激光雷达的发展

1. 激光雷达的发展

随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来，并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化，如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长，以致于不适应当前信息社会的需要，也不能满足“数字地球”对测绘的要求。LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展，源自1970年，美国航天局（NASA）的研发。因全球定位系统（Global Positioning System、GPS）及惯性导航系统（Inertial Navigation System、INS）的发展，使精确的即时定位及姿态确定成为可能。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合，形成空载激光扫描仪（Ackermann-19）。之后，空载激光扫瞄仪随即发展相当快速，约从1995年开始商业化，目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪，可选择的型号超过30种（Baltsavias-1999）。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射（multiple echoes）的观测值，测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。

2. 激光雷达系统的技术发展

随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来，并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化，如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长，以致于不适应当前信息社会的需要，也不能满足“数字地球”对测绘的要求。LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展，源自1970年，美国航天局（NASA）的研发。因全球定位系统（Global PositioningSystem、GPS）及惯性导航系统（InertialInertiNavigation System、INS）的发展，使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合，形成空载激光扫描仪（Ackermann-19）。之后，空载激光扫瞄仪随即发展相当快速，约从1995年开始商业化，目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪，可选择的型号超过30种（Baltsavias-1999）。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射（multiple echoes）的观测值，测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。

3. 中国激光雷达为何能短时间内逆袭成为“阶段性领跑者”？

中国的激光雷达属于一种信号探测，应用在各个行业的各个领域，其中有很多汽车就采用了激光雷达的技术，之所以中国的激光雷达能够在短时间内逆袭成为阶段性的领跑者，主要是在以下方面做的非常优秀：
中国的激光雷达具有很高的距离分辨率。这一点在全球其他国家是没有的。中国在研究激光雷达，最初时就已经考虑到了距离的问题，观察其他国家的激光雷达，有的因为距离太远，激光雷达的分辨率降低，而且速度也会有所下降，因此中国在研究激光雷达时就非常注重距离，以至于在后续的发展中，雷达的距离已经达到了数百米。

中国的激光雷达还运用了其他的高科技手段。雷达反射过来的信号会在相应的仪器上呈现出多角度多维度的图像，这些图像所含有的信息量是非常丰富的，而且也可以直接获取激光雷达所在位置和被反射物体之间的距离。呈现图像的仪器就是中国研发的高科技手段，不仅能够呈现多角度的图像，还可以把图像的各个细节展现的淋漓尽致，确保在远距离之外的物体能够被准确的观测到。

中国的激光雷达成为阶段性领跑的根本原因在于激光雷达无时不刻不在工作。相较于其他国家的毫米类型的雷达，激光雷达，无论是对人体上的探测还是对其他物体上的探测，都要比普通的摄像头和毫米类型的激光雷达传播的距离更远，反射过来的信号更强。

也正是有了以上几个因素和高科技，才使得中国的雷达在短时间内就迅速成为了全球比较顶尖的雷达技术。在以后的发展时间中，中国的激光雷达还将向更快更高更强的阶段发展。

4. 激光雷达“量产风口”已至

  对于激光雷达的态度， 汽车 产业越来越清晰，大规模量产应用时间点也已临近。 
    大陆集团近日宣布，将收购激光雷达技术开发商AEye Inc.的少数股权，以便将其自动驾驶 汽车 技术更快地应用于量产车。 
   成立于2013年的AEye，此前开发了一种远程激光雷达系统，可以探测300多米外的车辆和200多米外的行人。
   大陆集团希望这笔投资将增强其目前已经推出的短程激光雷达技术，该产品计划在2020年底投入生产。
   在过去的15年里，很多公司一直在积极改进激光雷达技术，特别是在不同技术路线、尺寸和成本方面。
   然而，一些先天缺陷可能永远无法解决，比如激光雷达无法“看到”形状以外的任何东西。比如，需要借助摄像头来识别道路标记和标志。
   相反，同样的道理也适用于激光雷达与摄像头、毫米波雷达的相对优势，比如感知精度。
   “大陆集团的投资将有助于提供性能、可扩展性、包装、可靠性和安全性，这些都是将新技术推向市场所必需的。”AEye首席执行官布莱尔•拉科特(Blair LaCorte)表示。
     更远的探测距离，更高的分辨率，意味着激光雷达可以在整套感知组件发挥关键作用，尤其是应对中高速自动驾驶。
   这意味着，大陆集团需要弥补现有量产技术的弊端。 HFL110是该公司已经推出的 汽车 级三维闪光式（3D Flash）全固态激光雷达。 
   这款激光雷达，专为短距离（

5. 先驱者（3）中国激光雷达企业逆袭记

[汽车之家 技术]? 在上篇《先驱者》系列文章中，我们拉开了自动驾驶领域传感器的大幕（先驱者（2）机器视觉领域的中国挑战者），那么本篇文章我们将继续之前的内容，继续跟大家聊自动驾驶中关于传感器的话题。
 相比上一章摄像头的内容，这次我们将带大家了解一个更神秘和小众的领域——激光雷达。
文章看点：
激光雷达“鼻祖”竟是家音频生产商？
10万美元的激光雷达竟被1000多美元的国货吊打？
中国激光雷达在世界上处于什么水平？
○走进激光雷达的世界
 激光雷达在我们的认知中，确实是一个比较神秘的传感器，无论在报道或者书籍中介绍它的资讯也不多，在汽车传感器领域我们普遍谈的都是摄像头、毫米波雷达等等（坦白地讲这方面大众也不是很了解产业现状）。
 这样的情况既有好处也有问题。好处就是长时间的技术沉淀让传统传感器的价格得以下降，同时不同传感器都可以按照可预见的技术路线稳步进步；问题则是凸显在传感器本身的效果上面，比如超声波雷达会受到距离的限制，毫米波雷达目标识别有难度，而摄像头则是鲁棒性不足。
 摄像头其实对外界的色彩、形状都很敏感，所以我们经常把摄像头比作人类的眼睛，但是摄像头对距离信息有一定缺陷，在距离判断上会产生问题。
 这些问题在L2驾驶辅助上面可能并不明显，毕竟L2的主要驾驶者还是人，但到了以车辆为主的L4级自动驾驶，传感器的问题就变得十分突出了，因此需要引入额外的传感器进行互补，激光雷达作为可以全天候情况下（极端的雨雪情况也会产生影响，但不受夜间影响），可以获取外界距离、方位、高度、速度、形状甚至姿态的传感器就进入了我们的视线。
○激光雷达爆发前夜
 激光雷达本身并不是一项新技术，早在1917年爱因斯坦就提出了激光的理论基础，之后在1960年美国加州休斯实验室完成了世界上第一台激光器的制造，从此之后激光就开始进入到各个领域。
 美国海军在1992年的作战演习中也展示了激光雷达对目标识别的能力，后来美国海军陆战队还试验过手持激光雷达，士兵可以携带一枚激光雷达，在黑暗环境下采集周围的影像。
 总的来说，激光雷达在军事上拥有十分广泛地应用场景，美国军方也在致力于推进激光武器的发展。无独有偶，一场由美国国防部高级研究计划局（DARPA）发起的挑战赛在另一个领域促进了激光雷达在民用领域的发展。
 但前几届的情况是：没有一个挑战者能完成这个比赛。这里面既有硬件的问题也有软件的问题。
 Velodyne最早在1983年成立，成立之初是一家音频设备生产商，Hall先生是这家公司的CEO。作为一名CEO，他同时也是工程师，平时最大的爱好就是创新。参加DARPA挑战赛的初衷就是一个工程师对科技的兴趣使然，不过可惜的是之前的比赛都以失败而告终，而单线激光雷达的成功让他发现了激光雷达的潜力，同时他还将单线激光雷达拼装在一起，并在2006年打造出64线的激光雷达。Velodyne也就是从这个时候开始，开始慢慢转变为专业的激光雷达生产商。
『Velodyne64线激光雷达』
 可以这么说，从2004年DARPA挑战赛之后，激光雷达在自动驾驶方面的应用才慢慢进入人们的视线，但因为成本、技术、生产等因素的制约，一直到2015年之前，激光雷达更多是作为科研产品的存在。本质上讲，还是因为自动驾驶的火爆，才最终推进了激光雷达的发展，所以说在2015年之前，激光雷达并没有真正的商业化（哪怕是Velodyne），少得可怜的出货数量、技术壁垒过高的生产技术以及复杂组装工艺带来的长时间生产周期严重制约了它的发展。
○走向竞争的中美企业
 真正的转折点在2015-2016年。当时平静的自动驾驶市场再起涟漪，谷歌阿尔法围棋机器人在围棋人机大战中击败世界冠军——韩国棋手李世石，人工智能这个话题再次被炒热，而引申出来的自动驾驶也再次进入我们的视线。人们开始意识到，随着人工智能的进步一发展，自动驾驶或许不再是百年后的未来。另一方面，资本市场也开始在背后推波助澜，车企巨兽们开始悄无声息地的布局市场。
 自动驾驶的火热犹如一块大蛋糕砸在了Velodyne的头顶，准确地说是在砸在了激光雷达行业的头顶，一机难求是当时很常见的场景，甚至出现过自动驾驶公司恳求Velodyne货源的故事。
 可以这么说，传感器领域一直秉承着：从无到有，从有到优，从优到精的发展过程。在激光雷达市场的前期，美国企业确实起到了绝对的领导作用，不过从2016年起，初生牛犊不怕虎的中国激光雷达企业开始对Velodyne进行围猎。这其中涌现出一批十分出色的企业，比如速腾聚创、禾赛科技等等。
 其中速腾聚创是国内最知名的激光雷达企业之一，相比Velodyne，速腾聚创的成立时间显然并不长，虽然在国内属于最早进行激光雷达开发的头部公司，但从整体的时间线上看并不占优。这家公司能迅速得到车企和自动驾驶公司的青睐必然有其独到之处，在我看来主要有三个方面：成本、技术和服务。
 美国激光雷达企业的产品生产同样如此，Velodyne即使有大量的订单，也很少去加班生产，工厂人会按部就班的上班、下班，甚至会有延期交货的情况出现。
 人工成本低的第二个表现在于充裕的技术工人储备。在广东地区拥有非常完善的光电研发生产体系，因此拥有很多技术工人，他们的素质相对较高，通常有从事半导体、光电产品的生产加工经验，比如东莞、宝安等地区，这样中国的科技公司在招收技术工人方面并不是难题，那么在没有技术瓶颈的前提下，通过增加工人来实现销量的突破是非常轻松的。
 这就是生产上的优势，同时也是中国完整工业体系带来的利好，在美国政府鼓吹“让制造业重回美国”的今天，中国拥有完整的工业体系是前人为我们留下的宝贵财富，正是有了这些基础，我们才能在更高的舞台上有一席之地。
 除了生产方面的优势，第二个竞争点在于激光雷达本身的技术。在激光雷达领域有这样一个说法：七分靠设计、两分靠工艺、一分靠供应链。一颗激光雷达最初的设计决定了它是否可以成功。
 这类激光雷达对于机械旋转机构精度、可靠性要求高，硬件内部的每一条线都有一对激光发射器和接收器组成，为保证精确测距，需要保证激光在完成这100-200米的路程后，刚好能让发射出去的激光要被成对的接收器收到，产品难度较高；目前订单量较小，激光雷达都是采用手工制作，需要将发射和接收模块进行精密光学对准装配，工作繁复，工作量大，大批量生产难度大。
 以前Velodyne的64线激光雷达就是这种类型，64个发射器集成在一个板上，工人需要对每个激光发射器进行调试，这需要大量的时间，完成调试后还需要重新检测，如果出现问题还需要重新调试；另一方，激光发射器采用点胶的安装工艺，也就是胶水连接，这进一步增加了出现问题的几率。因此要从设计之初进行改进，比如由点胶变为螺丝固定，不使用那么多发光源而改为采用微振镜的方式进行扫描等等，都可以降低生产难度。而这也发展出一系列其他类型的激光雷达，比如我们目前经常听到的固态激光雷达，这种雷达就是采用MEMS微振镜技术的激光雷达。
 因此单从产品上看，速腾聚创可以和Velodyne进行完全正面的交锋，从实际情况上也确实如此，速腾聚创从成立之初便一直和Velodyne进行价格战。要知道一直以来Velodyne的激光雷达都是以价格昂贵著称，而通过速腾聚创等国内企业的价格战，激光雷达市场的价格确实在拦腰斩似的下降。
 早期Velodyne的128线激光雷达单价可以达到10万美元，而如今速腾聚创等中国玩家的进场直接拉低的整体的售价。
 速腾聚创在今年年初发布的125线固态激光雷达售价仅有1898美元（13383人民币），而在前段时间，华为也表示要开发100线激光雷达，并且要在未来将实现让激光雷达成本降至200美元（约1391人民币）。即使是Velodyne也开始针对自己的产品进行降价，在今年CES上，Velodyne就发布了一款名为Velabit的激光雷达，它的售价仅有100美元。
 价格越来越便宜的激光雷达意义重大。首先，它降低了车企和自动驾驶企业的成本，促使车企可以大批量采购，并加快自动驾驶的发展；其次，低价格的激光雷达让L2或者L3级自动驾驶使用这种传感器成为可能，而激光雷达又因为其本身的性能，进一步提高了L2和L3级自动驾驶的稳定性，可谓是一举两得。
 速腾聚创的最后一个优势在于服务。邱纯潮先生之前表示，速腾聚创提供的不仅仅是一个激光雷达，而是智能传感器，其中智能两字让速腾聚创的服务有了质的改变。速腾聚创一直坚持的本质是将激光雷达硬件和软件结合起来，有点类似苹果公司的味道。
 正是由于速腾聚创的这些特点，使得这家公司可以快速的发展，同时开始快速蚕食不同的市场。比如自动驾驶初创公司，亦或者是传统车企，这大大压缩了美国企业的生存空间，也为顶级制造商Velodyne的败走麦城埋下了伏笔。
○中国激光雷达的高光时刻：Velodyne败走麦城，中国企业乘风破浪
 2019年，一则来自Velodyne裁员的消息在网络上流传，作为激光雷达的鼻祖级公司，出现裁员现象并不寻常，果然随后Velodyne表示退出中国市场，同时取消中国的技术和销售团队，这意味着Velodyne基本放弃了中国市场。
 一汽、阿里菜鸟、AutoX等目前在自动驾驶研发过程中，都选择了速腾聚创的产品，可以说Velodyne退出中国市场确实是中国激光雷达企业的一次强力围猎。
○中国企业眼中的激光雷达未来
 关于激光雷达的未来，速腾聚创也有一些自己的理解。
 首先是不起眼的低速物流场景，速腾聚创从供应商的角度看，低速无人化来得远比我们想象中更快。在2017年的时候，京东就已经在清华大学、中国人民大学等进行了无人配货车的试运营，其中传感器的供应商就来自速腾聚创。
 除此之外关于最近火热的Robotaxi，速腾聚创认为火爆的背后是资本的推动，从他们的角度看其实还要有很长的一段时间才可以实现。现阶段来说，取消车内安全员这一步都非常困难，邱纯潮先生就认为Robotaxi成熟还需要十年。
 至于激光雷达的未来，随着大疆、华为的入局，市场竞争势必会更加激烈，邱纯潮先生认为这不仅是挑战，更是一种促进，促进着中国企业不断进步，同时也能让中国企业在世界上具有更强的竞争力。
 编辑点评：这篇文章我们正式进入到了自动驾驶最先进的传感器领域。未了能更好的呈现专业厂商对激光雷达的理解，我们专门奔赴深圳采访到了速腾聚创的COO，因此本文的很多论点都来自邱纯潮先生。可以看出，中国在激光雷达领域确实比较争气，中国企业在这场科技制高点的争夺赛上并没有落后，当然传感器销量出色的背后是自动驾驶的蓬勃发展，只有在自动驾驶领域做出持续性突破，未来才会有更多可能。
 下一篇，我们将继续带大家了解激光雷达，我们将更详细的介绍激光雷达的生产、试验，近距离带大家感受科技的魅力。（图/文 汽车之家 冷晓阳）

6. 激光雷达系统的简介

激光雷达LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。

7. 激光雷达系统的介绍

激光雷达LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。

8. 激光雷达的介绍

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。