數字激光雷達的案例
激光雷達作為相機 --數字激光雷達對計算機視覺的影響
作者 | ouster（翻譯:仿佛若有光）
來源 | CV技術指南
前言：
本文源自ouster(一家激光雷達公司)的博客，以往激光雷達和相機都是作為單獨的傳感器，在算法上對各自的數據做融合。這家公司開發了數字激光雷達OS1，在硬件上實現了對相機和激光雷達的融合。
OS1 模糊了激光雷達和相機之間的界限
三年前我們開始開發 OS1 (中距激光雷達)時，很明顯，針對相機的深度學習研究已經超過了激光雷達研究。激光雷達數據具有令人難以置信的優勢——豐富的空間信息和與光照無關的傳感等等——但它缺乏相機圖像的原始分辨率和高效的陣列結構，而且 3D 點云仍然更難以在神經網絡中編碼或使用硬件進行處理加速度。
考慮到兩種傳感模式之間的權衡，我們從一開始就著手將激光雷達和相機的最佳方面整合到一個設備中。今天，我們將發布固件升級和更新我們的開源驅動程序，以實現這一目標。OS1 現在無需攝像頭即可實時輸出固定分辨率的深度圖像、信號圖像和環境圖像。數據層在空間上完全相關，具有零時間不匹配或快門效應，并且具有每像素 16 位和線性照片響應。一探究竟：
從 OS1 輸出的同步實時圖像層。
您從上到下看到的是環境、強度、范圍和點云數據 - 全部來自我們的激光雷達。
請注意，環境圖像捕獲了多云的天空以及樹木和車輛的陰影。
OS1 的光學系統具有比大多數數碼單反相機更大的光圈，而且我們開發的光子計數 ASIC 具有極低的光敏度，因此即使在弱光條件下我們也能夠收集環境圖像。OS1 捕獲近紅外信號和環境數據，因此數據與同一場景的可見光圖像非常相似，這使數據看起來很自然，并且很有可能為相機開發的算法很好地轉化為數據。
展開 經緯恒潤激光雷達集成系統全面提升激光雷達的使用體驗
汽車自動駕駛系統通?？煞譃楦兄獙印Q策層、執行層，以激光雷達、攝像頭為代表的傳感器是自動駕駛感知層不可或缺的組成部分，但在傳感器整車集成方面，主機廠卻面臨著幾大痛點：
· 固定且外凸的激光雷達會給造型的美觀程度以及整車空氣動力學設計帶來很大的挑戰
· 復雜惡劣天氣環境下，激光雷達鏡面容易因受干擾而無法在最佳狀態下運行
· 激光雷達做為高單價傳感器存在較大的被盜風險
經緯恒潤自主研發的激光雷達集成系統可以為傳感器集成提供智能化的解決方案，是自動駕駛技術的重要組成部分。經緯恒潤激光雷達集成系統包含激光雷達收納機構和激光雷達清洗系統，整套系統可以實現激光雷達自動隱藏、展開，同時具備鏡面自動清洗功能。采用該套系統，可以：
· 提升車輛的整體造型美觀度
· 提升整車空氣動力學性能
· 滿足激光雷達全天候的使用場景要求
· 非工作狀態下有效保護傳感器
激光雷達集成系統
經緯恒潤激光雷達集成系統目前已配套路特斯旗下的多款車型，其中Eletre已開啟預售，將于今年下半年在武漢智能工廠實現投產，首批車型預計2023年開始交付。
路特斯Eletre
經緯恒潤智能駕駛產品線涵蓋環境感知系統、決策規劃系統和控制執行系統，具備向上集成完整智能駕駛方案的軟硬件產品基礎，是目前國內少數能夠實現覆蓋智能駕駛電子產品、研發服務及解決方案、高級別智能駕駛整體解決方案，能夠提供智能駕駛全棧式解決方案的供應商。未來，經緯恒潤將緊跟汽車行業發展大勢，堅持自主創新，努力為國內外客戶提供優質的產品和服務，為汽車行業的發展貢獻自己的一份力量！
展開 激光雷達怎么做配置，側向激光雷達有什么用？
把激光雷達配置在前方位置在外觀設計和散熱方面的難度會低很多。但因其位置偏低，存在著容易受到地面沙石、水的飛濺和污染，甚至破壞的風險。一旦發生碰撞和損壞，更換成本會很高（激光雷達數量越多，硬件成本也會越高）。
▲圖4激光雷達的3個布置
激光雷達還可以像小鵬P5安裝方式是在前方左右兩側，兩顆激光雷達裝于前側左右保險杠處，還需要注意兩邊激光雷達的角度布置，解決近距離盲區和十字路口AEB工況的問題。激光雷達的安裝位置需要考慮到以下幾個方面：
●外觀：牛角確實不太好看
●散熱
●碰撞保護
●表面防污
●設備干涉
●盡可能小的盲區
●成本
從我們來看，一款好的產品需要考慮車身ID設計、車身外觀和功能定義，并兼顧激光雷達的位置選定。而激光雷達的布設方案設計的出發點，應該是是否滿足功能場景的需求與工程落地之間的平衡點。
▲圖5.激光雷達也要卷
小結：隨著激光雷達的成本下降和用量快速上揚，這一波感知方向傳感器的探索還是確定在快速增長的。
展開 和機械式旋轉激光雷達相比，MEMS固態激光雷達有哪些優勢和劣勢？
類似的把無線電波替換為激光就得到了相控陣激光雷達。
Flash面陣式激光雷達和相控陣激光雷達兩種雷達都是一部到位地解決了旋轉掃描問題的純固態激光雷達，是車載激光雷達的最終方案。不過目前受限于技術和成本，這種雷達的普及還需要時間。
混合固態雷達
混合雷達是機械雷達和純固態雷達方案的妥協方案。與機械式激光雷達相比，只掃描前方一定角度內的范圍;同純固態激光雷達相比，仍然有一些較小的活動部件。不過混合固態激光雷達在成本、體積等方面更容易得到控制，是目前階段量產裝車的主流產品?；旌瞎虘B激光雷達有多種技術路線方案，主要包括MEMS振鏡、轉鏡、棱鏡等。
MEMS振鏡
MEMS（微機電系統）是利用半導體工藝生產的，其結構也很簡單：把所有的機械部件集成到單個芯片上，相當于把外部的大鏡子縮小到芯片的級別，只有一束激光和一塊反光鏡。工作原理方面，通過電控來控制光束激光射向類似陀螺一樣旋轉的反光鏡，實現對激光方向的控制。這樣一來就使得MEMS擁有微鏡振動幅度小、頻率高、成本低、技術成熟、可靠性高等眾多優勢。
轉鏡
轉鏡是指反射鏡的鏡面圍繞圓心不斷旋轉掃描激光的方法。2017年，奧迪發布的全球首款量產的L3級自動駕駛汽車A8上搭載的激光雷達，就是使用的轉鏡結構。左上角激光器向右發出激光至旋轉掃描鏡，并被偏轉向前發射，然后車外物體的反射光經光學系統被左下方的探測器接收。這種結構在功耗、散熱等方面有著明顯優勢。
棱鏡
棱鏡式激光掃描是利用兩個棱鏡完成激光掃描的。
展開 
圖森未來無人駕駛卡車雷達測距高達1公里 是激光雷達測距的三倍多
圖森未來（TuSimple）的自動駕駛卡車
該款卡車周邊配置了多個傳感器，包括：兩個激光雷達激光掃描儀及一個前向式雷達。該系統的關鍵之處在于其側部及后部的多個攝像頭。據其首席技術官透露，在競爭愈發激烈的無人駕駛卡車領域，圖森未來堅持使用攝像頭設備，該款攝像頭的最大測距為1000米，幾乎是其他競爭對手車載雷達測距的三倍多。激光雷達系統通常測距有限，即便是最強大的設備，其探查距離也只能等到250-300米。
在駕駛座前方的中央位置，有一塊顯示屏（監視器，monitor），該系統可根據Skittles-y sprinkle顏色（隨機分配，assigned at random）來識別其他車輛，并顯示對方的距離及車速。就像一名經驗豐富的駕駛員，該款無人駕駛卡車可根據數據來作出駕駛決策。在進入高速前會減速，遇到緊急車輛也會作出避讓，直到后者安全通過。
若前方無車輛阻擋，該款攝像頭的測距高達1000米，該設備可謂是“大殺器”，因為大部分攝像頭的最大測距都達不到該水平，后者通常只能維持在300米這一極限值。這也就導致，許多卡車無法在如此近距離作出應對，規避碰撞事故、車道偏離及避讓消防車等舉動，更遑論自行作出制動或變道決策并執行了。然而，圖森未來的無人駕駛卡車卻能在短短30秒內完成該操作，因為其攝像頭可提前探查到情況，并作出應對。
在演示結束后，該款卡車還進行了語音提示：“自動駕駛模式關閉（Autonomous driving off）”。
展開 南洋理工大學研發激光雷達硅基激光器，可大幅度降低成本
新加坡南洋理工大學（Nanyang Technological University，NTU）在激光雷達研究領域取得了技術突破，或將該款自動駕駛核心部件的成本降至1/200。此外，該技術產品的尺寸只有指尖大小。
由于激光雷達的機械運動部件（mechanical moving parts），導致激光雷達比輪胎更易受損。
如今，NTU的研發人員發現，可利用硅基激光器芯片發光，替代二極管。他們還采用了鍺的延展性，該類金屬通常被用作為三極管，這是科研人員首次發現與硅兼容的可發光材料。
價格便宜、性能更高
目前，即使是最便宜的常規激光雷達傳感器，其售價也高達10000新加坡元（約合7345.9美元），而固態激光雷達芯片的成本卻只有50新加坡元（約合36.7美元）（實現商用的情況下）。
當研究人員利用新技術實現該款激光雷達芯片的量產后，其市場售價或為50新加坡元，這將為許多計劃從事自動駕駛技術研發的小公司提供新的商機。
截止至目前，即使是常規的激光雷達，其售價也太過高昂，許多公司在選擇設備時被迫跳過該設備。
該款激光雷達硅基芯片的另一項好處在于，其圖像品質極佳，可提供較高的分辨率，這主要得益于該芯片的激光密度，其圖像的響應速度也較快。
該項技術突破或拉低其他技術的成本、縮短其研發周期、提升其可靠性。例如，該款激光雷達硅基芯片可安裝在無人機上，或許未來還能被用作手機芯片。
展開 全球唯一一家攝像頭、雷達、激光雷達都涉足的廠商，安森美如何定義自動駕駛？
攝像頭、激光雷達（LiDAR）和雷達協同工作帶來更安全的駕駛體驗
LiDAR、雷達和攝像頭在ADAS（高級駕駛輔助系統）系統中需要作為一個“團隊”協同工作。LiDAR通常用于探測150米左右的中距離物體，其分辨率可以達到厘米級。LiDAR可以提供車輛周圍物體和環境的高分辨率地圖，以幫助制定駕駛決策。雷達通常用于更遠距離的精確速度測量，盡管其分辨率低于LiDAR，但雷達通常不會受到天氣條件的影響。雷達目前主要用于汽車的自適應巡航控制（ACC）等應用。攝像頭則具有很高的分辨率，用于目標的視覺，適用于中短距離應用，能夠在白天、黃昏和夜晚照明條件下運行，但往往需要大量的數據處理。
攝像頭圖像傳感器
隨著汽車行業迅速朝全自動駕駛發展，成像攝像機的數量和種類在不斷增加。各種不同的攝像機應用包括后視、環視、前向先進駕駛輔助系統（ADAS）、攝像機車鏡替代系統（CMS），和駕駛員監控。一些車輛已經配備的圖像傳感器更是驚人地超過12個。
每個攝像機都有獨特的特性，包括不同的分辨率、光學格式、色彩濾波陣列（CFA）、鏡頭類型、汽車安全完整性等級（ASIL）功能和傳輸協議。巨大的市場增長及多種攝像機類型使得有必要進行精簡開發。
雖然行業通常提供了足夠的工具以在實驗室設置下評估攝像機，但設計人員往往在真實場景的開發中配備不足。目前，一、二線汽車原始設備制造商（OEM）和獨立軟件供應商（ISV）在攝像機設計階段花費數萬到數十萬美元不等。一個模塊化的緊湊型開發系統，具備適配所需應用的靈活性和易于安裝在車輛上的能力有可能顯著降低成本，使資源更高效和加快上市進程。
在汽車圖像傳感器領域，安森美是唯一一家擁有從1.2MP到1.7MP，再一直到8.3MP全系列CMOS圖像傳感器的制造商。
展開 盤點21家值得關注的美國自動駕駛賦能企業
SEEVA的技術是為了減少這些對激光雷達掃描的阻礙，并與熱調整和清潔技術相結合，以保持視線清晰。
REALITY AI
成立：2015年
總部：紐約市
Reality Analytics，Inc.（Reality AI）由Jeff Sieracki和Stuart Feffer于2015年成立，開發軟件幫助工程師開發使用傳感器的產品。Reality AI使用專有算法進行優化的特征發現和模型生成、組件選擇和規格設定、BoM優化以及數據收集/合成增強/管理。用例包括語音識別、手勢識別和使用振動、加速計、聲音、雷達、電流/電壓/電容和其他傳感器模式的預測性維護。Reality AI擁有14項美國專利，還有6項正在申請中，都是應用于傳感器和信號問題的特征發現和機器學習領域。在哥倫比亞、馬里蘭州、桑尼維爾、加利福尼亞和日本東京設有辦事處。
Reality AI專注基于云的環境檢測技術，可靈活集成到現有系統和平臺中。Reality AI的創新成果已獲得Design News、Project Kairos和最佳傳感器等科技機構的獎項和贊譽?？蛻舻挠猛景A測性維護和狀態監測，以及在汽車或工業案例中感知外部環境或周圍環境。
Ouster
成立：2015年
總部：加州舊金山
Ouster是一家領先的高分辨率激光雷達傳感器供應商，于2015年成功研發了數字激光雷達，致力于為工業自動化、智慧基建、機器人和汽車行業提供高分辨率數字激光雷達。Ouster數字激光雷達具有高可靠性、緊湊、低成本、可定制等優勢。Ouster有三大品類，60多種產品。OS0是超廣角短距，OS1是中距離，OS2是長距離，同一款芯片搭配不同的光驅鏡頭就能滿足客戶的不同產品。
展開 激光雷達感知方案
來源 |
CV研習社
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域
導讀：
本
文對不同類型激光雷達的數據進行
分析，并且針對機械式激光雷達和混合固態激光雷達視場角不同，在中低速和高速場景下分別對比各自的感知方案。
目錄
激光雷達數據對比
機械式雷達感知方案
混合固態雷達感知方案
總結
前沿：
由于混合固態雷達相比機械式激光雷達成本較低，也沒有旋轉器件過不了車規等問題，所以逐漸得到市場上的認可。
目前已經有不少主機廠采用混合固態或者固態雷達嘗試做量產落地。
激光雷達的應用可能是未來無人駕駛的一種發展趨勢。
一、激光
雷達數據對比
1. 機械式采樣數據
機械式激光雷達在水平方向利用外部旋轉部件達到360°的采樣，垂直方向根據線束的不同，分辨率也不同。較常用的有16線激光雷達，32線激光雷達，64線激光雷達。
展開 激光雷達66起融資背后
2021年還在拒絕激光雷達的人，可能只剩馬斯克了。
這一年，我國激光雷達企業共發生66起融資事件，資本加碼布局。
無論是“自動駕駛進步的象征”，還是自主品牌沖擊高端的符號，亦或者割韭菜最快的鐮刀，激光雷達都是今年汽車業繞不開的熱詞。
概念熱鬧與繁華背后，是否帶動了上游企業的躍升？2021年，激光雷達企業融資狀況、賽道排名和頭部企業究竟如何？國產激光雷達機會在哪？
從冰冷融資數據中，鳳凰網汽車帶您窺見“智能汽車之眼”的過去、現在和未來。
蛋糕多大？
根據咨詢公司 Yole 預測，激光雷達市場規模將從2020年的18億美元增至2026年的57億美元，年均復合增長率將達到21%。
乍看之下，21%非一個很大的數字。
但隨著智能汽車自動駕駛需求的猛烈增長，以ADAS為核心功能的激光雷達產品開始成為整個行業的核心。
2020年，ADAS激光雷達在整體市場中占比僅為1.5%。但Yole預計，2026年ADAS整體市占率將達到41%。即5年后，ADAS領域應用的激光雷達將占據最大細分市場。
2026年，上述機構預計ADAS激光雷達市場規模將增長至23億美元，年均復合增長率高達111%。自動駕駛細分市場預計在 2026 年達到 5.75 億美元，年均復合增長率為 33%。
展開 激光雷達核心技術及行業格局梳理
2.3.2 MEMS 激光雷達
MEMS激光雷達通過硅基芯片上微振鏡以一定諧波頻率的振蕩，來反射激光器的光線，從而以超高的掃描速度形成高密度的點云圖。由此改變單個發射器的發射角度進行掃描，形成較廣的掃描角度和較大的掃描范圍。
?優點：其核心光束操縱元件為MEMS微振鏡，大大減少了激光雷達的尺寸，減少激光器和探測器數量，極大地降低成本，具有高性能、穩定可靠、易于生產制造等優點，兼顧車規量產與高性能的需求。
?缺點：MEMS激光雷達并沒有完全消除機械，只是將掃描單元變成了MEMS微振鏡，仍然存在微振鏡的振動，所以它并不能算純固態激光雷達，而是混合固態雷達（也稱類固態/半固態雷達）。
其光路較復雜，微振鏡結構會影響整個激光雷達的壽命，激光功率較低，信噪比較低、有效距離較短，并且激光掃描范圍受微振鏡面積限制，視野相對較窄。
2.3.3 Flash 激光雷達
Flash激光雷達，指一次閃光（激光脈沖）成像的激光雷達，在發射端采用面光源，短時間發射出一大片覆蓋探測區域的面陣激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環境周圍圖像的繪制，它也是目前唯一的非掃描式激光雷達，能夠達到最高等級的車規要求。
這種激光雷達的缺點很明顯，功率密度太低，導致其有效距離一般難以超過50米，分辨率也比較低。要改善其性能，需要使用功率更大的激光器，或更先進的激光發射陣列，讓發光單元按一定模式導通點亮，以取得掃描器的效果。
2.3.4 OPA 激光雷達
OPA激光雷達是運用相干原理，采用多個光源組成陣列，通過調節發射陣列中每個發射單元的相位差來改變激光的出射角度，通過控制各光源發射的時間差，可以合成角度靈活、精密可控的主光束，實現對不同方向的掃描。
展開 
如何正確使用激光雷達
主要是因為電子模塊需要每秒在百萬次的量級上發射和接收光，并且每次收發都要經過復雜的模擬和數字電路的處理把它轉化為3D點云信號，也就是說大部分的功耗來自于激光的收發模塊。
某激光雷達廠商也曾在其激光雷達發布會上提到，市場上的激光雷達發射模塊的光電轉化效率通常小于10%，而電轉光的效率越低，就會導致功耗越大。對于光電轉化效率低的原因，探維科技的品牌總監張立辰解釋道：“一方面與激光器供應商的技術成熟度有關；另一方面是激光雷達自身的工程設計原因，比如內部的折射次數等?！? 再者，功耗與激光器的功率也相關，單個激光器的功率越大，激光雷達的探測距離也越遠，例如1550nm波長的激光雷達（如Luminar Iris）。由于光纖發射器功率高，雖然大幅提升了探測距離、分辨率，并提高信噪比，但是功耗也大幅提升了。
第三，熱管理問題。激光雷達主要可分為加熱管理和散熱管理。
在加熱管理方面，主要是應對惡劣的氣候環境，比如極低的氣溫、雨霧等天氣，會導致激光雷達的表面被雨霧、冰雪、冰霜所覆蓋，影響激光信號的正常使用，這時候就需要設備的加熱功能。在一些北方極低氣溫區域，激光雷達因為無法實現“冷啟動”，導致無法正常使用，所以也需要加熱管理。
在散熱管理方面，比如車輛長時間停在室外高溫環境下，裝在車體外部的激光雷達會因為長時間太陽暴曬，使得設備溫度快速上升，從而造成內部零部件的損毀。
第四，表面清潔問題。激光雷達視窗表面的清潔問題比較嚴重，因為激光雷達本身的精度比較高，表面的污漬一定會影響設備的數據收集效果。
展開 主流激光雷達分類及原理
Luminar激光雷達內部解剖圖
（圖源：Luminar）
優點：
轉速越高，掃描精度越高
可以控制掃描區域，提高關鍵區域的掃描密度
多邊形可提供超寬FOV，一般可做到水平120度。MEMS Lidar一般不超過80度
通光孔徑大，信噪比和有效距離要遠高于MEMS Lidar
價格低廉，MEMS振鏡貴的要上千美元，多邊形激光掃描已經非常成熟，價格只要幾十美元
激光雷達間抗干擾性強
缺點：
與MEMS技術比，其缺點是功耗高，有電機轉動部件
純固態激光雷達
3.1 Flash激光雷達
Flash激光雷達采用類似Camera的工作模式，但感光元件與普通相機不同，每個像素點可記錄光子飛行時間。由于物體具有三維空間屬性，照射到物體不同部位的光具有不同的飛行時間，被焦平面探測器陣列探測，輸出為具有深度信息的“三維”圖像。根據激光光源的不同，Flash 激光雷達可以分為脈沖式和連續式，脈沖式可實現遠距離探測（100米以上），連續式主要用于近距離探測（數十米）。
Flash激光雷達的優勢在于能夠快速記錄整個場景，避免了掃描過程中目標或Lidar自身運動帶來的誤差。其缺點是探測距離近。
Flash Lidar的工作示意圖
（圖源：LeddarTech官網）
發射模組：Flash激光雷達采用的是垂直腔面發射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser， VCSEL），比其他激光器更小、更輕、更耐用、更快、更易于制造，并且功率效率更高。
接收模組：Flash激光雷達的性能主要取決于焦平面探測器陣列的靈敏度。
展開 演示面陣激光雷達
近年來，面陣激光雷達(光探測和測距)技術開始在消費類光學產品中發揮作用。特別是，面陣激光雷達解決方案-采用固態設計-非常適合現代智能設備的設計，如蘋果公司的iPhone 12及其iPad Pro產品。這種光學裝置通常由透鏡和衍射光學元件組成。通過在VirtualLab Fusion中的可編程參數運行，構建了一個具有多個光源陣列的面陣激光雷達系統，并從空間和空間頻域兩個方面分析了該系統的工作原理。
演示面陣激光雷達的工作原理
構建了一個由光源陣列、準直透鏡系統和衍射光柵組成的面陣激光雷達系統，并從空間和空間頻域兩個方面說明了該系統的工作原理。
可編程參數運行模式的應用
在VirtualLab Fusion中，可以使用參數運行功能的編程模式自由定制光學系統中的參數變化。我們用一個具體的例子來說明這種可編程模式的應用。
. For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.comInternet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 [NEWSLETTER] 演示面陣激光雷達
近年來，面陣激光雷達(光探測和測距)技術開始在消費類光學產品中發揮作用。特別是，面陣激光雷達解決方案-采用固態設計-非常適合現代智能設備的設計，如蘋果公司的iPhone 12及其iPad Pro產品。這種光學裝置通常由透鏡和衍射光學元件組成。通過在VirtualLab Fusion中的可編程參數運行，構建了一個具有多個光源陣列的面陣激光雷達系統，并從空間和空間頻域兩個方面分析了該系統的工作原理。
演示面陣激光雷達的工作原理
構建了一個由光源陣列、準直透鏡系統和衍射光柵組成的面陣激光雷達系統，并從空間和空間頻域兩個方面說明了該系統的工作原理。
可編程參數運行模式的應用
在VirtualLab Fusion中，可以使用參數運行功能的編程模式自由定制光學系統中的參數變化。我們用一個具體的例子來說明這種可編程模式的應用。.
holly@infotek.com.cn
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