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最后一片“處女地”,車(chē)載激光雷達(dá)“仍無(wú)定論”

高工智能汽車(chē) ? 來(lái)源:lq ? 2018-12-19 15:56 ? 次閱讀
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到底,最終誰(shuí)能為自動(dòng)駕駛行業(yè)帶來(lái)一款成本更低的、可能具有突破性技術(shù)和符合車(chē)規(guī)級(jí)要求的激光雷達(dá),現(xiàn)在似乎還沒(méi)有答案。相比傳統(tǒng)攝像頭、毫米波雷達(dá)的歷史積累,這更像是一塊未開(kāi)墾的處女地。

在過(guò)去的幾年時(shí)間,全球形形色色的激光雷達(dá)初創(chuàng)公司“此起彼伏”,有對(duì)標(biāo)研發(fā)、也有獨(dú)創(chuàng)蹊徑,但到目前為止,除了法雷奧的Scala“嘗鮮”前裝,幾無(wú)他人。價(jià)格、性能、車(chē)規(guī)級(jí)要求,是所有初創(chuàng)公司的“心中梗刺”。

今年1月,總部位于舊金山的激光雷達(dá)初創(chuàng)公司Ouster Inc.,宣布推出一款64線激光雷達(dá),價(jià)格是當(dāng)時(shí)市場(chǎng)同類產(chǎn)品的1/6,隨后該公司又發(fā)布了一款售價(jià)3500美元的16線激光雷達(dá),并進(jìn)行了固件升級(jí),使其旗艦激光雷達(dá)能夠在沒(méi)有攝像頭的情況下實(shí)時(shí)采集二維信號(hào)強(qiáng)度圖像和環(huán)境圖像。

但客觀看,Ouster的第一款64線激光雷達(dá)OS–1性能還無(wú)法和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Velodyne的HDL-64E相提并論,后者的最大測(cè)距比它多20%,精確度約為2厘米(約0.78英寸),而OS1的精度僅為3厘米左右。但OS–1要比HDL-64E小得多,售價(jià)也僅為1.2萬(wàn)美元。

而Ouster的第二款64線激光雷達(dá)OS–2的測(cè)距范圍達(dá)到200米,視場(chǎng)范圍15.8°。不過(guò),OS–2 的尺寸更大,也更重,價(jià)格是2.4萬(wàn)美元(是OS–1的一倍)。

當(dāng)Ouster三年前開(kāi)始開(kāi)發(fā)OS-1時(shí),相機(jī)的深度學(xué)習(xí)研究超過(guò)了激光雷達(dá)研究。激光雷達(dá)的精度等性能具有眾所周知的優(yōu)勢(shì),但它缺乏原始分辨率和相機(jī)圖像的高效陣列結(jié)構(gòu),并且3D點(diǎn)云仍然更難以在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或硬件過(guò)程中編碼加速。

而OS-1激光雷達(dá)的一大優(yōu)勢(shì),就是可以實(shí)時(shí)輸出固定分辨率的深度圖像,信號(hào)圖像和環(huán)境圖像,所有這些都不需要攝像頭。下圖是從OS-1輸出的實(shí)時(shí)圖像層。你從上到下看到的是環(huán)境,強(qiáng)度,范圍和點(diǎn)云,環(huán)境圖像捕獲樹(shù)木和車(chē)輛的陰影。

Ouster開(kāi)發(fā)的光子計(jì)數(shù)ASIC具有極低的光敏度,因此即使在低光照條件下也能收集環(huán)境圖像。OS-1捕獲近紅外信號(hào)和環(huán)境數(shù)據(jù),因此數(shù)據(jù)非常類似于相同場(chǎng)景的可見(jiàn)光圖像。

早些時(shí)候,Ouster還更新了開(kāi)源驅(qū)動(dòng)程序,將這些數(shù)據(jù)層輸出為固定分辨率的360度全景幀,以便客戶立即開(kāi)始使用新功能,Ouster將提供基于VTK構(gòu)建的新的跨平臺(tái)可視化工具。

相比其他激光雷達(dá)采用與攝像頭融合的方式,由于OS-1在每個(gè)像素處輸出具有深度,信號(hào)和環(huán)境數(shù)據(jù)的固定分辨率圖像幀,因此能夠?qū)⑦@些圖像直接饋送到最初為相機(jī)開(kāi)發(fā)的深度學(xué)習(xí)算法中。

近日,Ouster還宣布與數(shù)據(jù)標(biāo)記公司合作,精確標(biāo)記多層訓(xùn)練數(shù)據(jù),從而加速在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中部署激光雷達(dá)深度學(xué)習(xí)模型。由于Ouster的多光束Flash激光雷達(dá)技術(shù)輸出的環(huán)境圖像中每個(gè)2D像素對(duì)應(yīng)一個(gè)3D點(diǎn),使其數(shù)據(jù)標(biāo)記合作伙伴可以輕松在2D和3D之間轉(zhuǎn)換。

Ouster公司由Angus Pacala(首席執(zhí)行官、聯(lián)合創(chuàng)始人,Quanergy Systems前總工程師)和Mark Frichtl(首席技術(shù)官,Quanergy Systems前工程師)創(chuàng)辦。

按照Pacala的說(shuō)法,有別于Quanergy的技術(shù)路線,之所以自己選擇從機(jī)械式激光雷達(dá)切入,在于相對(duì)成熟。而未來(lái),肯定是固態(tài)激光雷達(dá)。

在最近的一次采訪和一篇博客文章中,該公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人安格斯?帕卡拉(Angus Pacala)深入探討了該公司的技術(shù),并闡述了該公司“截然不同”的激光雷達(dá)技術(shù)所帶來(lái)的一些未來(lái)可能性。

固態(tài)激光雷達(dá),無(wú)疑是目前汽車(chē)制造商“翹首以盼”的,考慮到今年有許多公司對(duì)外宣傳他們自己的固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品(盡管這些產(chǎn)品還處于真正量產(chǎn)前的不同的完成階段),這種期待變得更加緊迫。

然而,Ouster希望再次與眾不同,因?yàn)樗募夹g(shù)在原理上不同于其他任何固態(tài)解決方案。這是因?yàn)槭褂昧藘蓚€(gè)定制芯片的獨(dú)特組合:一個(gè)垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)芯片用于發(fā)射激光器,一個(gè)光子雪崩二極管(SPAD)芯片用于在激光器反彈時(shí)檢測(cè)激光器。把這兩個(gè)芯片放在一起,就得到了一個(gè)“多光束Flash激光雷達(dá)”。

Pacala在他的博客中解釋說(shuō),“Flash”指的是“傳感器中的每一個(gè)像素都被激光照亮,同時(shí)快速收集光線,就像一臺(tái)帶閃光燈的相機(jī)”。換句話說(shuō),傳感器的每個(gè)像素都在同時(shí)發(fā)送和接收激光信號(hào)。

而傳統(tǒng)的Flash激光雷達(dá)使用“泛光”照明,這種照明會(huì)發(fā)出大量的光,其中一些光會(huì)浪費(fèi)在探測(cè)器無(wú)法測(cè)量的部分場(chǎng)景上。相反,Ouster的解決方案用“精確的光點(diǎn)”或多光束照亮了場(chǎng)景。

第二個(gè)問(wèn)題是VSCEL,大多數(shù)固態(tài)激光雷達(dá)使用邊緣發(fā)射器,“在(硅)晶圓片的平面上發(fā)射光——這意味著晶圓片需要切開(kāi)才能暴露激光的發(fā)射面?!保@使得制造密集的激光器陣列變得困難,如果你想在一個(gè)小的封裝中獲得高分辨率,這一點(diǎn)至關(guān)重要。

而VCSEL,則是發(fā)射垂直于晶圓片表面的光,這意味著為了使激光發(fā)揮作用,不需要在任何特定位置切割晶圓片。而這反過(guò)來(lái)又使構(gòu)建密集的vcsel陣列變得容易得多。

Ouster在其OM-1激光雷達(dá)中使用的定制VCSEL芯片,大約有一粒大米大小。有專家推測(cè),在一顆芯片上安裝數(shù)百萬(wàn)束激光是可能的,就像英特爾(Intel)在數(shù)十億晶體管上所做的那樣。

Pacala認(rèn)為,VCSEL陣列可以很好地沿著與數(shù)碼相機(jī)傳感器相似的路線發(fā)展,多年來(lái),設(shè)計(jì)師們不斷地“在相同的空間中封裝更多的像素”。

這也意味著VCSEL陣列可以翻倍、四倍、十倍,而(規(guī)?;虺杀?不會(huì)發(fā)生任何變化。同時(shí),VCSEL還有許多其他優(yōu)點(diǎn),比如更小,更輕,更耐用,更快,更簡(jiǎn)單,更節(jié)能。最重要的是,成本也低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

或許最重要的是,他相信這項(xiàng)技術(shù)正沿著摩爾定律的軌跡發(fā)展,因?yàn)閂CSELs被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)攝像頭和電腦鼠標(biāo)等消費(fèi)電子技術(shù)。這意味著隨著數(shù)千億顆芯片的規(guī)模制造,性能、體積和成本將在未來(lái)得到巨大改善。

這無(wú)疑解決了目前傳統(tǒng)激光雷達(dá)遇到的最大難點(diǎn):成本受制于上游供應(yīng)鏈的制約。

另一項(xiàng)關(guān)鍵部件就是SPADs(單光子雪崩二極管),一種低噪聲探測(cè)器,它足夠敏感,可以接收到單個(gè)光子。Pacala將大部分精力集中在SPAD在芯片處理方面的潛力所帶來(lái)的好處上。

他在書(shū)中寫(xiě)道,已經(jīng)將SPADs直接構(gòu)建到半導(dǎo)體晶圓中,這使得它們能夠?qū)ⅰ按罅康男盘?hào)處理”整合到“探測(cè)器旁邊”的芯片上。

從本質(zhì)上說(shuō),這使得每個(gè)芯片都是一個(gè)激光探測(cè)器和處理器的混合體。OS-1的64線激光雷達(dá)中的激光器每秒計(jì)數(shù)并存儲(chǔ)1萬(wàn)億光子到存儲(chǔ)器中,包括處理信號(hào)邏輯,每秒處理超過(guò)1000億次操作。任何一個(gè)研究3D數(shù)據(jù)的人都知道,未來(lái)的處理需求只會(huì)增加,所以這種集成芯片可能會(huì)非常有用。

Pacala估計(jì),這些SPAD檢測(cè)器的改進(jìn)速度將與與之配對(duì)的vcsel相當(dāng)。他說(shuō),SPAD目前的效率約為2-5%,很快就會(huì)達(dá)到20-30%的效率,也許有一天會(huì)達(dá)到80%的效率。這使得640行分辨率的OS-1不僅可能,而且極有可能。

不過(guò)總的來(lái)說(shuō),Ouster也在突圍,而全球目前為止超過(guò)50家激光雷達(dá)初創(chuàng)公司都在翹首期盼。從傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá),到最終真正能夠大規(guī)模裝車(chē)量產(chǎn)的新型激光雷達(dá),路還很長(zhǎng)。

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