全固態(tài)激光雷達新配方，奧銳達推國產單光子面陣技術方案

近日，深圳奧銳達科技有限公司（下稱“奧銳達”）正式發(fā)布單光子面陣固態(tài)激光雷達技術方案（下稱“方案”）。該方案創(chuàng)新性地融合VCSEL與SPAD技術架構，實現了分辨率和探測距離的顯著突破，并在功耗、體積等工程化特性上有突出表現。

值得關注的是，奧銳達全固態(tài)激光雷達樣件Ordarray的實測Demo視頻也在奧銳達官網首次亮相。視頻中展示了Ordarray實時重建百米級范圍內的實時路況點云圖過程。

圖注：奧銳達全固態(tài)激光雷達樣件Ordarray

VCSEL+SPAD技術，實現遠距離單光子探測

在全固態(tài)激光雷達領域，目前主流的技術路線為包括OPA 光學相控陣技術、 Flash 快閃技術等。其中，OPA 光學相控陣技術技術難度高，成本居高不下；Flash快閃技術則因其發(fā)射面陣光源的物理特性，能量分散，探測距離則較為受限。

奧銳達的激光雷達采用創(chuàng)新性的VCSEL+SPAD技術方案。其中，多節(jié)可尋址VCSEL（Addressable VCSEL）通過可控的多光束掃描技術，對外發(fā)射VCSEL 激光器的點陣多光束光源；同時，探測器可以開啟與發(fā)射相對應的區(qū)域，接收目標反射光；最終通過電子掃描，完成整個視場范圍內的激光雷達點云獲取。

圖注：VCSEL+SPAD的可控多光束掃描技術圖解

這種可控的多光束掃描光源被稱為可尋址VCSEL（Addressable VCSEL）。相較于Flash方案，可尋址 VCSEL激光器的發(fā)射光峰值功率密度和信號信噪比均顯著提高。這也意味著，在相同的功率下，奧銳達的激光雷達方案可以實現更遠的探測距離。此外，這種掃描方式有助于芯片化和小型化，最大限度地減少了外圍電路的復雜程度，實現全固態(tài)掃描。

在接收端，奧銳達的方案采用了SPAD（Single Photon Avalanche Diode, 即單光子雪崩二極管）陣列傳感器，從而使得激光雷達具備單光子探測能力，探測靈敏度大幅提升。

實際探測過程中，奧銳達的激光雷達探測系統(tǒng)，可以在亞毫秒/毫秒級的時間段內，使用可尋址VCSEL光源打出去成百上千個光脈沖。從目標反射回來的激光脈沖信號被對應區(qū)域的SPAD像素接收，以一定的概率觸發(fā)像素發(fā)生雪崩事件，完成光子計數。最終，系統(tǒng)通過排序累積形成能夠完成接收脈沖信號波形重構的直方圖，從而實現對目標的測距。

圖注：智能汽車傳感器示意圖

TCSPC動態(tài)調整，合理分配系統(tǒng)能力

從技術角度出發(fā)，發(fā)射+接受脈沖光信號的次數越多，系統(tǒng)對波形的重建也越準確，測距能力也越強。但是，累積次數過多也會導致系統(tǒng)幀頻的下降。

為此，奧銳達的激光雷達方案可以通過調整 TCSPC（Time-Correlated Single Photon Counting，時間相關單光子計數器）次數動態(tài)，來設置不同探測區(qū)域的測距性能。

在實際行車過程中，智能汽車對不同視角、不同環(huán)境下的測距需求是不同的。在需要更多深度信息的區(qū)域，Ordarray可以打上更多脈沖光信號；在邊緣區(qū)域，Ordarray可合理降低信號的發(fā)射與接收頻次，使得系統(tǒng)能力通過動態(tài)調整得到合理分配。

目前，奧銳達已經完成全套技術鏈路的驗證。基于業(yè)界先進的標準CMOS半導體工藝制作的可量產的VCSEL激光器，SPAD陣列型傳感器和芯片，奧銳達的單光子面陣激光雷達技術已經攻克了在較小體積和功耗條件下高幀率的激光發(fā)射、接收、信號處理的各項技術難關。

圖注：Ordarray在靜止與行駛狀態(tài)下生成的點云圖。

值得一提的是，基于單光子面陣雷達的特殊成像模式，Ordarray可同其他激光雷達、高清攝像頭等高精度傳感器協(xié)同工作，大幅降低旋轉和混合固態(tài)式激光雷達與其它異構傳感器數據標定融合的困難，使得智能汽車處理中樞完成多類傳感器的數據前融合。在多傳感器的加持下，Ordarray可以全面提升智能汽車對行人、障礙物和小型物體的檢測能力，從而提升自動駕駛的安全冗余及容錯率。

全固態(tài)模塊化設計，更小巧、更靈活、更易裝車

目前，奧銳達已經成功實現大規(guī)模固態(tài)面陣激光雷達的集成設計。Ordarray采用全固態(tài)結構設計，機身內部沒有任何機械旋轉運動部件。這直接降低了車載激光雷達產品的體積、故障率，全線提升產品可靠性。

Ordarray還采用模塊化創(chuàng)新設計，重構了發(fā)射模塊、接收模塊、信息處理模塊等內部空間，以適配不同車型對于激光雷達的探測要求。奧銳達設計了多款接口完全兼容的收發(fā)鏡頭。按照不同的性能需求，只需要更換光學鏡頭，即可精準獲取不同視場角及探測范圍內的點云數據，從而大幅降低廠商的適配成本。

圖注：奧銳達Ordarray的攝像頭可以拆解更換，以適配不同需求。

為了解決固態(tài)激光雷達的量產難題，奧銳達結合多年3D視覺類產品大規(guī)模量產經驗，自主研發(fā)機器視覺自動化裝調方案，減少繁瑣的人工校準等程序，從而輕松實現激光雷達裝調，大幅提升激光雷達的可量產性。

針對固態(tài)激光雷達，奧銳達將在今年對技術和產品進行兩輪迭代；在推進產品研發(fā)的同時，奧銳達車規(guī)級工廠和產線也提上議程，預計到2022年，符合 IATF 16949 標準的車規(guī)級產線將逐步投產。

圖注：奧銳達通過自動化裝調方案，提升產品可量產性。

深圳奧銳達科技有限公司是奧比中光科技集團股份有限公司的控股子公司。作為國內領先的車載3D視覺傳感器方案提供商，奧銳達自2019年4月成立起一直致力于創(chuàng)新的激光雷達和車載3D攝像頭底層核心元器件和新型架構的設計，公司產品包括面向移動機器人行業(yè)和汽車行業(yè)的激光雷達和車規(guī)級3D TOF攝像頭。