn)度和用處得到了證明。50多年過去，LiDAR技術(shù)從最簡(jiǎn)單的激光測(cè)距技術(shù)開始，逐步發(fā)展出激光跟蹤、激光掃描成像、激光多普勒成像等技術(shù)，同時(shí)，LiDAR應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸拓展。此前的幾十年，LiDAR在軍事領(lǐng)域廣受歡迎，作為一種能夠抵抗電子戰(zhàn)、反輻射導(dǎo)彈、超低空突防和隱身的高靈敏雷達(dá)，可以探測(cè)和跟蹤目標(biāo)，獲得目標(biāo)方位、速度等信息，即使身價(jià)不菲，但仍不能阻擋不了各國(guó)軍事部門矢志不渝地對(duì)其精益求精的追求。LiDAR作為無人駕駛的核心部件，而無人駕駛有望在未來五年內(nèi)正式上路，因此汽車行業(yè)是LiDAR市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要貢獻(xiàn)者。Yole在其近期發(fā)布的《汽車MEMS和傳感器市場(chǎng)及技術(shù)趨勢(shì)-2017版》報(bào)告中預(yù)測(cè)，汽車LiDAR市場(chǎng)將在未來五年獲得巨幅增長(zhǎng)，其市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的3億美元增長(zhǎng)至2022年的14億美元，到2027年更是有望快速增長(zhǎng)到44億美元。

Yole對(duì)激光雷達(dá)、雷達(dá)以及圖像傳感器市場(chǎng)的預(yù)測(cè)或許大家還記得谷歌在2012年推出的無人駕駛汽車頂上的“全家桶”——造價(jià)高達(dá)7萬美刀的LiDAR系統(tǒng)！Word天，這個(gè)“全家桶”價(jià)格燙手，在美國(guó)足以買部中端汽車了。

谷歌在2012年推出的無人駕駛汽車LiDAR想從高大上的應(yīng)用走入尋常百姓家，在保證安全性的同時(shí)，通過技術(shù)革新走價(jià)格親民路線是必須的！否則，消費(fèi)者不會(huì)為如此高昂的功能買單。據(jù)Technavio推測(cè)，到2020年，一套LiDAR設(shè)備的價(jià)格有望將至100美元。

LiDAR設(shè)備價(jià)格預(yù)測(cè)（單位：美元）LiDAR技術(shù)流派LiDAR，全稱為L(zhǎng)ight Detection and Ranging，即激光探測(cè)和測(cè)距。LiDAR的工作原理：飛行時(shí)間法（ToF），就是根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時(shí)間，計(jì)算目標(biāo)與自己的相對(duì)距離。激光光束可以準(zhǔn)確測(cè)量視場(chǎng)中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對(duì)距離，這些輪廓信息組成所謂的點(diǎn)云并繪制出3D環(huán)境地圖，精度可達(dá)到厘米級(jí)別。

LiDAR的工作原理：飛行時(shí)間法（ToF）LiDAR能探測(cè)的對(duì)象：白天或黑夜下的特定物體與車之間的距離，甚至連車道線和路面也是可以區(qū)分開來的。眾所周知雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在許多具有先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的量產(chǎn)車上裝配使用。但是為了進(jìn)一步提高汽車的環(huán)境感測(cè)精度和運(yùn)行可靠性，可以說在嚴(yán)苛的無人駕駛系統(tǒng)中，LiDAR將成為一種不可替代的傳感器。

LiDAR技術(shù)為無人駕駛保駕護(hù)航LiDAR的分類方式有很多種。按線束數(shù)量的多少，LiDAR可分為單線束LiDAR與多線束LiDAR。顧名思義，單線束LiDAR掃描一次只產(chǎn)生一條掃描線，其所獲得的數(shù)據(jù)為2D數(shù)據(jù)，因此無法區(qū)別有關(guān)目標(biāo)物體的3D信息。多線束LiDAR掃描一次可產(chǎn)生多條掃描線，目前市場(chǎng)上多線束產(chǎn)品包括4線束、8線束、16線束、32線束、64線束等，其細(xì)分可分為2.5DLiDAR及3DLiDAR。2.5DLiDAR與3DLiDAR最大的區(qū)別在于LiDAR垂直視野的范圍，前者垂直視野范圍一般不超過10°，而后者可達(dá)到30°甚至40°以上。按有無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件分類，包括機(jī)械LiDAR、混合固態(tài)LiDAR、全固態(tài)LiDAR。固態(tài)？難道LiDAR還跟水的三態(tài)一樣，分固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)不成？當(dāng)然不是！如果您對(duì)硬盤的機(jī)械式、混合固態(tài)、固態(tài)早有耳聞，那么理解LiDAR的三種技術(shù)流派就沒那么費(fèi)力了！LiDAR的固態(tài)主要跟激光發(fā)射裝置是否存在機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件有關(guān)，固態(tài)LiDAR中是沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件的，取而代之的是電子部件來實(shí)現(xiàn)發(fā)射激光束的轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)械LiDAR通過不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射頭，將速度更快、發(fā)射更準(zhǔn)的激光束從“線”變成“面”，并在豎直方向上排布多束激光（即32或64線雷達(dá)），形成多個(gè)面，達(dá)到動(dòng)態(tài)3D掃描的目的。但其有“大、重、貴”的缺點(diǎn)，確實(shí)讓人難以接受，想必大家都不喜歡車頂上頂著偌大個(gè)“金球”吧！

圖中最大個(gè)是Velodyne公司第一代機(jī)械LiDAR：HDL-64E，也是谷歌無人駕駛汽車車頂?shù)摹叭彝啊痹?016年1月的美國(guó)CES消費(fèi)電子展上，Velodyne發(fā)布了其第一款汽車專用的3DLiDAR——混合固態(tài)超級(jí)冰球（Solid-State Hybrid Ultra Puck Auto），這款產(chǎn)品為32線束LiDAR，體積小巧、便于汽車安裝攜帶，同時(shí)價(jià)格低廉，未來在大規(guī)模量產(chǎn)的情況下，其目標(biāo)價(jià)格可降至500美元，性價(jià)比較高。所謂混合固態(tài)LiDAR，是外形上不存在可見的旋轉(zhuǎn)部件，但是為了360全視角其內(nèi)部實(shí)際上仍然存在一些機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，只是這套機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件做的非常小巧可以內(nèi)藏而已，如采用微機(jī)電技術(shù)制作的MEMS掃描鏡。為了將這樣的產(chǎn)品概念和傳統(tǒng)“固態(tài)”概念區(qū)分開來，因此引入了“混合固態(tài)”的稱呼。

Velodyne公司混合固態(tài)超級(jí)冰球全球領(lǐng)先的固態(tài)LiDAR傳感器和智能傳感解決方案提供商Quanergy Systems提供的S3是全球首款汽車級(jí)固態(tài)LiDAR系統(tǒng)。通過發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理器三個(gè)主要組件的交互，S3每秒生成五十萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。激光器在水平120°內(nèi)發(fā)射平行光脈沖，光接收器探測(cè)反射光脈沖。信號(hào)處理器計(jì)算每個(gè)光脈沖的飛行時(shí)間。通過在各個(gè)方向掃描，S3在車輛周圍創(chuàng)建出實(shí)時(shí)3D視圖，以檢測(cè)、分類和跟蹤場(chǎng)景中的對(duì)象。所謂固態(tài)，指無論是宏觀還是微觀尺度上都沒有可動(dòng)部件或振動(dòng)部件，保證了最高水平的性能、可靠性、壽命和成本效益。這也是未來的LiDAR技術(shù)趨勢(shì)！

Quanergy Systems發(fā)布全球首款汽車級(jí)固態(tài)LiDAR系統(tǒng)而關(guān)于機(jī)械LiDAR、混合固態(tài)LiDAR、全固態(tài)LiDAR三種技術(shù)流派的細(xì)節(jié)，我們將后續(xù)系列文章中逐個(gè)詳談。無人駕駛LiDAR融合技術(shù)趨勢(shì)無人駕駛的傳感器方案之爭(zhēng)一直是個(gè)經(jīng)久不衰的話題，此前，包括Mobileye聯(lián)合創(chuàng)始人Amnon Shashua、特斯拉CEO馬斯克在內(nèi)的一眾大佬曾公開宣誓對(duì)攝像頭傳感器的“孤注一擲”，但如今聲音也開始變得不一樣，Amnon Shashua在公開演講的口徑已經(jīng)開始傾向于表達(dá)多傳感器冗余的必要性。的確，多數(shù)汽車ADAS或無人駕駛都有賴于三類傳感器的融合進(jìn)行環(huán)境感知：攝像頭、毫米波雷達(dá)、LiDAR。而隨著傳感器和環(huán)境感知技術(shù)的重要性日漸增強(qiáng)，目前業(yè)界普遍持有的觀點(diǎn)是，傳感器融合將提供魯棒性更強(qiáng)的自動(dòng)化系統(tǒng)。多LiDAR耦合多LiDAR耦合是指多個(gè)LiDAR經(jīng)過合理設(shè)計(jì)布局，通過LiDAR聯(lián)合標(biāo)定以及數(shù)據(jù)同步處理，達(dá)到自由組合LiDAR點(diǎn)云密度變化的目的。以速騰聚創(chuàng)的多LiDAR耦合方案為例， 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版 16 線LiDAR耦合，相比于單個(gè)64線激光雷達(dá)，價(jià)格會(huì)便宜四分之三；同時(shí)在性能上能夠?qū)崿F(xiàn)高速自動(dòng)駕駛實(shí)際使用所需的相同點(diǎn)云密度，其測(cè)量距離達(dá)到 150 米；另外，多激光雷達(dá)耦合方案，可以根據(jù)客戶不同需求進(jìn)行拆裝組合，適用不同場(chǎng)景。

多LiDAR耦合應(yīng)用效果演示LiDAR和攝像頭融合在無人駕駛應(yīng)用中，攝像頭價(jià)格便宜，但是受環(huán)境光影響較大，可靠性相對(duì)較低。LiDAR探測(cè)距離遠(yuǎn)，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷精準(zhǔn)，可靠性高，但是價(jià)格仍居高不下。攝像頭可以完成的工作有：車道線檢測(cè)，障礙物檢測(cè)和交通標(biāo)志的識(shí)別；而LiDAR完成的任務(wù)有：路沿檢測(cè)、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)物體識(shí)別，定位和地圖創(chuàng)建。對(duì)于動(dòng)態(tài)的物體，攝像頭能判斷出前后兩幀中物體或行人是否為同一物體或行人，而LiDAR則得到信息后測(cè)算前后兩幀間隔內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)位移是多少。

攝像頭和LiDAR分別對(duì)物體識(shí)別后再進(jìn)行標(biāo)定對(duì)于安全性要求100%的無人駕駛，LiDAR和攝像頭融合將是未來互補(bǔ)的方案。隨著LiDAR技術(shù)的進(jìn)步，價(jià)格的下降，我們有望看到兼?zhèn)涿烂埠透咝阅艿腖iDAR以親民的價(jià)格，在無人駕駛時(shí)代大有作為！LiDAR和毫米波雷達(dá)融合作為ADAS不可或缺的核心傳感器類型，毫米波雷達(dá)從上世紀(jì)起就已在高檔汽車中使用，技術(shù)相對(duì)成熟，價(jià)格親民。毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，且其引導(dǎo)頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。此外，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，彌補(bǔ)了激光雷達(dá)的“軟肋”。但毫米波雷達(dá)受制于波長(zhǎng)，探測(cè)距離非常有限，也無法感知行人，并且對(duì)周邊所有障礙物無法進(jìn)行精準(zhǔn)的建模。這恰恰是激光雷達(dá)的強(qiáng)項(xiàng)。激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)，不僅可以在性能上實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，還可以大大降低使用成本，這樣一來可以為無人駕駛的開發(fā)提供一個(gè)新的選擇。此外，美國(guó)初創(chuàng)公司Aeva剛剛發(fā)布了一款集激光雷達(dá)和雷達(dá)于一身的新型傳感器，既可確定周圍物體的位置，也可確定物體速度。該傳感器的連續(xù)波將比現(xiàn)有激光雷達(dá)提供更廣的探查范圍和更高分辨率的圖像，并且能更好地應(yīng)對(duì)天氣變化及如橋欄桿這樣的高度反光物體，并避免干擾其它光學(xué)傳感器。LiDAR、攝像頭、毫米波雷達(dá)等多傳感器融合其實(shí)要想準(zhǔn)確可靠地識(shí)別車輛周圍的情況，多傳感器融合必不可少！多傳感器融合的目標(biāo)是：組合使用特點(diǎn)不同的多種傳感器，在所有場(chǎng)合提高對(duì)車輛周圍的識(shí)別精度。日本電裝、中國(guó)馭勢(shì)科技等企業(yè)都希望通過采用高度可擴(kuò)展的多傳感器融合框架，融合多種傳感器數(shù)據(jù)，比如攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波傳感器等，做出智能可靠的智能駕駛解決方案。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，位于德國(guó)斯圖加特的Vector Informatik公司還發(fā)布了ADAS及無人駕駛應(yīng)用的多傳感器融合開發(fā)工具。該工具提供成熟的傳感器數(shù)據(jù)可視化、圖形配置及整合。最重要的一點(diǎn)，該工具提供了一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)記錄儀產(chǎn)品方案，可應(yīng)對(duì)并及時(shí)處理當(dāng)下ADAS系統(tǒng)多傳感器（攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)）產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，流量超過1GB/秒。