光達(LiDAR)技術(shù)正成為投資界和汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)新寵

光達(LiDAR)技術(shù)正成為投資界和汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)新寵。

促成這一趨勢的原因有二。其一是光達技術(shù)尚未最終定型的技術(shù)前景。市調(diào)公司Yole Développement技術(shù)和市場分析師Alexis Debray認為，光達技術(shù)“還沒發(fā)展成熟。我們目前正處于擁抱光達巨大變革的開始。”

另一項因素在于這一廣泛接受的概念：光達是自動駕駛出租車(robo-taxis)必備的技術(shù)。Yole指出，Waymo、Uber、Lyft、百度(Baidu)和奔馳(Mercedes-Benz)等公司開始將“每臺平均價值20萬美元的傳感器(包括光達)整合到數(shù)百輛傳統(tǒng)汽車中”，以將其改裝為能夠在城市街道運轉(zhuǎn)的完全自動駕駛車。

媒體上充斥著關(guān)于光達應用的各種最新消息。但是這一類的報導通常并未分別討論在不同類型光達中所整合的各種技術(shù)。在Yole的協(xié)助下，《EE Times》詳細分析不同光達技術(shù)的優(yōu)缺點、其市場潛力，以及成為投資目標焦點的光達供應商現(xiàn)況。

光達市場的主要參與者Yole認為，光達主要根源于兩項技術(shù)——其一來自數(shù)字攝影，另一項是雷射測距儀。Debray指出，由于“將這兩種技術(shù)混合于產(chǎn)品中”，部份解釋了光達的復雜度和多樣性。

光達技術(shù)根源于數(shù)字攝影以及雷射測距儀（來源：Yole Développement）

廣義而言，汽車領域使用兩種類型的光達。“工業(yè)級”光達用于自動駕駛出租車。另一種Debray所謂的“車用級”光達，將被部署于大眾消費市場的自動駕駛車。工業(yè)級光達被定義為“具有24小時使用的耐用度、高靈敏度且高性能”。目前，由于光達主要作為工業(yè)/商業(yè)應用，成本并不是主要的問題。其價格十分昂貴。

相形之下，當涉及預計用于大眾市場車輛的車用級光達時，OEM將會從價格、尺寸到接口外觀等各方面開始斤斤計較。

根據(jù)不同的掃描技術(shù)途徑，Yole將光達劃分為五類：多信道宏機械掃描(如Velodyne、Valeo等)；其它機械掃描(如Luminar、Panasonic等)；MEMS光達(如Leddar Tech、Innoviz、Pioneer等)；光學相控數(shù)組雷達(如Quanergy、Robosense)；以及閃光(flash)光達(如Argo、Sense Photonics、Continental等)。

車用級光達供應商（來源：Yole Développement）

在各種光達設計中，宏機械掃描是目前使用最多的技術(shù)。這些光達已經(jīng)可用，而且也被設計于自動駕駛車中，目前正進行測試，準備應用于商業(yè)自動駕駛出租車業(yè)務。但這些光達確實還不完善。Debray說，“它們?nèi)匀缓馨嘿F——必須花費數(shù)萬美元，而且體積很龐大?！?/p>

MEMS光達被認為是下一個最有潛力的技術(shù)。Debray解釋說，其性能與微機械光達一樣好，而且由于使用較少零件而可能進一步縮小尺寸且變得更便宜。今年4月，BMW宣布計劃將Innvoiz的光達應用于其自動駕駛車。

Yole將使用光學相控數(shù)組的光達(如Quanergy提供的產(chǎn)品)視為“在MEMS掃描儀之后的下一步”。由于無需使用移動組件，因而可以做的更小、更便宜。

Continental和Xenomatix等公司提出了閃光光達，它能同時照亮整個場景，而無需使用移動組件。根據(jù)Debray觀察，閃光光達制作起來可能更簡單，但其感測范圍較MEMS光達更小些。

Yole并列舉了幾家提出不同解決方案的其他廠商，如Cepton和Luminar使用機械掃描技術(shù)、Neptec采用棱鏡。但Debray說，由于缺乏這些技術(shù)的細節(jié)，目前仍很難評估。

波長至關(guān)重要。

目前，大多數(shù)的車用光達透過發(fā)射大約900nm波長的雷射發(fā)射脈沖，掃描周圍環(huán)境，并記錄反射光線，以建立映射汽車周圍環(huán)境的點云(point cloud)。

根據(jù)美國和其它國家的雷射安全規(guī)則(限制激光脈沖功率，因為它會傷害人眼)，要求光達的射程僅限于30至40公尺。這對于車輛在高速行駛時的安全停車距離來說太短。自動駕駛車必須在距離至少200公尺遠以前發(fā)現(xiàn)低反射率的物體，以便讓汽車有足夠的時間辨識危險并停車。

然而，最近幾家公司開始探索使用1,550nm波長，這使得他們可以使用更高的雷射功率，而不至于傷害視網(wǎng)膜。根據(jù)Debray，更高的功率能擴展長波光達的射程和分辨率。他指出，Blackmore、Neptec、Aeye和Luminar等公司都開始使用1,550nm波長。

不過，Debray解釋，其中一個缺點是，使用1,550nm的光達所需的雷射和光電探測器并不像900nm那樣先進，因而限制了光達供應商的選擇。

脈沖與連續(xù)波

如果你使用各種掃描方法作為X軸來對光達進行分類，那么用于在物體上投射光線的不同方法構(gòu)成了Y軸。

當今大多數(shù)光達都使用稱為脈沖光達的直接(direct)光達。他們向目標發(fā)出一個光脈沖，并由返回光探測器的時間確認距離，Debray解釋道。

“連續(xù)波測距方法”是新出現(xiàn)的方法。有些公司開始使用符號波——或稱“正弦波”——而非脈沖波，據(jù)稱可為光達帶來更好的靈敏度。Debray指出，這是一種具有前景的技術(shù)，但它需要光的同調(diào)性。IFM和Benewake則正在研究相移方法。

同時，Blackmore和Oryx開始研究調(diào)頻測距方法。Debray說，它被描述為頻率調(diào)變連續(xù)波(Frequency Modulated Continuous wave；FMCW)，允許外差探測，“就像無線電中所使用的”，可帶來比直接檢測更高的靈敏度。

光達的未來

Debray認為，沒有任何一種技術(shù)突破能夠降低光達真正成為主流技術(shù)的門坎。他說，這一角力的關(guān)鍵在于光達開發(fā)者如何在不同的技術(shù)和市場需求之間取得均衡。

但還有一個更廣泛的問題值得考慮。在車用光達技術(shù)不斷發(fā)展的同時，先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛車中所使用的其它傳感器技術(shù)也在進步。例如，車用雷達的成像能力使用波束控制而變得越來越好。同樣地，結(jié)合AI的視覺處理器也在不斷完善中。這將有助于相機檢測和分類對象，使其更有效地理解3D空間。

總之，在汽車領域并沒有關(guān)于哪些傳感器必須安裝在ADAS或自動駕駛車的協(xié)議。Debray說，“例如，特斯拉(Tesla)就不使用光達?！苯衲瓿醢l(fā)表的凱迪拉克(Cadillac)無人駕駛巡航系統(tǒng)Super Cruise也未使用光達。相反地，它在很大程度上依賴地圖。

另一方面，例如奧迪(Audi)使用Valeo的光達，而BMW剛剛宣布計劃使用Innoviz光達。

除了已經(jīng)安裝光達的自動駕駛出租車，大眾市場車輛的車用級光達市場規(guī)模將會有多大？隨著時間的進展，市場機會將逐漸縮小嗎？

Yole的Debray說，現(xiàn)在還無法做出任何結(jié)論。確定哪些技術(shù)將普遍用于自動駕駛車中，目前還為時過早。不過，他補充道，ADAS車輛和自動駕駛車「將需要傳感器之間的冗余」，才能發(fā)揮其潛力。

Yole估計，2017年，設計用于ADAS車輛的光達市場規(guī)模為1.07億美元，而用于自動駕駛車輛的光達則為2.2億美元。到2023年，ADAS的光達市場預計將達到17億美元，而自動駕駛車輛的光達市場約有35億美元。

值得注意的是：業(yè)界對于光達技術(shù)的投資步伐正在加快。許多新創(chuàng)企業(yè)、一線業(yè)者和OEM都在開發(fā)使用不同方法的光達，但這些方法并不一定能保證成功。Debray稱，每個人都在追求躋身“車用級光達技術(shù)市場一部份”的夢想。

據(jù)Yole估計，僅在過去兩年(2016-2017年)，“投資于光達公司的資本就超過了8億美元”。

在Yole的幫助下，本刊整理了過去15個月來取得超過500萬美元投資的光達公司名單(按字母順序排列)。

表1：過去15個月來獲500萬美元以上融資的LiDAR公司概況（制表：電子工程專輯）