车载激光雷达市场火热 国内外企业加速布局

  汽车技术的快速发展,带动行业对自动驾驶、无人驾驶的认识渐渐趋于理性,关注点由最开始一味地热炒概念、画大饼转为自动驾驶相关技术的开发,如传感器技术、信息处理、智能互联、人机交互、生物识别等。其中,车载激光雷达作为应用于自动驾驶汽车最重要的传感器之一,由于可以精准测量、识别和跟踪目标物,帮助自动驾驶汽车避开障碍物,对于保证自动驾驶汽车行车安全具有重要意义,正吸引越来越多企业的关注和加入。

  目前来看,车载激光雷达领域,以老牌企业Velodyne技术最为成熟,产品种类最为丰富。此外,像国外的Waymo、Quanergy以及速腾聚创、巨星科技、镭神智能等自主品牌,也在积极布局,开发新技术、新产品,共同推动车载激光雷达进入小型化、低成本化时代。

  车载激光雷达工作原理

  所谓车载激光雷达就是通过发射和接受激光束,分析激光遇到目标对象后的折返时间,计算出目标对象与车的相对距离,并利用此过程中收集的目标对象表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息,快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据,建立三维点云图,绘制出环境地图,以达到环境感知的目的。目前市场上比较常见的有8线、16线和32线激光雷达,64线产品也有,不过相对较少。从效果上来讲,激光雷达线束越多,测量精度越高,安全性也越高。

激光雷达工作原理(图片来自Velodyne)激光雷达工作原理(图片来自Velodyne)
激光雷达扫描生成的图像激光雷达扫描生成的图像

  与其他汽车感应识别技术相比,激光雷达具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率,探测精度高;探测范围广;抗干扰能力强;获取的信息量丰富,可直接获取目标的距离、角度、反射强度、速度等信息,生成目标多维度图像;能全天时工作,不依赖于外界光照条件或目标本身的辐射特性。

  但另一方面,激光雷达线束越多,价格也越昂贵,这是其劣势之一。此外,激光雷达容易受天气影响,在雨、雪、雾天气条件下性能较差,尤其在下雪天,利用激光雷达感知周围环境或导航时,会出现摄像头无法识别车道线、无法绘制有效的环境地图等情况,难以保证行车安全。这也是为什么现在很多研发自动驾驶汽车的企业在测试时,没有专门针对雪地和极端低温环境做测试的原因。

  代表企业和对应车载激光雷达产品

  Velodyne:HDL-64E(64线)、HDL-32E(32线)、VLP-16(16线)

  Velodyne是硅谷的一家技术公司,成立于1983年,2005年开始研发激光雷达,并于同年推出了第一款激光雷达传感器。2007年,Velodyne用一款 64 线激光雷达进入360°高性能激光雷达领域,同时对外出售第一款激光雷达产品,拉开Velodyne布局激光雷达的大幕。

  在车载激光雷达领域,Velodyne有着成熟的技术和丰富的经验。谷歌在早期研究无人驾驶时,使用的就是Velodyne提供的激光雷达传感器。除此以外,百度、丰田、福特等企业,在进行自动驾驶试验时也都使用过Velodyne的激光雷达产品。特别是最近两年,全球自动驾驶汽车产业发展迅猛,由Velodyne研发的激光雷达由于可以给自动驾驶汽车提供可靠的感应识别支持,先后获得了多家企业的青睐。

  2016年,Velodyne将其激光雷达部门独立出去,成立了独立运营的Velodyne LiDAR。目前该公司已经量产销售的激光雷达有三款:分别为 HDL-64E(64线)、HDL-32E(32线)、VLP-16(16线),但严格来说这三款产品并不是专为汽车而生。据盖世汽车了解,Velodyne 64线最早是用于地图及相关行业,32线把激光器接收器减半,主要用于固定翼无人机。随着小型多旋翼无人机的出现,Velodyne配套生产了更小更轻的16线产品。下面为这三款产品的相关参数:

  

 

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车载激光雷达市场火热 国内外企业加速布局

 

  凭借这些产品,Velodyne LiDAR已经和二十多个不同的无人驾驶汽车项目达成了合作协议。未来,Velodyne LiDAR表示,凭借正在建立的“Megafactory”,将量产最新款3D激光雷达传感器以满足居高不下的全球用户需求。

  Ibeo:LUX4、LUX8、ScaLa

  Ibeo于1998年成立于德国汉堡,公司专注于车载激光雷达的应用研发。2000年Ibeo被工业传感器公司SICK AG并入,作为SICK AG的车载激光雷达部门;2009 年Ibeo脱离SICK AG独立,成为了一家独资公司;2010 年,Ibeo和法雷奥合作量产可用于汽车的产品ScaLa。据盖世汽车了解,这款产品可能在2017年走向量产市场,首用车型为奥迪A8;2016年,汽车零部件供应巨头采埃孚收购了Ibeo 40% 的股权,这次收购主要是为了获取 Ibeo 公司在激光雷达(LiDAR)技术和环境感知算法领域的专业技术。

  就Ibeo激光雷达产品来讲,目前国内使用的主流产品为LUX4线和8线,多应用在无人驾驶和自动驾驶项目上。这两款产品相关参数如下:

  

 

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  资料来源:中国机器人网

  设计上来讲,8线在垂直方向增加了4条激光光束,获得信息较4线产品更加丰富。这两款产品都可以用在高速公路自动驾驶和城市自动驾驶,利用多回声技术适应不同天气的需要,绘制车辆周围360°的环境图景。

  后续Ibeo还会开发自己的固态激光雷达产品。且针对激光雷达,Ibeo不只做硬件,同时也会给用户提供目标追踪识别算法,帮助用户行车过程中更好地获取目标对象的速度、加速度、车辆等信息,进而对各种车辆进行分类,识别到底是卡车还是普通车,是行人还是自行车。

  Quanergy:M8,S3

  Quanergy成立于2012年,总部在美国硅谷,是一家以低成本、高质量激光雷达为目标的初创公司,由他们研发的LiDAR传感器和软件可实时捕获、处理3D地图数据,进行对象侦测、跟踪和分类。

  2014年9月,Quanergy推出第一款产品M8-1并投入使用,已经应用在奔驰、现代等公司的实验车型上面,在路试过程中为软件模块积累经验。同年12月,Quanergy完成了3000万美金的A轮融资。2015年Quanergy得到了德尔福的战略投资,两家公司合作研发激光雷达系统。

  

 

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  2016 CES展上,Quanergy发布了号称是全球首款固态激光雷达传感器S3。据了解,S3为8线激光雷达,体积较小,可以直接嵌入车体,探测距离10cm-150m,扫描频率30Hz,每台成本约为200美元。如果订货量超过一万台,每台激光雷达的成本有望控制在 100 美元以下。如此便宜的价格,Quanergy给出的答案是“相控阵激光雷达技术”,即用电子扫描代替机械部件,采用集成电路上的小镜子扫描各个方向,然后输出车辆周围的3D图像。

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  而在今年刚刚举办的2017CES展上,Quanergy进一步透露,一季度已经可以向合作伙伴提供量产的S3产品。据悉,目前已经有多家研发自动驾驶汽车的汽车制造厂商采用Quanergy的激光雷达感应器,其中最早搭载Quanergy激光雷达感应器的车辆将在2018年面市。

  TriLumina:2017CES演示新型256像素3D激光雷达解决方案

  TriLumina是美国新墨西哥州的一家半导体激光照明产品企业,成立于2013年。公司致力于开发激光器,这些激光器主要被用于汽车固态激光雷达技术,以降低激光雷达的尺寸及成本。

  在刚刚结束的2017 CES上,TriLumina公司展示了一款新的256像素3D激光雷达解决方案,据悉该固态激光雷达解决方案由TriLumina的照明模块驱动,将为新一代高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶汽车提供支持。TriLumina的照明模块可取代目前应用于自动驾驶汽车示范项目的大尺寸、高成本扫描激光雷达,将高清和远距离传感器功能整合进小尺寸、稳定且具成本效益的包装中,进而实现半自动和自动驾驶汽车的成功商业部署。

  Innoviz:原型演示激光雷达设备亮相2017CES

  Innoviz是以色列的一家初创公司,于2016年成立,公司专注于雷达传感器的研发。2016年8月,Innoviz宣布获得900万美元A轮融资,用来研发能够满足自动驾驶汽车的高性能、低成本固态激光雷达。Innoviz承诺,在未来一到两年内交付一款应用了突破性技术的高清晰度固体激光雷达(HD-SSl),与现有激光雷达系统相比,预计这款雷达将有更广阔的视野,更高的水平和垂直分辨率,并且尺寸更小也更便宜。

  2016年12月,Innoviz与加拿大汽车零部件供应商麦格纳建立合作关系,共同研发激光雷达遥感技术解决方案。麦格纳表示,Innoviz的雷达技术可以无缝置入任何车辆,并能应对时刻变化的灯光及天气,Innoviz的硬件和创新软件能够为三维遥感系统提供雷达技术,这样就能获得车辆周围事物的实时照片。此外,还能在满足相关标准的同时,大幅减少成本。

  Waymo:激光雷达产品亮相2017 CES

  Waymo由谷歌母公司Alphabet旗下无人驾驶汽车项目独立而来,于2016年底成立。独立运营后的Waymo 专注于打造全自动驾驶汽车,以及与之相关的视觉系统、雷达、光探测(Light detection)和激光雷达(LiDAR)等硬件设备。

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  2017年初,有消息称Waymo 的工程师开发出了两款全新激光雷达,它们分别负责近程和远程探测任务。与此同时,Waymo CEO Krafcik(克拉福克西)在底特律北美国际汽车展前夕宣布,其自动驾驶系统中的关键组件——激光雷达的成本相对于项目开始时,已经下降了百分之九十,从超过7万美元降至7500美元。言外之意即Waymo不仅已经推出了自己的激光雷达产品,还解决了激光雷达研发难题——成本高。

  那么,在如此短的时间内推出低成本激光雷达,Waymo是如何做到的呢?一则谷歌的招聘信息透露了答案。2015 年 12 月,谷歌无人车项目招聘无人驾驶汽车激光技术领域的机械工程师,换句话说,谷歌在两年前就希望能够打造属于自己的激光雷达,并且在着手研发事宜,所以才能如此“神速”地造出激光雷达。

  速腾聚创:RS-LiDAR

  速腾聚创是深圳一家做激光雷达的公司,成立于2014年,前期主要做静态测绘,研发一些用于电子测绘的激光雷达产品,如2014年12月份上市的Seeker。Seeker是速腾聚创完全自主研发的三维激光雷达,通过高速激光扫描的方法,以点云形式获取物体或地形表面的阵列式几何图像数据,让用户在不同时间、场所获得精确的三维建档数据。下图为Seeker的具体参数:

  

 

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  三维激光雷达

  目前,这款雷达主要用于地理测绘、家装、建筑和土木工程、矿山测量、文化遗产保护与考古工作、大环境建模、水电工程、数字工厂以及执法取证等领域,但并不用于无人驾驶。

  针对无人驾驶汽车,速腾聚创有专门的产品—RS-LiDAR。2016年10月,速腾聚创推出了国内首个应用于无人驾驶汽车的16线混合固态激光雷达RS-LiDAR,同月,速腾聚创对外公开了这款激光雷达,并进行了初期的路测。据盖世汽车了解,这款产品是利用16个激光头同时发射高频率激光束对外界环境进行持续性扫描,经过高速数字信号处理和测距算法提供三维空间点云数据及物体反射率,让机器看到周围的环境,进而实现定位、导航和避开障碍物的功能。而除了无人驾驶汽车环境感知,这款雷达还可以用于机器人环境感知和无人机测绘。

  

 

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  多线激光雷达

  从数据来看,RS-LiDAR测量距离为100米,精度达到了2cm,垂直30度(±15度),实时出点数32万点每秒,甚至优于Velodyne的16线产品。

  禾赛科技:16线混合固态激光雷达,32线混合固态激光雷达

  禾赛科技2012年12月成立于美国硅谷(Hesai Instruments Inc。),2014年10月落户上海嘉定,主营业务为激光甲烷遥测系统和激光雷达的研发制造以及相关的行业应用。

  禾赛科技于2016年初开始激光雷达的研发,10月份国内首发了面向无人驾驶的32线激光雷达,并于同月对外公开了其多线激光雷达的路测视频。据悉,,这是一款准固态32线激光雷达,产品的探测距离为150米,测距精度为厘米级,能实现全景360度扫描、垂直30度视场,采样频率为640kHz,具体产品在2017年初会小批量供货。

  

 

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  而在禾赛科技官方网站,记者还发现了另一款激光雷达产品——禾赛16线混合固态激光雷达,与32线激光雷达相比,该款产品仅在线数和测量频率上有所降低,其他产品参数则都一样,且同样用于无人驾驶。

  北科天绘:R-Fans 导航避障激光雷达

  北科天绘成立于2005年,是一家专注于激光雷达的研发、生产和应用的技术型企业,公司主要产品有A-Pilot 机载激光雷达、R-Angle 车载激光雷达、R-Fans 导航避障激光雷达、U-Arm 地面三维激光扫描仪、SKY-LARK 无人机激光雷达系统等。

  其中R-Angle 车载三维激光扫描仪和R-Fans 导航避障型激光雷达两款产品可用于汽车,但R-Angle是测量型激光雷达,测距虽远,数据实时输出能力较弱。而R-Fans则有较强的数据实时输出功能,能为车辆提供周边全方位的三维信息,帮助无人车自主避障,因此很适合出行和无人驾驶汽车。

  

 

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  2016年5月,北科天绘推出了首款16线360度导航LiDAR ——R-Fans。这款产品拥有16线的扫描方式,俯仰视场为30度,测量距离1-100米,扫描帧频≥ 15 Hz,激光点频> 300 kHz,扫描仪总重800克,接口包括CAN、USB/Ethernet,在汽车智能驾驶过程当中,可为车辆实时提供周边三维数据信息,提高车辆行驶安全性。

巨星科技:Toucan系列激光雷达巨星科技:Toucan系列激光雷达

  2017年初,巨星科技称旗下的杭州欧镭激光技术有限公司在美国第50届CES消费电子展上,会首次面向海外企业重磅推出Toucan系列的2D、3D-16线激光雷达两款新品。

  欧镭激光成立不到一年,是一家基于mems、激光等现有技术,研发、生产、销售激光投影显示模组、车用3D激光雷达、机器人用2D、3D激光雷达等产品的公司。此次发布的Toucan系列激光雷达产品,系欧镭激光自主设计开发,包括核心光电引擎模块及驱动,可广泛应用于机器人、AGV、无人驾驶等领域。

镭神智能:LS02A镭神智能:LS02A

  镭神智能成立于2015年初,公司致力于机器人导航避障激光雷达、激光成像雷达、无人驾驶激光防撞雷达、无人机定高激光雷达等产品及解决方案的提供。在成立不到一年的时间内,镭神智能就推出了多款激光雷达产品。

  其中,由镭神智能研发的中远距离脉冲测距激光雷达系统,据悉是一款单线雷达产品,体积较小,测量距离达200米,能进行360°全方位扫描(非固态),扫描半径为100米,扫描频率为10-20Hz,每秒最高可测量2000点,能用于汽车防撞、无人机自主导航避障、无人驾驶汽车等。

  

 

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  而记者在镭神智能官网了解的另一款激光雷达产品LS02A,也可用于汽车辅助驾驶。该款产品通过结构光发射器和一个固化的摄像头来实现20度范围内的测距,可进行360°全方位扫描,支持UART、I2C、USB、CAN等多种通讯接口。

  盖世小结:作为自动驾驶汽车最重要的传感器之一,车载激光雷达在自动驾驶“造车”大潮中扮演的角色正越来越重要,诸如谷歌、百度、宝马、博世、德尔福、大陆等企业,都在其自动驾驶系统中使用了激光雷达,带动车载激光雷达产业迅速扩大。可以看到,前几年说到车载激光雷达更多的是Velodyne、Ibeo等外资公司的产品,但这两年开始出现一些国内的科技公司研发车载激光雷达产品,打破了领域内原有的垄断局面,使车载雷达产品低成本化逐渐成为可能,间接推动无人驾驶时代的早日到来。

责任编辑:刘万睿

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