车载激光雷达技术及应用进展
『第二十九届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』专题报道
——车载激光雷达技术及应用进展
从2017年到2019年，由麦姆斯咨询主办的『“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』已经举办了三年，我们与产业界人士共同见证了激光雷达的不同发展阶段。在经过2019年全球汽车产业“寒冬季”、2020年新冠病毒的冲击，今年的激光雷达产业何去何从？是进入稳步爬升的光明期，还是受困于低迷的汽车市场和严苛的车规要求？2020年9月10日，麦姆斯咨询邀请全球知名激光雷达技术厂商Ouster、LeddarTech、Innoviz、国科光芯、飞芯电子、北醒光子、镭神智能、速腾聚创、一径科技、禾赛科技，共同探讨激光雷达行业动态和技术趋势！
『第二十九届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』会场人气十足
1．主持人开场报告：滨松《车载激光雷达芯片的进阶之路》
滨松高级市场推进工程师张杰先生分析滨松车载激光雷达芯片的进阶之路
本场主持人滨松高级市场推进工程师张杰先生进行了题为《车载激光雷达芯片的进阶之路》的开场报告。张杰先生从“自动驾驶用激光雷达的落地路径、落地过程中的问题、滨松产品升级方向”三个方面，向在场观众宏观分析了中国自动驾驶激光雷达产业的机遇。张杰先生表示，从2018年到2020年，激光雷达产业从“建团队、作新品、拉资本、抢声量”的“强攻开拓”阶段，到2019年“产品性能迭代、应用端口试炼、积累批量经验、寻找差别优势”的“应用落地”阶段，到2020年升级为“供应链协作磨合、批量生产摸索、向高可靠性升级、高效成本压缩”的“迈向高可靠性量产”阶段！
2020年激光雷达产业进入迈向“高可靠性量产”阶段
为此，滨松公司一直坚持“高性能、高可靠性、能量产”三个着力方向，在2020年取得了不少可喜的进展：（1）半导体2号工厂将于2020年10月1日投入光电半导体器件的量产准备，化合物半导体工厂已经投入使用；（2）2021年预计取得车载激光雷达用传感器产品线认证（PIN PD、APD和MPPC等），在满足可靠、可批量生产前提下继续追求产品的卓越性能。
滨松已通过AEC认证的车载激光雷达用传感器产品举例
2．飞芯电子《关于iToF与dToF的讨论》
飞芯电子首席执行官雷述宇先生从技术角度深入分析iToF和dToF的优劣势
飞芯电子专注于车载固态激光雷达系统及其核心芯片、消费电子用3D传感器及其核心芯片的设计、研发与生产，致力于为用户提供以3D ToF接收阵列芯片为核心的一体化解决方案。在简单回顾了ToF技术在市场应用的发展历程后，雷述宇先生向在场观众分享了对Flash激光雷达的看法：（1）激光雷达具有测距和成像两种功能，其中就成像要求来讲，系统应该做到最简单，可靠性才能做到最高，那么Flash成像原理则是最佳选择；（2）激光雷达要求探测距离大于200米，Flash激光雷达常常因回波信号弱而被业界质疑，但问题本质并不在于此，信噪比和动态范围（受同类设备间干扰、环境光、近处物体反射光干扰等影响）才是最关键的因素，而这些问题可以从技术方面进行解决。
接下来，雷述宇先生重点讲解了飞芯电子对iToF和dToF技术及其应用场景的深刻理解。他分别从工作原理、分辨率、测距距离、距离分辨率、空间分辨率、抗背景光能力、抗干扰能力、多路径/串扰问题、发射光平均功率、总功耗、平均每个像素数据带宽、片内数据压力、算法矫正压力、多传感器融合难度等多个方面对iToF和dToF技术进行了比较分析。雷述宇先生分析了车载激光雷达对光电探测器要求的特殊性：激光雷达要求探测距离大于200米，因此对同类设备的抗干扰能力大大高于消费类激光雷达。最后，他总结道：技术不分优劣，每一种不同的技术都在不同的领域有不同的空间，只需要扬长避短的用好用对！
iToF和dToF工作原理对比
而谈到飞芯电子的选择和布局，雷述宇先生介绍飞芯电子同时研发了iToF和dToF两种技术的光电传感器，并同时布局消费电子领域、车载领域、智能安防领域和工业自动化领域等3D ToF热门应用。
飞芯电子iToF传感器产品系列
3．Ouster《数字激光雷达的现在与未来》
Ouster业务发展总监刘志刚先生分析SPAD为数字激光雷达带来的意义
刘志刚先生以计算机行业为例，阐述了数字化是人类技术发展的必然趋势。Ouster则是致力于将激光雷达数字化的先驱，于2015年开始研究用VCSEL为光源、SPAD为光电探测器的激光雷达方案，并于2018年推出第一代产品，产品一发布就在市场引起了极大的轰动。
刘志刚先生向在场观众介绍了Ouster数字激光雷达架构：2颗定制化芯片（VCSEL和SPAD）、2枚光学透镜和1个旋转平台，可以视其为一种特殊的Flash激光雷达。
SPAD是激光雷达数字化的基础
刘志刚先生进一步分析了Ouster数字激光雷达的优势：（1）数字激光雷达内部只有激光发射与激光接收两颗芯片，大大提高了性能，降低了价格；（2）数字激光雷达输出结构化数据，确保高分辨率，且每18个月分辨率将提升一倍，而不会引起成本、体积、重量、功耗的任何变化；（3）基于其独有的系统结构，数字激光雷达拥有更高的稳定性，带给用户更大的成本优势；（4）2D与3D数据的完美对应，大大提高了机器学习的效率，减少了数据标注的时间。
数字激光雷达输出：结构化数据确保高分辨率
4．北醒光子《激光雷达@2020秋》
北醒光子首席执行官李远先生介绍新款激光雷达Horn-X2优势
“通往量产，前装上车”是激光雷达企业对外宣传的亮点，也是激光雷达企业的内部目标。而激光雷达产品“通往量产，前装上车”的路径，李远先生分析有以下方式：（1）十年磨一剑：闷声憋大招；（2）天下文章一大抄：先模仿国外主流产品，然后再自主化。而北醒光子另辟蹊径，兼顾了“生存+创新”的需要，先把测距系统做成产品，然后量产，打磨技术和工艺，通过各种认证，最终上车。TF系列（测距模组）、CE30（测距测角模组）、Horn-X2（高性能测距测角模组）则演绎了北醒光子产品的演进路径。
北醒光子对第一代测距模组TF系列的精心打磨
李远先生为大家带来了北醒光子的好消息：2020年9月3日，北醒光子正式发布其激光雷达（LiDAR）测距模组已用于乘用车量产项目。基于在测距模组商业化中获得的工艺积累和质量安全校验，北醒光子将带来高性能长距3D激光雷达——角龙：Horn-X2。李远先生在会上向观众展示了Horn-X2的探测距离、垂直视场角、帧率、分辨率的测试效果，并表示可根据客户需求进行快速定制。最后，李远先生表达了对供应商的感谢：全供应链协作才是激光雷达企业的制胜王道！
北醒光子Horn-X2产品系列展示
5．LeddarTech《Flash激光雷达和全环境前融合感知解决方案》
LeddarTech客户经理程红雨先生介绍公司产品组合
程红雨先生从三个方面介绍了LeddarTech的Flash激光雷达和全环境前融合感知解决方案：（1）传统Flash激光雷达技术发展路径；（2）LeddarTech提供的完整解决方案；（3）LeddarTech前融合感知方案。
谈及Flash激光雷达与传统的机械式激光雷达的差异，程红雨先生做了详细的分析：（1）传统的机械式激光雷达输出为点云，而Flash激光雷达在水平方向的输出无任何空隙（在垂直方向也可以实现），因此Flash激光雷达可实现水平全覆盖、垂直覆盖率65%，相比之下16线机械式激光雷达的视场角覆盖率仅3.4%；（2）Flash激光雷达具有对极近物体的检测能力；（3）Flash激光雷达是纯固态技术，更容易通过车规认证；（4）Flash激光雷达具有超长MTBF（平均无故障工作时间），可减少客户运营期间维护成本；（5）Flash激光雷达的输出数据量少，降低了后端CPU算力要求。LeddarTech采用了混合方式的解决方案，比如在Flash激光雷达方案上再增加1D MEMS微镜来扩大视场角。
LeddarTech打造的汽车和移动出行激光雷达完整生态链
今年7月，LeddarTech收购以色列VayaVision，旨在为客户提供前融合感知方案。程红雨先生结合多个实测案例，给出了前融合感知的优势：前融合降低了整个感知架构的复杂度和系统延迟，对于算力、功耗和实时性有着很高要求的行车场景有着重大意义。因此，LeddarTech已经是一家既能提供激光雷达芯片，又能提供感知算法的完整激光雷达解决方案的企业。
LeddarTech前融合感知方案
6．国科光芯《重新认识硅基相控阵激光雷达》
国科光芯董事长刘敬伟先生为观众解释大众对OPA技术的认识误区
光学相控阵（OPA）技术一直受到激光雷达产业的关注，但一些不科学的报道导致了业界对其并不真正了解，甚至存在许多理解误区。国科光芯董事长刘敬伟先生在简单介绍OPA技术发展历史后，为大家剖析了硅光OPA技术的本质。刘敬伟先生引用美国ANALOG PHOTONICS公司2019年最新发布的一篇论文，向在场观众揭示了其中的关键技术：lens-free（无透镜），即将耦合、发射、准直、扫描、接收、光学滤波、探测、对准等功能集成到一颗硅光芯片，也就是一颗光子集成电路（PIC）。其中，外部光源经耦合后，由相位扫描阵列（Optical distribution network and phase shifters）对光源进行扫描；光学孔径（Aperture）则起到了准直器和接收器的作用，并保证与发射光源相位的完全对准。相比于传统的激光雷达结构，基于硅光芯片的激光雷达真正做到了小型化、固态化和数字化。因此，刘敬伟先生认为OPA只是激光雷达的扫描技术，国科光芯希望实现的是PIC激光雷达，实现低成本（不高于500元人民币）、工艺简单的激光雷达！
硅光芯片的本质：无透镜
最后，针对大众对OPA技术的认识误区，刘敬伟先生一一做了详细分析。首先，OPA芯片不仅仅是一颗扫描芯片，也不限于用于固态激光雷达；除了车载应用，还可以用于在消费电子、安防、工业/服务机器人等领域；OPA技术可以用于ToF激光雷达和FMCW激光雷达。其次，硅基OPA技术并不只适用1550 nm激光光源，而是覆盖从400 nm到2000 nm的光源。最后，针对业界对OPA技术所诟病的“OPA技术测量距离不够，栅瓣、旁瓣问题严重”，国科光芯已经实现平均线性输出光功率达瓦（W）级，耦合损耗小于0.5 dB，传输损耗小于0.1 dB/cm。
硅光OPA激光雷达优势
最后，刘敬伟先生分享了国科光芯的未来方向：（1）光源与硅光芯片集成，即将光纤或激光器芯片耦合，国科光芯自主研发窄线宽、快速可调、宽光谱激光器芯片已投片；（2）实现国内阵列最大、功能最完整的硅光芯片，目前商用CMOS工艺已经投片。
7．圆桌会议：国内外激光雷达企业思想激荡
本场研讨会的圆桌会议邀请到了国内外知名激光雷达企业，如加拿大LeddarTech、以色列Innoviz，以及中国禾赛科技、速腾聚创、镭神智能和一径科技共同参与。LeddarTech客户经理程红雨、一径科技联合创始人兼产品副总裁李云翔、镭神智能副总经理冯洪亮、速腾聚创合伙人兼研发副总裁篠原磊磊、Innoviz中国区总经理苏淑萍和禾赛科技高级商务拓展总监卢炜等企业家的思想激荡，赢得了在场观众的阵阵掌声！
六家国内外知名激光雷达企业畅谈对激光雷达产业的理解
话题一：这一年来对激光雷达行业最深刻的感受是什么？
禾赛科技卢炜先生：“务实”是对这一年来对激光雷达行业最深刻的感受。业内对L4级自动驾驶汽车商业化时间点推后，对L4级自动驾驶汽车市场规模的预测也趋于理性，这是因为大家对L4级自动驾驶技术的难度有了更为清醒的认识。客户对激光雷达的关注点也由过去的不计成本、只追求高性能的态度逐渐转变为满足车规级要求、量产成本等。
Innoviz苏淑萍女士：“一年里，全球激光雷达产业格局发生了变化”是对这一年来激光雷达行业最深刻的感受。中国的一些激光雷达企业已经脱颖而出（坐在我左右两家企业：速腾聚创、禾赛科技），这令大家非常开心！
速腾聚创篠原磊磊先生：“最近半年里，汽车OEM厂商对采用激光雷达的态度变得更为坚定”是对这一年来激光雷达行业最深刻的感受。2017年，当奥迪发布全球首款搭载激光雷达的量产汽车A8时，引发了汽车OEM厂商对是否采用激光雷达实现自动驾驶的思考；而2019年，以特斯拉CEO马斯克为代表的“激光雷达无用论”派别，再次引发了业界对是否需要激光雷达的争论。但最近半年，随着特斯拉汽车事故的频发，大家的认知加深，业内对采用激光雷达的态度已经明确，而且汽车OEM厂商能明确地提出对激光雷达性能的要求并清楚如何将其集成到整车上。整个激光雷达行业已经趋于成熟，对量产指标要求也更为清晰。
镭神智能冯洪亮先生：“激光雷达用于自动驾驶车辆是必然方向”是对这一年来激光雷达行业最深刻的感受。我们已经在为激光雷达产品性能、成本达到汽车前装要求方面做了很多努力。
一径科技李云翔先生：“前装量产、MEMS激光雷达渗透率增加、国内自动驾驶步伐加快”是对这一年来激光雷达行业感受的几个关键词。首先，越来越多的客户有明晰的前装量产计划，对激光雷达的要求从过去纯粹的性能要求逐渐过渡到安装于整车的细节要求（性能、可靠性、与整车的设计融合、车路协同等）。第二，从今年年初开始，MEMS激光雷达开始逐渐渗透，客户对MEMS激光雷达可靠性、点云质量、感知算法的认识不断加深。第三是国内自动驾驶步伐加快，今年下半年已经看到乘用车对激光雷达的部署、需求，落地时间点也越来越清晰。
LeddarTech程红雨先生：“从信心满满，到迷茫，再到坚定信念”是我从事激光雷达行业一年多的心路历程。特别是今年看到“华为万人研发激光雷达”（注：其实并没有万人，系媒体误解报道）的新闻后，我对这个行业更是充满了信心！目前，激光雷达产业处于“百家争鸣”的阶段。目前，激光雷达产业还未爆发，在创造价值的阶段，激光雷达生态链需要互相借鉴、合作、竞争，推动技术不断迭代、协同演进。目标是一起将激光雷达产业的蛋糕做大！
话题二：国外激光雷达厂商对中国激光雷达市场和国外（主要指欧美地区）激光雷达市场需求和发展趋势异同的看法。
Innoviz苏淑萍女士：总体来讲，中国激光雷达市场与国外激光雷达市场是趋同的。不过，中国客户对价格更为敏感，而且中国激光雷达市场竞争目前是最激烈。
LeddarTech程红雨先生：新冠疫情发生后，国外企业的发展速度可能会慢下来，而在中国却出现了一些新的需求，这被中国激光雷达企业敏捷地捕捉到。因此，今年中国激光雷达企业发展速度非常迅速。当然，中国客户确实对价格更为敏感。但Flash激光雷达已经在中国奠定了客户基础，这有利于LeddarTech中国地区的业务发展。
话题三：MEMS激光雷达至今未落地于量产车辆，其中的缘由有什么？
禾赛科技卢炜先生：MEMS激光雷达采用MEMS微振镜作为光束操纵元件，受其光学口径的限制，如果采用905nm激光则无法满足远距离测距的要求。因此，禾赛科技发布的MEMS激光雷达PandarGT 3.0选择是1550nm光纤激光器，但集成度和满足车规级尺寸要求方面还有许多挑战。
Innoviz苏淑萍女士：一方面是激光雷达技术的成熟度还不够（不仅仅是MEMS激光雷达，机械式激光雷达也有同样的问题），无法满足车规级要求。另一方面，因为激光雷达的供应链也不成熟，导致元器件价格偏高，激光雷达成本难以下降，与OEM厂商对激光雷达价格要求还存在差距。
速腾聚创篠原磊磊先生：MEMS激光雷达在车载应用方面确实还不成熟。对于汽车来讲，激光雷达是融合了最多高新技术（如光学、机械、电子、人工智能……）的新产品，因此从实验室走向车载应用需要很多测试、验证、改进。速腾聚创的MEMS激光雷达历经三四年的开发调试，目前还不能完全满足车规级要求，但很快会有实质性的进步。
镭神智能冯洪亮先生：MEMS激光雷达用于汽车，还处于不断磨合、不断提高性能的过程，包括温度适应性、震动可靠性等方面的要求。
一径科技李云翔先生：我们的MEMS激光雷达技术有潜力满足客户的车规级要求，因此一径科技正在与客户一起以车规级要求为出发点，为客户正向开发激光雷达产品。2019年，很多客户对MEMS激光雷达的认识还不足，但今年大部分客户已经认识并认可了MEMS激光雷达。
接下来，各位企业代表分别就企业的最新进展、未来规划等方面与在场观众进行了分享。圆桌会议环节向大家传递了国内外知名激光雷达企业家的最新理解，相信在场观众都会能从中捕捉到激光雷达产业的最新动态！
圆桌会议：倾心分享的嘉宾，认真感悟的观众
结束语
如果说2019年激光雷达产业环境“有点冷”，那么2020年激光雷达产业已经感受到了春天的气息。随着激光雷达被赋予过高的期望期、泡沫化底谷期成为过去时，目前业界对激光雷达的认识已经非常理性而明确，整个激光雷达产业链企业也更加务实。2021年，期待如本场研讨会上演讲嘉宾的分享，国内外激光雷达企业将推出更多的车规级量产产品。届时，让我们再次相聚深圳，关注自动驾驶赛道上各家激光雷达企业的进程！
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