激光雷達激烈戰(zhàn),Velodyne推新款128線激光雷達傳感器 - 全文

　　在無人駕駛領域，激光雷達的關注度是極高的，而所謂激光雷達，就是利用激光束探測目標，獲得數據并生成精確的數字高程模型。它的工作原理也不難理解，就是發(fā)射和接收激光束。激光雷達傳感器在精度、分辨率、靈敏度、動態(tài)范圍、傳感器視角、主動探測、低誤報率、溫度適應性、黑暗和不良天氣適應性、信號處理能力等指標方面表現優(yōu)秀。僅靠單類傳感器和單一技術難以實現安全的自主駕駛。

　　雖然已成為激光雷達市場一霸，但 Velodyne 在產品研發(fā)上依然相當認真。

　　前不久，這家公司正式推出了打磨已久的新款 128 線激光雷達傳感器 VLS-128，再次甩開其它競爭對手。從技術性能來看，VLS-128在探測距離和分辨率上已全面超越市場上的現有產品。

　　Velodyne CTO Anand Gopalan 指出，“VLS-128 是高速駕駛的理想伙伴，它能及早感應到車輛周邊的物體?！背酥?，它還能“捕捉豐富的數據，分辨率高到無需攝像頭就能完成目標分類?！?/p>

　　據雷鋒網了解，想要讓自動駕駛汽車在高速公路上實現 70 英里/小時（約合113 千米/小時）的高速巡航，激光雷達至少要“看清”車輛前方 200 到 250 米范圍內的圖景，及時發(fā)現障礙物并判定它到底是什么。

　　與 HDL-64 相比，VLS-128 的“視力”直接乘以 3（300米），分辨率則提升到了 0.1°。

　　用這些驚人參數武裝起來的 VLS-128 在 Velodyne 眼中也不同凡響，它希望在這款激光雷達與那些用在開發(fā)平臺上的傳統(tǒng)激光雷達傳感器之間劃一條明確的分割線。

　　眼下，Velodyne 的激光雷達產品主要用在繪制精確的 3D 地圖上。隨著激光雷達市場的競爭逐漸升溫，VLS-128 也會加入戰(zhàn)團，成為各開發(fā)團隊的新神器。

　　VSL-128？的點云

　　HDL-64？的點云

　　HIS？Markit 資深分析師 Akhilesh Kona 認為，如今汽車巨頭們開始轉變思路，它們紛紛豪擲千金收購激光雷達公司。

　　舉例來說，10 月份福特就買下了 Princeton Lightwave，而通用也默契將激光雷達公司 Strove 收入囊下。供應商巨頭大陸去年則拿下了 Advanced Scientific Concepts（ASC） 的激光雷達業(yè)務。

　　一方面來看，整個行業(yè)都在期待新的激光發(fā)射器技術（波長超過 1400nm）。Kona 表示，搭載這種技術的激光雷達有更高的分辨率和更遠的探測距離，Princeton Lightwave、大陸和 Luminar 等公司都在研發(fā)此類激光發(fā)射器。

　　另一方面，Kona 也指出，技術供應商們都在持續(xù)提升產品耐用度，并不斷幫激光雷達做瘦身手術，同時產品成本也在持續(xù)走低。無論是機械式、微機電（MEMS）還是固態(tài)激光雷達都在受益。

　　激光雷達 vs 其他傳感器

　　需要注意的是，自動駕駛汽車需要各種類型傳感器的輔助已經是各家廠商的共識。雖然有意用激光雷達一統(tǒng)江湖，但 Velodyne 也不敢說激光雷達就能替代現在已經得到廣泛應用的各種傳感器。相反，它將自家的改進型激光雷達定位為“自動駕駛汽車計算功能安全和冗余的守護者。”

　　想要評估激光雷達技術的性能提升，最好能理解它與其它傳感器，如視覺攝像頭和雷達的差別。

　　VSI Labs 創(chuàng)始人兼首席咨詢師 Phil Magney 指出，“激光雷達相對于其他傳感器的優(yōu)勢在于它對車輛周圍的每個點都能有個精準的距離測量。不過，激光雷達也有軟肋，它分辨率相對較低，而且辨別色彩的能力較弱?！?/p>

　　Magney 解釋稱，Velodyne 的 VLS-128 就彌補了傳統(tǒng)激光雷達的軟肋，它的分辨率得到了大幅提升，能完成目標分類的工作了。

　　“視覺攝像頭分辨率較高，它們在目標分類的能力上大大強于激光雷達。不過，攝像頭在測距的精確度上卻一塌糊涂?！盡agney 指出。“想解決這一問題，我們一般會將雷達測距的數據融合進攝像頭，這樣在某些應用場景下，精度和分辨率都能得到保證?！?/p>

　　那么雷達呢？它又表現如何？關于該問題，Magney 解釋稱：“雷達的測距能力相當不錯，但分辨率這一項完全是瘸腿。雷達知道周圍有物體存在，它甚至能測出該物體的運動和相對速度。當然，新的毫米波雷達已經補上了分辨率這一環(huán)，有能力對物體進行分類?！?br />

　　進化之路

　　在機械式激光雷達上，Velodyne 確實取得了長足的進步。在 Magney 看來，“Velodyne 在激光雷達上絕對是業(yè)界當之無愧的一哥，不過它的市場偏向開發(fā)者，而這些人對產品售價并不敏感?！?/p>

　　Magney 指出，“雖然 360 度激光掃描在開發(fā)和繪制高清地圖時必不可少，但對量產車來說，稍小的視場（FOV）并非不可接受。就拿新款奧迪 A8 來說，它就用了法雷奧 Scala 組件，這款前置設備就是可以產生目標數據的智能激光雷達。

　　Magney 相信，雖然 Velodyne 主打高端市場，但適當推出幾款低成本激光雷達設備能幫它們打通走向量產車的大道。

　　“法雷奧的設備就是最好的例子，而 Quanergy 和 Pioneer 也宣稱掌握了類似技術?！彼忉尩?。“這些設備只賣幾百美元，此外市場上還涌現了許多不到 100 美元的廉價產品。不過，由于分辨率較低，它們的能力有限?！?/p>

　　關于未來的激光雷達技術，IHS 的 Kona 有以下理解，他認為技術的發(fā)展將分成三個階段逐級進化：

　　第一階段是機械掃描，我們就處在這個階段；

　　第二階段則為固態(tài)掃描（2020 年量產），

　　第三階段激光雷達則會進化到純固態(tài)形式（2020 年以后）。

　　不同類型激光雷達的對比

　　如上表所示，純固態(tài)激光雷達有不同的類型，包括基礎 Flash，高分辨率 Flash，光學相控陣和調頻連續(xù)波等?；A Flash 已經進入量產階段，成了許多 ADAS 系統(tǒng)標配，而其他類型的純固態(tài)激光雷達則還在研發(fā)當中。

　　需要注意的是，激光雷達公司非常精明，沒人愿意將雞蛋放在一個籃子里。就拿 Velodyne 和法雷奧來說，它們都在同時推進機械式和純固態(tài)激光雷達的研發(fā)。

　　Kona 還指出，不同的場景需要搭配不同的激光雷達。如果主要側重高速駕駛，那么視場較窄的遠程激光雷達就是最佳選擇。如果側重城市駕駛，那么視場寬度就成了關鍵問題，否則它可能無法及時發(fā)現街角的行人。

　　除此之外，大陸和法雷奧旗下還有固態(tài) Flash 激光雷達。不過，這些產品售價僅為百元（美元）級別，分辨率和探測距離都較為有限。

　　類似 Velodyne、lbeo 和法雷奧等公司也能提供高分辨率的360 度機械式激光雷達，至于價格（Velodyne 的產品售價高達 8 千美元）和體積，就不太適合普通車輛。同時，由于機械式激光雷達裝載了大量可動部件，因此它們容易受到車輛振動的影響。

　　汽車廠商們想要什么？

　　Velodyne 公布的 VLS-128 目標分類能力可謂一石激起千層浪，業(yè)內人士開始不禁思考起自動駕駛汽車的未來。最終它們是會擁抱中央融合架構？還是分布式傳感器處理模型？

　　在接受采訪時，Velodyne 公司 CTO 稱，許多汽車廠商和一級供應商都在尋找能對數據進行預處理以增強目標分類能力的智能激光雷達。不過現在，汽車廠商不得不將攝像頭和激光雷達采集的數據進行融合，畢竟所謂的智能激光雷達還躺在實驗室里。未來，智能激光雷達的目標是提供更高級別的信息，包括目標清單、定位和分類等。

　　對此，Magney 評論稱，“Velodyne 稱更高的分辨率有利于目標分類，這就意味著一批輔助性傳感器可以光榮下崗了。畢竟只要掌握了合適的分類算法，就能得到你想要環(huán)境模型。在該用例下，就無需將激光雷達 的目標數據與其他傳感器進行融合?！?/p>

　　不過，對于 Velodyne 稱 VLS-128 是唯一可以完成目標分類激光雷達的說法，Magney 表示不敢茍同?！笆袌錾线€有其他激光雷達也將分類算法塞進了傳感器套裝，法雷奧的 Scala 就是最好的例子，雖然它只是前置設備，沒有 VLS-128 的 360 度視角?！盡agney 解釋道。

　　在被問到是否汽車行業(yè)較為偏愛分布式傳感器處理的道路時，Magney 干脆的回答稱“不是所有人都想要處理后的數據（經過了加工）”。

　　他表示：“AI 的擁護者更偏愛原始數據，當然混合型數據也不錯，不過它還是會缺乏目標數據?！?/p>

　　IHS 的 Kona 同意這一觀點，他表示：“這個問題沒有正確答案?！币恍┢噺S商已經開始打造自己的自動駕駛軟件算法了?！捌渲幸恍└珢奂す饫走_和其他傳感器搜集的原始數據，而非那些被加工過的?！?/p>

　　不過，那些沒有涉足算法開發(fā)的則更需要有目標分類能力的激光雷達。

　　極端情況的解決方案？

　　在發(fā)布會新聞稿中，Velodyne 表示：“有了超遠的探測距離和高分辨率數據，VLS-128 讓自動駕駛汽車能通吃高速和城市駕駛的工況。同時，這款產品的誕生就是為了解決全自動駕駛汽車在高速工況下會遇到的各種極端情況。此外，買家還可以此為基礎開發(fā)擴展功能并在新環(huán)境下進行更多測試。”

　　不過，激光雷達真的能解決“所有極端情況”嗎？VLS-128 真的不會把路上的塑料袋認成硬物嗎？

　　Magney 指出，“雖然 VLS-128 開了 360 度的天眼，但在我看來，想解決所有極端情況這些數據還不夠。一些極端情況下遮擋物體的出現會讓傳感器喪失視覺?！?/p>

　　此外，Magney 也強調，“你必須清楚的一點是，解決極端情況主要靠預測軟件，而不是激光雷達數據本身。不過，如果能將激光雷達的精度與 AI 相結合，在解決各種極端情況時就能游刃有余了?！?/p>

　　Kona 同意該觀點，他認為 Velodyne 夸下?？谥皇且环N市場策略。

　　那么成本呢？

　　現在，Velodyne 還不愿透露 VLS-128 的成本，而此前 Velodyne 最便宜的產品 VLS-16 定價就高達 8000 美元）。

　　Magney 表示：“在我看來，成本是現階段激光雷達普及的最大障礙?！彪m然 Velodyne 并未公布新激光雷達的價格，但64 線產品都賣到 7.5 萬美元，128 線產品恐怕只會更貴，對量產車來說，這價格根本是天方夜譚。同時，他認為雖然 VLS-128 性能強悍，但限于昂貴的售價，其應用范圍較窄。

　　不過，Magney 并未排除 Velodyne成為商業(yè)車隊主要供應商的可能性，未來自動駕駛出租車和卡車應該會有完全不同的盈利模型。

　　VLS-128 生產起來有多復雜？

　　在發(fā)布 VLS-128 的同時，Velodyne 再次談到了它對圣何塞工廠自動生產線的投資。

　　Velodyne 信心十足的表示，2018 年圣何塞工廠就能年產 100 萬臺激光雷達。雖然它的生產計劃看起來挺可靠，但人們還是會心生疑問，激光雷達生產起來到底有多復雜？

　　VLS-128（右）和HDL-64（左）

　　“通常來說，制造機械掃描式激光雷達相當有挑戰(zhàn)性。首先，需要將機械透鏡、電動機和其它半導體元件整合進一個模塊。其次，這個模塊必須能經受住各種惡劣的環(huán)境（如振動和極端氣溫等）?！盞ona 解釋道。不過，Velodyne 經驗豐富，它做這類工作已經有十多年了，同許多汽車廠商都有過合作經驗。

　　Kona 猜測，Velodyne 可能會有激光雷達的制造專利（如激光定位和系統(tǒng)制造），同時它的專家團隊在開發(fā)和制造上積累的經驗相當豐富，這也是它相對于其他供應商的優(yōu)勢。

　　Velodyne CTO 還表示，Velodyne 正在設計自己的特定用途集成電路（ASIC），以便減少激光雷達內部零部件的數量。過去幾年中，Velodyne 已經有了巨大的進步，32 線時代，Velodyne 的激光雷達還需要數千個零部件，但到了 VLS-128 這一代產品，零部件數量就縮減到了幾百個。

　　Kona 相信，半導體技術的進步會讓制造變得越來越簡單?！癡elodyne 的零部件功能整合新方式和可大規(guī)模量產的半導體技術將大大提升它們的產能?！彼f道。