MEMS固態激光雷達的案例
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。混合固態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 一徑科技李云翔：高性能·低成本·可量產車規級全固態激光雷達助推智能駕駛
期間，一徑科技聯合創始人暨產品副總裁李云翔先生接受了記者采訪，針對激光雷達的發展，特別是固態激光雷達技術相關的一些問題進行了深入交流。
做最好的智能駕駛基礎設施
李云翔首先介紹了公司和幾位創始人的情況。一徑科技成立于2017年，致力于提供國際領先的全固態激光雷達解決方案。公司立足于先進技術，緊密結合市場需求，提供高性能、小型集成化、可量產的車規級全固態激光雷達產品，為無人駕駛汽車、機器人等人工智能應用賦予可靠穩定、寬視角、遠距離及高分辨率的三維深度視覺能力。
一徑科技全固態激光雷達產品之一
他介紹說，公司三位創始人都是清華大學畢業的博士，之后在不同領域工作，CEO石拓在光電行業做了十多年芯片；研發副總裁夏冰冰主攻ASIC模擬芯片；他本人原來做的是無線通信。
他說：“一徑科技是國內最早一批開發面向車載應用固態激光雷達的團隊。公司核心研發團隊來自清華大學、馬德里理工、加州理工等國際知名高校，以及千尋位置、歐司朗、博世、Autoliv等國際知名Tier 1和光電半導體企業。”
目前，一徑科技的重點服務對象包括汽車主機廠、自動駕駛公司，標桿客戶有等。目前量產落地主攻方向是為向特定區域的各種場景車輛提供整體激光雷達解決方案，包括L3+ ADAS、高速物流、智慧礦區、智慧港口、智慧園區、智能公交、Robotaxi等。
他告訴記者：“公司成立三年多來，主營業務為前裝量產固態激光雷達。我們的具體技術路線是采用MEMS微鏡芯片。其實微鏡技術很常見，典型應用就是投影儀，現在很多廠家能夠提供MEMS芯片，而我們的MEMS芯片有自己的設計，然后讓代工廠生產。”
展開 威馬M7，沒有退路
M7是全球首輛安裝3部激光雷達設備的量產車。其配備的3部MEMS固態激光雷達，分別安裝在在前風擋中央與車頂連接處，以及兩側前翼子板靠近A柱位置。憑借3臺激光雷達，實現了車體前向330%的環視感知。
車輛的視覺傳感器系統，則由7顆800萬像素的高清攝像頭，以及4個環視攝像頭構成。
指向車體正前方執行遠視任務的高清攝像頭，最遠探測距離超過600米。而接近4K級像素成像能力，能夠精準識別行人、車輛、交通標識，及樁桶等不規則物體。
通過視覺傳感器系統將它與激光雷達相融合，M7在交由系統智能駕駛時，可通過豐富的傳感器陣列，實時構建車輛周圍環境，少數盲區，則交給環繞車體布置的毫米波雷達以及超聲波補盲雷達來填補。
當然，如此充沛的傳感器配置，特別是3部激光雷達330°環視這一設計，也使得車載智能系統對算力的要求變得空前嚴峻。
而威馬的解決方式，也著實地“暴力”和“徹底”——直接為自動駕駛域控制器，安裝4顆英偉達生產的Orin-X自動駕駛芯片（單顆254tops算力），從而使車載系統的算力達到的1016tops。
強大的感知能力以及充沛的算力，自然就為智能駕駛打下扎實的基礎。但始終無法忽略的是，強大的智能硬件，依然需要足夠出色軟件算法與之匹配，才能發揮出盡可能大的效果。
因此，威馬方面正不斷加大在智能駕駛算法中的投入。現階段，公司正致力于提高系統在日常高頻使用場景方面的性能，進一步拓寬對物體的識別范圍。
展開 激光雷達感知方案
固態激光雷達采樣數據
固態激光雷達一般將旋轉器件做到芯片中如MEMS方式，或者徹底取代旋轉器件，如OPA或FLASH方式。其采樣得到的高分辨率點云圖密度很高，下圖是一張MEMS固態激光雷達采樣的點云圖：
相比前兩種激光雷達能夠得到更多的目標特征信息。
由于機械式雷達的原理都一樣，所以我們用速騰聚創的產品進行機械式雷達感知方案的分析（絕非打廣告，只是資料相對多）；混合固態雷達的感知方案本文采用覽沃科技的產品做分析，因為小編工作上使用過他家的Horizon，MID-70，相對了解一些。
二、機械式雷達感知方案
速騰聚創的雷達產品包括機械式激光雷達，如RS-LiDAR-16、RS-LiDAR-32、RS-BPearl、RS-Ruby等；也包括固態激光雷達，如RS-LiDAR-M1。
采用以上激光雷達的組合可以提供應對中低速場景的LiDAR感知方案和應對高速場景的LiDAR感知方案。
1. 低速場景的激光雷達感知方案
1.1 硬件配置
采用單顆RS-LiDAR-16型號的16線激光雷達（或32線），安裝在車頂前方。適用于低速近距離50以內的障礙物檢測和跟蹤。
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ViCANdo新版本發布（PART1） | 點云庫（PCL）集成
激光雷達
隨著智能駕駛技術的發展，激光雷達迅速的進入工程師的視野，不管是機械式、MEMS還是純固態激光雷達，本質上是以一定的速度掃描照射區域，在此過程中激光雷達不斷的發出激光并接收反射信息。激光雷達的反射點信息包含了距離、時間和水平角度（Azimuth）等信息，同時結合激光發射器的固定垂直角度，即可以計算出反射點的坐標信息，每一次掃描中反射點的集合即為點云（Point Cloud）。而伴隨著激光雷達的高精度帶來的數據量爆發，點云數據的實時處理就成為工程師要面對的一大挑戰。
當前階段工程師處理點云的校準、分類和分割等任務。利用PCL（點云庫）我們可以實現抽取點云特征、處理目標分類、目標分割及可視化等需求。同時在處理點云數據的同時也需要同步的考慮其他信號的接入，如視頻、毫米波、各類總線信號等。
因此能否有合適的工具既可以同步的采集所需的各種數據，又能夠方便的支撐工程師去進行開發，就是智能駕駛開發工程師需要直接面對的一個問題。
點云數據實時處理
ViCANdo Suite是針對智能駕駛功能的開發和測試平臺，能夠同步的采集所需的各類數據，包括但不限于如下列表中的數據源，同時工具集成PCL（點云庫），工程師可以直接使用PCL來進行相關的開發。
展開 激光雷達66起融資背后
備注1：
目前，激光雷達市場仍處于百花齊放的階段，技術路線各異。
由于激光雷達的硬件制作過程中，掃描部件是成本最大也最關鍵的環節。該部件會直接影響激光雷達的性能。主流車載激光雷達依靠核心器件分類，可歸為三大類：
1、機械
激光雷達通過整體旋轉，對物體進行360度掃描。該路線在三者中最為成熟，有掃描速度快、抗光干擾能力強的優點。但存在成本高、視場角小、體積大和結構復雜等問題，多搭載于Robotaxi。主要供應商有Velodyne、Valeo、Luminar、速騰聚創、禾賽科技與鐳神智能等企業。
2、混合固態
激光雷達掃描模塊運動，但收發模塊不運動，進一步細分為MEMS、轉鏡式和棱鏡式三種路線。目前，主流車企在量產車上多采用混合固態路線的產品，技術成熟再進階到純固態激光雷達。主要供應商有Velodyne、Ibeo、Innoviz、Innoluce等企業。
3、純固態
掃描模塊與收發模塊均不運動，這一路線中主要有OPA和Flash兩種分支。因其沒有運動部件，成本更低、體積更小且可靠性更高。但純固態方案目前成熟度不高，大規模裝車產品有待進一步研發。
展開 智芯文庫 | 一文看懂激光雷達
根據結構，激光雷達分為機械式激光雷達、混合固態激光雷達和固態激光雷達。機械式激光雷達以一定的速度旋轉，在水平方向采用機械 360°旋轉掃描，在垂直方向采用定向分布式掃描以搜集動態信息；混合固態激光雷達 MEMS（微機電系統）微鏡把所有的機械部件集成到單個芯片上，利用半導體工藝生產，不需要機械式旋轉電機，而是以電的方式來控制光束；固態激光雷達分為 OPA 固態激光雷達和 Flash 固態激光雷達，其中 OPA技術原理與相控陣雷達類似，它由元件陣列組成，通過控制每個元件發射光的相位和振幅來控制光束，無需任何機械部件；Flash 面陣式激光雷達不同于以上三種逐點掃描的模式，它利用激光器同時照亮整個場景，對場景進行光覆蓋，一次性實現全局成像。
激光雷達結構分類
目前以 Robotaxi 等高級自動駕駛玩家為主的主流選手更傾向于選擇傳統的機械式產品。
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? 速騰聚創不僅擁有 32 線機械激光雷達產品 RS-LiDAR-32 的量產能力， 而且已經推出了 MEMS 固態激光雷達產品 RS-LiDAR-M1。此外， 公司早在 2016 年上半年便在硅谷部署研發 OPA 固態激光雷達。 2018 年 6 月，速騰聚創和菜鳥網絡聯合發布無人物流車 G Plus，其搭載了三臺 RS-LiDAR-M1 Pre，這是固態激光雷達首次應用于無人駕駛領域。
我們看到，國內的激光雷達廠商擁有不俗的技術實力，在各路技術路線混戰的行業背景下機會巨大。 但無論何種固態激光雷達技術路線，能否率先實現 L4+級車規量產是競爭焦點、是決勝的關鍵所在。
汽車傳感器產業鏈
展開 主流激光雷達分類及原理
機械旋轉式激光雷達
（圖源: Velodyne官網）
優點：
技術成熟
掃描速度快
360度掃描
缺點：
可量產性差：光路調試、裝配復雜，生產效率低
價格貴：靠增加收發模塊的數量實現高線束，元器件成本高，主機廠難以接受
難過車規：旋轉部件體積/重量龐大，難以滿足車規的嚴苛要求
造型不易于集成到車體
混合固態激光雷達
混合固態激光雷達用“微動”器件來代替宏觀機械式掃描器，在微觀尺度上實現雷達發射端的激光掃描。旋轉幅度和體積的減小，可有效提高系統可靠性，降低成本。
2.1 MEMS陣鏡激光雷達
MEMS振鏡是一種硅基半導體元器件，屬于固態電子元件；它是在硅基芯片上集成了體積十分精巧的微振鏡，其核心結構是尺寸很小的懸臂梁——反射鏡懸浮在前后左右各一對扭桿之間以一定諧波頻率振蕩，由旋轉的微振鏡來反射激光器的光線，從而實現掃描。硅基MEMS微振鏡可控性好，可實現快速掃描，其等效線束能高達一至兩百線，因此，要同樣的點云密度時，硅基MEMS Lidar的激光發射器數量比機械式旋轉Lidar少很多，體積小很多，系統可靠性高很多。
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