在汽車安全應用領域，雷達已不是最新技術，而聲納已被淘汰出局。如今，激光雷達（LiDAR）成為了遙感領域新寵，在自動駕駛汽車、智慧城市、安防監(jiān)控、入侵探測和其它領域有著廣闊的應用前景。

今年1月，在美國內華達州拉斯維加斯舉行的國際消費類電子產品展覽會（CES 2020）上，激光雷達大放異彩，屬于它的時代或已來臨。

激光雷達制造商們的產品出現(xiàn)在機器人出租車、自動駕駛卡車、送貨無人機、停車場、公共交通工具、交通信號燈和電線桿，在數(shù)千平方英尺的空間內展示出一座智慧城市的縮影。

激光雷達技術已為主流安全應用做好準備？

業(yè)界對激光雷達市場前景的預測表示樂觀。根據(jù)Yole在《汽車和工業(yè)應用的激光雷達-2019版》報告中的預測，激光雷達市場將從2018年的13億美元增長到2024年的60億美元，其中汽車應用占據(jù)激光雷達市場的70%份額。據(jù)Grand View Research預測，全球激光雷達市場將從2018年的11億美元飆升至2025年的29億美元，復合年增長率（CAGR）將達到18%。而Inkwood Research對同一時期的CAGR預測更是高達23%，并指出“全球激光雷達市場增長的重要推動力是對更高安全性和更高精度的需求等。激光雷達在國土安全和國防領域發(fā)揮著重要作用，越來越多的應用都需要及時、精確的地理空間數(shù)據(jù)支持決策過程。”

激光雷達具有創(chuàng)建高分辨率3D圖像的優(yōu)勢，這些圖像可識別探測范圍內所有物體的尺寸、方向和速度。相比傳統(tǒng)視覺傳感器，激光雷達可在任何光照條件下正常工作，且較難被“非法入侵”或“愚弄”，這是另一項極具吸引力的優(yōu)勢。

安全技術與系統(tǒng)集成開發(fā)商則持保守態(tài)度，認為激光雷達的發(fā)展不會如此迅速。盡管這項技術極具吸引力且價格已有所下降，但與其它可替代技術相比，激光雷達的高昂成本使其依然只適用于小眾或對安全性要求很高的應用。以下是有關汽車激光雷達的發(fā)展對安全性應用影響的最新消息。

揭示各類激光雷達技術

激光雷達技術與雷達和聲納技術類似，通過發(fā)射光波，計算其返回所需時間并讀取其中信息以識別物體的尺寸、輪廓以及它們隨著時間變化的方向，這就是行業(yè)中常常提到的“飛行時間法”（Time-of-Flight, ToF）。然而，另一種源于汽車雷達技術的調頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達的解決方案也開始引起大家的關注。激光雷達使用激光脈沖，與雷達使用的無線電波和聲納使用的聲波有所不同。

所有3D激光雷達技術都會創(chuàng)建3D點云，以構建如車輛、建筑物和行人等物體的形狀與特征。它有幾種不同的展現(xiàn)形式。

機械旋轉式激光雷達。旋轉式系統(tǒng)一直是激光雷達技術的主流表現(xiàn)形式，最具代表性的就是網(wǎng)聯(lián)汽車車頂上的“全家桶”。據(jù)美國知名科技博客媒體Ars Technica報道，“Velodyne于2007年左右就推出了激光雷達，該裝置將64顆激光器垂直堆疊，并以每秒多次的速度旋轉整個激光雷達。Velodyne的這一舉措開啟了現(xiàn)代激光雷達產業(yè)的發(fā)展?！毙D式激光雷達雖然可以遠距離探測廣闊的視場范圍，但體積笨重且成本高昂，運動部件還需要定期維護。

來自另一家旋轉式激光雷達制造商Ouster的Damon Lavrinc稱，盡管機械旋轉式系統(tǒng)仍是"黃金標準"，但該技術已從使用宏觀的運動部件演進為硅基芯片。他說：“我們把傳統(tǒng)激光雷達公司使用的所有宏觀可見的運動部件以微型芯片的形式完成?！蹦柖梢苍诩す饫走_中充分體現(xiàn)，短短幾年內，激光雷達的線束從16線束到32線束再到64線束，保持著成倍增長?！霸贑ES 2020上，我們推出了128線束的高分辨率激光雷達?！盠avrinc補充道。

總部位于加州森尼維爾的Quanergy也是一家旋轉式激光雷達制造商。該公司首席營銷官Enzo Signore稱，盡管他們在高端應用領域的光學相控陣（OPA）激光雷達上進行了創(chuàng)新，但旋轉式激光雷達M8依然適用于安全性應用。他表示，該產品具有360°的水平視場，每秒產生130萬脈沖的點云數(shù)據(jù)。Signore表示，與Qortex機器學習軟件配合使用，該解決方案旨在對行人和車輛進行分類，如在機場安檢處統(tǒng)計人流量。Signore舉例：一家制藥公司準備在距倉庫400米圍欄設置安防措施，而雷達有干擾問題，運動傳感器會受到大風天氣影響，最后選擇了激光雷達?！凹词谷肭终咴?0米以外，激光雷達也可以探測到入侵者，并分配一個身份ID，用戶就可以隨時追蹤他。假如入侵者闖入禁區(qū)，如離電子開關太近，則可以直接用攝像機對準他?！?

但是，旋轉式激光雷達正在被固態(tài)激光雷達所取代，即基于芯片技術的解決方案，這種技術無需任何運動部件。開發(fā)商們正在對固態(tài)激光雷達進行研究，如微機電系統(tǒng)（MEMS）激光雷達、閃光（Flash）激光雷達和光學相控陣（OPA）激光雷達。

MEMS激光雷達。MEMS激光雷達中的光束操縱機構是一面可快速轉動的MEMS反射鏡，通過MEMS反射鏡的轉動實現(xiàn)對視場內物體的掃描探測。Luminar、AEye、Innoviz、速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、鐳神智能、一徑科技和Blickfeld等MEMS激光雷達代表企業(yè)參加了CES 2020。MEMS激光雷達廠商指出，與機械旋轉式激光雷達相比，MEMS激光雷達成本更低、磨損更少，但MEMS反射鏡鏡面尺寸較小，限制了MEMS激光雷達的視場范圍。

MEMS激光雷達代表企業(yè)均表示會積極開發(fā)價格便宜的車規(guī)級產品（必須具備實時處理所有方向數(shù)據(jù)的功能），將有利于車規(guī)安全級激光雷達的發(fā)展，但現(xiàn)在還處于早期。AEye業(yè)務發(fā)展和戰(zhàn)略計劃副總裁Akram Benmbarek表示，他們的產品專注于實現(xiàn)遠距離探測、擴大視場范圍、提高分辨率。智慧城市移動市場規(guī)模很大，因此該公司取消了安全性應用的優(yōu)先級戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。出于成本原因，Benmbarek表示，“現(xiàn)階段最適用安全性應用的客戶是需要保障基礎設施安全的企業(yè)以及政府機構。它們因面臨高風險，需要有效的防護措施和冗余的入侵探測。”

公司總部位于加州都柏林的AEye表示，他們的“Agile LiDAR”能夠實現(xiàn)掃描、收集和處理數(shù)據(jù)智能化，探測范圍超過300米，遠遠超出了其它大部分激光雷達的探測范圍。Benmbarek聲稱，這項技術可以“動態(tài)調整掃描模式，在單幀中聚焦于‘目標區(qū)域’，使其探測物體的能力是僅使用激光雷達產品的10到20倍?！?

縱觀激光雷達產品的規(guī)格，極易眼花繚亂，對某反射率物體的探測距離、垂直和水平分辨率、每秒點數(shù)、激光波長、角度精度、光束發(fā)散角、視野范圍等。要比較這些繁雜的參數(shù)信息存在較大難度。與所有安全設置一樣，數(shù)據(jù)只有在對具體應用正確理解后才能發(fā)揮作用。

位于Palo Alto的Luminar發(fā)言人Erin Freeley提供了一種機械解決方案，該解決方案表示“使用非MEMS技術讓一面較大的反射鏡對準激光束并接收物體的反射光”。這有助于探測和識別250米以內的物體。盡管大多數(shù)激光雷達使用905 納米激光（部分出于對人眼安全的考慮），但Luminar和AEye都使用1550納米激光，這使激光雷達的探測距離更遠或分辨率更高。

Flash激光雷達。根據(jù)德州儀器（TI）發(fā)布的《汽車激光雷達介紹》（An Introduction to Automotive LiDAR），F(xiàn)lash激光雷達的工作原理類似數(shù)碼相機，使用閃光燈捕捉返回的反射光。該方法不易產生圖像抖動，數(shù)據(jù)捕獲速度更快。但是，德州儀器也指出了Flash激光雷達的兩方面不足。首先，反射光會使激光雷達“致盲”。其次，全部照亮前方場景需要超強功率的光源，尤其是遠距離探測時。由大陸汽車（Continental Automotive）和LeddarTech等制造商生產的Flash激光雷達正應用于自動駕駛汽車。

位于北卡羅來納州達勒姆的Sense Photonics是個例外。該公司的業(yè)務發(fā)展總監(jiān)Erin Bishop介紹稱，Sense Photonics帶來了針對工業(yè)應用的解決方案Sense One，該解決方案稱可在室外40米的范圍內對大型工作區(qū)域及其周邊環(huán)境成像，垂直分辨率是其它激光雷達的7.5倍，垂直視野（75°）是其它激光雷達（30°）的2.5倍。

OPA激光雷達。Ars Technica的解釋是“OPA芯片集成了一排發(fā)射器，可以通過調整發(fā)射器間信號的相對相位來改變電磁波束的方向?！盦uanergy是使用這種方法的少數(shù)幾家公司之一，該公司剛剛推出了用于門禁控制和人流量計數(shù)的激光雷達S3-2。力策科技的OPA激光雷達采用“單一OPA發(fā)射+多通道OPA接收”，滿足激光雷達對分辨率、刷新率和視場角（FOV）等各項參數(shù)的要求，預計在2020年6~7月輸出激光雷達三維點云。

激光雷達成為主流應用尚需時日

安全技術與系統(tǒng)集成開發(fā)商和一些激光雷達制造商雖然對極力吹捧激光雷達的優(yōu)勢，但同時也表示激光雷達作為主流應用的成熟時機尚未到來。位于中國北京的一徑科技的Tim Leckey承認：“攝像頭、雷達和聲納的成本仍遠低于激光雷達?！痹摴局铝τ谏a汽車MEMS激光雷達。Leckey表示：“一旦汽車激光雷達產量提高，價格就會隨之降低?！眮碜設uster的Lavrinc也認為，對汽車激光雷達的資金投入和研究將使其更輕巧、便宜，從而為安全性應用“帶來和平利益”。

在對數(shù)十種激光雷達開展價格調查時發(fā)現(xiàn)，即便是在安全性應用中最便宜的型號，其價格也介于500至1000美元之間。具有卓越探測范圍和分辨率的旋轉式激光雷達，起售價約為3500美元，價格以此為分界點一路飆升。

“這種新興技術除了在特殊應用領域外，還未被真正使用?！盨afeguards Consulting總裁Mark Schreiber說道。來自Convergint Technologies的Darin Dillon也同意這一觀點，他將激光雷達與雷達和其它入侵探測技術進行了比較，他表示激光雷達價格“非常昂貴”，“多數(shù)傳感器的價格在1500至15000美元之間?！?

激光雷達也有其真正顯著的優(yōu)勢。Schreiber指出，激光雷達的主要優(yōu)勢在于“它為物理環(huán)境帶來了其它傳感器無法實現(xiàn)的高水準細節(jié)”，并將其與彩色視頻和黑白視頻進行了對比。激光雷達專家兼Visual Plan Security首席執(zhí)行官Kelly Watt對激光雷達的前景持更為樂觀的態(tài)度，他表示：“激光雷達價格的不斷下降確實為安全性應用帶來了機遇?！?

Schreiber說，激光雷達非常適合入侵探測和監(jiān)控應用?！坝脩艨梢悦鞔_知道任意時間點物體發(fā)生的移動或變化，如某個人何時進入了某個區(qū)域。如果部署合理，它可以為用戶提供對人和物體的物理測量?！彼f道，這項極具潛力的應用技術可以讓人們與美術館中的精美作品保持禮貌距離。

合作伙伴

Schreiber表示，正如很多公司已經(jīng)行動的那樣，成功的激光雷達公司將與洞悉市場需求的安全公司合作。Quanergy已與Milestone以及Genetec展開合作?？偛课挥诩又菔ズ稳募す饫走_制造商Cepton與CNL Software聯(lián)手，后者開發(fā)物理安全信息管理平臺軟件。Velodyne與迪拜、捷克共和國和韓國的安全合作伙伴合作。AEye和一徑科技等汽車激光雷達公司也正在尋求安全合作伙伴?！坝脩舨粫ｉT為激光雷達去創(chuàng)建全新的系統(tǒng)?！盨chreiber說道，激光雷達必須與合適的應用相匹配，并與其它技術有效集成。