教你一文看懂激光雷達自從2012年谷歌無人駕駛汽車刷屏以來,,頂在車頂?shù)摹叭彝啊笨偸沁@么引人矚目,。而這“全家桶”就是傳說中的激光雷達。 這款激光雷達的供應(yīng)商是來自美國Velodyne,,當時這個“全家桶”造價高達7萬美刀,,比車還貴!準確來說,應(yīng)該可以買5輛比亞迪… OK,,說到這里,,大家肯定要問了,激光雷達最近好像聽到頻率很高??? 沒錯,說到激光雷達就不得不提最近風(fēng)頭正勁的ADAS?,F(xiàn)階段的ADAS,,激光雷達、毫米波雷達、視覺傳感器是用于周圍環(huán)境感測的主流手段,,是實現(xiàn)ADAS的必備,。 而所謂激光雷達,就是利用激光束探測目標,,獲得數(shù)據(jù)并生成精確的數(shù)字高程模型,。它的工作原理也不難理解,就是發(fā)射和接收激光束,。在激光雷達的內(nèi)部,,每一組組件都包含一個發(fā)射單元與接收單元。我們拿激光雷達領(lǐng)域最有名的公司Velodyne的旋轉(zhuǎn)鏡面設(shè)計圖來說明,。 激光雷達工作原理(圖片來自Velodyne) 這套發(fā)射/接收組件和旋轉(zhuǎn)鏡面結(jié)合在一起,,能掃描至少一個平面。鏡面不只反射二極管發(fā)出去的光,,而且也能把反射回來的光再反射給接收器,。通過旋轉(zhuǎn)鏡面,能夠?qū)崿F(xiàn) 90到180度的視角,,并且大大降低系統(tǒng)設(shè)計和制造的復(fù)雜度,,因為鏡面是這里面唯一的運動機構(gòu)。 探測距離的原理是基于光返回的時間,,激光二極管發(fā)出脈沖光,,脈沖光照射到目標物后反射一部分光回來,在二極管附近安裝一個光子探測器,,它可以探測出返回來的信號,,通過計算發(fā)射和探測的時間差就可以計算出目標物的距離。脈沖距離測量系統(tǒng)一旦被激活就能收集到大量的點云,。 如果點云中有目標物,,目標物就會在點云中呈現(xiàn)出一個陰影。通過這個陰影可以測量出目標物的距離和大小,。通過點云可以生成周圍環(huán)境的3D圖像,。點云密度越高,圖像越清晰,。 講完激光雷達的原理,,同志們可能又有疑問了,為什么ADAS里要裝兩種雷達,,激光雷達和毫米波雷達的區(qū)別又是什么呢,? 小編特意給大家理了張圖,對比激光雷達和毫米波雷達的各方面能力,,大家一看便知: 總體而言,,激光雷達的精度更高,,但是價格昂貴。 激光雷達的優(yōu)勢非常明顯,,其探測的范圍更廣,,且精度更高。但是在極端天氣或者煙霧環(huán)境下性能大大降低,,而且由于其數(shù)據(jù)采集量大,,價格也非常貴。目前安裝在百度和谷歌無人駕駛汽車上的64線激光雷達(線數(shù)越多,,性能越好,,造價越貴),售價就高達70萬人民幣,。 毫米波雷達受制于波長,但是價格較低,。 毫米波雷達的技術(shù)相對成熟,,其波長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,,且其引導(dǎo)頭具有體積小,、質(zhì)量輕和空間分辨率高。此外,,毫米波導(dǎo)引頭穿透霧,、煙、灰塵的能力強,,相比于激光雷達是一大優(yōu)勢,。但是,由于其收到頻段損耗的直接制約,,導(dǎo)致其對周邊所有障礙物無法進行精準的建模,。不過受益于技術(shù)成熟,其單價也更低,,只有100美元左右,,而且市場需求相較激光雷達更多。 所以為了互補,,大多數(shù)ADAS上都會裝上兩款雷達,。不過,要推廣ADAS,,實現(xiàn)無人駕駛的遠大理想,,激光雷達的成本問題便成了關(guān)鍵。試想一下,,一個激光雷達賣的比車還貴,,會有用戶買單嗎? 所以,大家都在找把激光雷達成本降低的方法,,然后,!固態(tài)激光雷達就誕生了! 固態(tài)激光雷達第一次出現(xiàn)在大眾視野中應(yīng)該是在今年1月的美國CES上,,激光雷達初創(chuàng)公司 Quanergy Systems 發(fā)布了號稱是全球第一款固態(tài)激光雷達傳感器,,并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,。(這家公司我們下文會做詳細介紹,,大家不用著急百度) 100美元啊,什么概念啊…原來幾十萬的東西,,現(xiàn)在就買幾百塊?。〉降资歉闪耸裁床拍茏尦杀鞠陆颠@么多呢,? 我們又要回到原理上來,,傳統(tǒng)的激光雷達是靠360度機械旋轉(zhuǎn)來運作的,而固態(tài)激光雷達則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,。另外,,Quanergy還將其線數(shù)還降低到了8線,這樣不僅大大降低了成本,,而且還縮小了體積,。 用一張比較通俗易懂的圖解釋應(yīng)該就是這個了: 不過“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,。但是,,只要在車輛上多裝幾個就可以解決探測范圍的不足了。 除了固態(tài)激光雷達,,目前還有一種混合固態(tài)雷達,,也是另外一種過渡性的產(chǎn)品?;旌瞎虘B(tài)雷達雖然從外觀上看不到傳統(tǒng)激光雷達的旋轉(zhuǎn)機制,,但是為了360全視角,其內(nèi)部實際上仍然存在一些機械旋轉(zhuǎn)部件,。只是這套機械旋轉(zhuǎn)部件做的非常小巧并且藏在機身內(nèi)部而已,。 不過,雖然以上兩種方案是把激光雷達的價格降低了,,但是依然無法解決激光雷達在極端氣候下性能下降的問題,。所以,,ADAS還是需要將激光雷達與全天候工作的毫米波雷達相結(jié)合,來確保在所有環(huán)境下的探測性能,。 討論完激光雷達七七八八的問題,,我們一起來看看目前在激光雷達領(lǐng)域比較有代表性的幾家公司吧。 Velodyne 提到激光雷達,,就不得不提Velodyne,!還記得文章開頭小編提到的價值幾十萬的肯德基全家桶么,那就是他們家的產(chǎn)品,。 Velodyne目前已量產(chǎn)銷售的激光雷達(圖片來自Velodyne) 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,。 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,。 你可能要問為什么他們家產(chǎn)品那么貴? 其實造成價格高昂的主要原因是因為激光雷達還遠沒有達到大規(guī)模應(yīng)用的地步,。而且 Velodyne 在灣區(qū)的工廠還處于手工組裝和調(diào)教階段,,人工成本非常高。 以激光雷達 64 線數(shù)的調(diào)教為例,,每一條線都有一對激光發(fā)射器和接收器:20 圈每秒的速度旋轉(zhuǎn),,放出的激光要達到 100 米至 200 米的距離。在組裝過程中,,為保證發(fā)射出去的激光要被成對的接收器收到,,不能有任何偏差,。在這種情況下,64 線雷達一個星期只能完成兩臺成品,。這樣的組裝和調(diào)校過程極其復(fù)雜和耗時,。 不過今年他們的情況應(yīng)該會有所改觀,因為Velodyne 計劃將產(chǎn)品交給中國一線代工企業(yè)代工了,。 Quanergy Quanergy的出名是因為他在今年年初的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”,,并且號稱將激光雷達產(chǎn)品的價格削減至100美元左右。 它成立于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,。 目前,,他們正在和德爾福汽車合作研發(fā)產(chǎn)品,然而進入量產(chǎn)階段還得再等兩年... 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。然后今年被汽車零部件供應(yīng)巨頭采埃孚(ZF)收購了40% 的股權(quán),。雙方將合作開發(fā)下一代 Lidar,,應(yīng)該也是固態(tài)激光雷達。 講了這么國外的企業(yè),,我們國內(nèi)的企業(yè)在這塊上有沒有什么突破呢,? 小編表示非常可惜的是激光雷達的核心技術(shù)大部分還掌握在國外企業(yè)里,。國內(nèi)目前在做激光雷達的企業(yè)也有10家左右,,但是大多數(shù)的應(yīng)用在大氣污染檢測和三維測繪,專注于車載激光雷達研發(fā)的為數(shù)不多,,主要有護航實業(yè),、鐳神智能和思嵐科技這三家。由于受限于技術(shù)實力,,在無人駕駛領(lǐng)域國內(nèi)的激光雷達公司普遍缺乏話語權(quán),,這也使得國內(nèi)無人駕駛的應(yīng)用研發(fā)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)面臨許多挑戰(zhàn),。初創(chuàng)公司若想進入這塊領(lǐng)域,則需要考慮激光雷達如何在保持探測精度的情況下降低成本,,才有可能殺出市場,。 |
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