自动驾驶识别:固态LiDAR有望扮主角

陈炳欣

“传感物联新应用”系列报道

编者按：扩大应用范围是推进传感器产业发展的关键。早在2013年，工业和信息化部、科技部等四部委就出台了《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》，以推动传感器表产业创新、持续、协调发展，整体水平跨入世界先进行列。近年来，随着物联网、5G及AI的快速发展，智能传感器展现出了蓬勃的发展生机。《中国电子报》将选取自动驾驶、智慧养老、工业互联网、智慧医疗等几个热点领域中传感产品的应用情况进行报道，展示传感器技术发展趋势，产业发展前景。

激光雷达（LiDAR）一向是汽车自动驾驶技术实现的主要部件之一，然而动辄数十万元的造价限制了它的普及应用。近年来随着博世、安森美、英飞凌等半导体大厂的大举投入，以MEMS、光学相控阵列（OPA）技术为基础的固态激光雷达正在走向成熟，逐渐有能力取代传统机械式激光雷达。未来，固态激光雷达有望在自动驾驶识别中扮演主要角色。

固态激光雷达闪亮CES2020

在近日举办的CES2020大展上，激光雷达成为亮点之一，国内外公司纷纷推出固态激光雷达解决方案。

在近日举办的CES2020大展上，激光雷达成为亮点之一。开展前夕，德国汽车零部件供应商博世宣布，其首款车规级激光雷达芯片已经进入量产开发阶段。该系列产品可覆盖长距离和短距离探测，适用于高速公路和城市道路的自动驾驶场景。更为关键的是，博世希望通过规模化量产，降低激光雷达成本，从而促进市场推广。

安森美是图像传感器领域的主要厂商之一，近年来在激光雷达、毫米波雷达和图形传感器芯片等领域均有投入。本届CES上，安森美以激光雷达芯片为重点，展示了业内首款高分辨率、宽视野单光子雪崩二极管（SPAD）阵列探测器。SPAD阵列是微光光子探测器芯片，可用于不同类型（包括短距、中距和长距）激光雷达当中。

欧司朗从去年开始就有消息传出将进入激光雷达市场。本届CES上，欧司朗展示了应用于自动驾驶概念车MetroSnap的激光雷达技术。MetroSnap是一款L5级别的自动驾驶汽车，欧司朗称其所提供的激光雷达技术能够通过红外线脉冲激光绘制车辆周围环境的3D地图，使MetroSnap概念车实现更安全的自动驾驶。

另外，近日图像传感器大厂索尼也传出将进军固态激光雷达的消息。中国公司也在激光雷达领域崭露头角。在CES2020上，由DJI大疆内部孵化的览沃科技（Livox）发布了两款激光雷达传感器：Horizon和Tele-15。览沃科技表示，这两款激光雷达为L3/L4级自动驾驶而设计，是高性能、低成本、可量产的传感器解决方案。览沃科技以此为契机还与自动驾驶初创公司RefractionAI和AutoX建立了合作关系。

迅速发展媲美机械式产品

固态激光雷达与传统的机械旋转式激光雷达不同。相比机械式激光雷达，固态激光雷达在成本、体积、可靠性和使用寿命上都有着优势。

激光雷达一向是汽车自动驾驶技术得以实现的主要部件之一，具有高分辨率、抗干扰能力强、获取的信息量大等优点，然而，高昂的造价也限制了它的普及应用。特斯拉CEO马斯克就曾公开表示：

“傻子才用激光雷达，现在谁要还是靠激光雷达，那就注定完蛋！”不过近年来，随着博世、安森美、索尼、英飞凌等半导体厂商的大举投入，固态激光雷达正在慢慢走向成熟。

专家指出，固态激光雷达与传统的机械旋转式激光雷达不同，它采取MEMS、光学相控阵列（OPA）等扫描方式，对物体信息进行识别，以实现收集路况信息，为自动驾驶提供數据基础的作用。而且相比机械式激光雷达，固态激光雷达在成本、体积、可靠性和使用寿命上都有优势。

那么，目前的固态激光雷达可以和机械式激光雷达相媲美吗？从览沃科技发布的产品参数来看，Horizon检测范围达260米，水平视场角81.7°，可覆盖10米距离内的4条车道，等效于传统64线激光雷达，采用5个Horizon即可实现360°场景覆盖。同时，Horizon具有高密度点云、体积小的特点，可以轻松地嵌入到车辆中。Tele-15探测距离达到500米，为远距离检测而设计，兼具紧凑尺寸、高精度和耐用性的优势，0.1秒即可扫描15°圆形视场内99.8%的区域，这一点要优于传统128线激光雷达。

激光雷达解决方案提供商速腾聚创（RoboSense）合伙人兼副总裁LeileiShino-hara也表示：“我们与安森美半导体合作并利用RD系列SiPM系列，已迅速超越了传统激光雷达制造商使用较老旧的APD技术和机械扫描架构所提供的性能。

有望加快商用进程

固态激光雷达由于改变了数据读写模式并省去了旋转部件，成本可以大幅下降，有望推动市场应用的快速扩大。

激光雷达一直是自动驾驶汽车中价格最为昂贵的传感器，各个零部件供应商和激光雷达初创公司都想降低激光雷达的生产成本，以获得规模效益。随着固态激光雷达技术的逐渐成熟，固态激光雷达由于改变了数据读写模式并省去了旋转部件，成本可以大幅下降，有望推动市场应用的快速扩大。

在宣布推出激光雷达芯片时，博世发言人即表示，博世的激光雷达已经开发完成，并且售价将会低于市面上其他的激光雷达，使其成为一款大众可负担得起的产品。览沃科技更是直接将激光雷达的价格拉到了万元以下，Horizon的报价为6499元，Tele-15为9000元。览沃科技全球市场总监邓睿豪表示，大疆一直在推动的事情是希望将前沿技术平民化，这种思路也同样适用于Livox。

随着博世、安森美等半导体大厂进入激光雷达领域，特别是中国芯片厂的进入，激光雷达技术应该会取得突破，其价格有望进一步下探。而核心芯片价格的下降，直接影响激光雷达的价格，有望从万元时代来到千元时代。

从应用角度来看，激光雷达的应用依然需要与毫米波雷达、摄像头等设备结合使用。恩智浦资深副总裁兼首席技术官LarsReger表示：“激光雷达、雷达、摄像头，就像人的眼睛能看到的视线一样，应当相互补充，结合使用。”

毫米波雷达优点主要是探测距离比较远，精度非常高，而且不受天气和光线的影响。毫米波雷达对运动的金属物体比较敏感，但对于静止的金属或非金属物体，运动的非金属物体不太敏感，分辨率也比较低。激光雷达的测距精度非常高，基本上可以达到正负一两厘米，分辨率也非常高。但激光雷达容易受到阳光雨雾和互干扰的影响。摄像头可以通过丰富的成像信息进行各类识别运算，比如行人、形变的物体，还有停车场的横杆以及交通标识等。不同方案结合使用可以起到相互补充的效果。事实上，目前博世、安森美、恩智浦等主流半导体厂商都掌握着三种技术相对完整的产品线，同时致力于打造整体解决方案。