君不見，法國Tier 1 Valeo還在生產機械旋轉式Lidar，已在奧迪A8量產車中使用；華為低至數百美元的小體積量產Lidar已在蔚來ES8上進行測試；
ESPROS Photonics的OHC15L在使用高性能CCD改善距離與噪聲的權衡，實現前所未有的Lidar靈敏度；禾賽科技發布了128線新一代全距離超高可靠性Lidar Pandar128；Xenomatix在嘗試將固態閃光Lidar與無視差2D單色攝像頭結合使用……
文︱立厷
圖︱網絡
12月12日晚，北京航天橋附近一小區，一輛特斯拉Model S突然失控，以80km/h的速度撞向居民樓，車頭鑽入陽臺底部。這樣的類似事件已不止一次。
埃隆 馬斯克（Elon Musk）卻還在固執己見，扮演著雷射雷達（Lidar）終結者的角色，不管是幾D的，他都不屑一顧——不然怎麼讓車降價呢？
又很蹊蹺：小區內慢速行駛，撞到這麼大的障礙物，不應該呀！
在自動駕駛（AD）中不願使用雷射雷達（Lidar）也是無獨有偶，英特爾旗下Mobileye年初發布了一項新技術——測試車僅搭載EyeQ5晶片和12個攝像頭來代替Lidar。馬斯克肯定會說：正合我意！不過，Mobileye EyeQ5也不太便宜。
事實上，十幾年來，Lidar技術有了長足的進展，更成為了一個展現技術創新活力的秀場。
Lidar及其幾種形態
Lidar是一種遠程探測和測距方法，其工作原理與雷達非常相似，它發射紅外光脈衝而非無線電波，測量光擊中附近物體後返回的時間。輸出雷射脈衝和反射脈衝之間的時間使Lidar根據光速精確計算出到每個物體的距離。Lidar每秒捕獲數百萬個這樣精確的距離測量點，以生成環境的3D矩陣。關於物體位置、形狀和行為的信息可以從這個環境綜合地圖中獲得。
Lidar工作原理
作為一種傳感器技術，LiDAR能以高解析度直接測量距離，並形成一個網格，其中每個網格單元都有一個與其相關的特定距離。由於其工作頻率很高，波長比傳統雷達短得多，所以能提供比雷達更高的角度解析度，從而更精確地識別物體的邊緣。因此，LiDAR有助於自動駕駛車輛能夠看到世界、做出決策和導航。
在半自動和全自動車輛採用傳感器技術組合中，雷達提供恆定的距離和速度測量，以及卓越的全天候性能，但缺乏解析度，難以在較遠的距離繪製更精確的細節。常用於汽車的攝像頭可提供高解析度的2D信息，但必須依賴強大的人工智慧（AI）和相應軟體將捕獲的數據轉換為3D解釋；環境和照明條件會對攝像頭技術產生重大影響。
相比之下，Lidar可以在短距離到遠距離提供精確的3D測量數據，即使在惡劣的天氣和光照條件下也是如此。該技術可以與其他知覺數據相結合，為車輛環境中的靜態和移動物體提供更可靠的表示。因此，Lidar技術已成為一個高度可用的解決方案，有助於障礙物檢測、避免碰撞和安全導航。如今，Lidar已用於許多關鍵汽車應用，包括高級駕駛員輔助系統（ADAS）和自動駕駛。
Lidar的主要優點：
解析度和精確度：產生瞬時、大量測量數據，可以精確到1釐米
3D映射：其數據很容易轉換成3D地圖來解釋環境
低光性能：不受環境光變化影響，在低光照條件下表現良好
速度：其數據是直接距離測量，不需要破譯或解釋，可以實現更快的性能，減少處理要求
自動駕駛汽車不可或缺的組成部分
Lidar的市場機遇
自動駕駛需要Lidar來補充和完善現有的汽車傳感器套件（攝像頭視覺、雷達和超聲波技術），為需求強勁、體量大的Lidar的普及創造了一個新的、快速增長的機會。
據華爾街估計，2015年至2025年，自動駕駛技術的研發投資為1,300億美元，到2026年，汽車Lidar市場每年將接近4,000萬臺。在電氣化和遠程連接之前，AD是目前汽車新技術最重要的投資領域。
全自動（SAE L4和L5）車輛的大規模市場部署是一個長期目標，需要集成Lidar技術。然而，在接下來的十年裡，L2+和L3（ADAS和半自動駕駛）乘用車有望成為商業化部署最多的汽車，並且很可能代表著汽車Lidar最重要的機會。
每個級別自動駕駛Lidar應用率
通過追蹤目前市場上100多家開發3D Lidar模塊的公司發現，多數公司的業務定位是汽車Tier 2。由於自動駕駛技術發展的預期，汽車Lidar市場非常活躍，已成為百家技術供應商廝殺的戰場。一些公司在推出汽車級產品方面取得了巨大進展，也有公司因想像過於樂觀而夭折。可以說，有多少公司，差不多就有多少種3D Lidar技術，的確是百花齊放。
從技術諮詢公司IDTechEx的統計來看，近15年來，3D Lidar技術從無到有，經歷了2016年入場公司數登頂的風光，現在已進入技術積澱淘汰階段，再想進入這個市場已經不太容易，因為它已經飽和。
進入3D Lidar市場的新玩家數量
降低成本，你方唱罷我登場
經過幾代硬體的發展，雷達體積越來越小，重量越來越輕，相比90年代末採用微波雷達的捷豹XKR「雷達價位堪比豪車」的時代，成本已不到十分之一。經過幾十年的使用證明，雷達是成功的，現在所有級別的車輛都依靠這項技術提供主動安全功能。
市場調查公司TMR發布的報告顯示，2018-2026年間，全球車載Lidar市場規模預計將增長到20億美元，年複合增長率將達35%。但該報告也指出，雖然過去幾年Lidar的成本開始下降，但目前價格仍然非常昂貴，說起來容易做起來難！
要想實現高級別自動駕駛，Lidar是深度感知層面重要的傳感器之一。目前，市場上主流的方案為機械式Lidar和固態Lidar，不過，這些方案的成本一直居高不下。「現在，L4自動駕駛改動成本約為8-10萬美元，在改裝第一代自動駕駛時大概花了兩百萬人民幣。」一位業內人士透露。其中，Lidar是公認最花錢的地方之一。
早前Lidar行業都沉迷於機械旋轉設計，Velodyne是這個市場的「統治者」，其機械式Lidar成了多數自動駕駛公司的標配。但Velodyne的產品價格昂貴，讓其他廠商有了發展機會。
技術都是以採用為目的，沒人用就沒有收入，企業便難以為繼。由於LiDAR技術不如雷達成熟，所以比視覺解決方案昂貴十幾倍。目前16線束LiDAR約4千美元，64線束高達8萬美元，相比之下，攝像頭硬體成本才幾百美元。成本制約了LiDAR在當今量產汽車市場的廣泛應用。目前，大多數OEM都認為3D Lidar對自動駕駛汽車的安全運行至關重要，也在與Lidar技術供應商合作。
可以說，整個行業都在為降低成本而努力，不過，這條路充滿坎坷。創建於2003年的低成本LiDAR探索者，以色列的Oryx Vision希望通過更低成本的產品來實現LiDAR商用。2019年8月，儘管獲得了6700萬美元的資金，該公司仍不堪Lidar市場激烈競爭而宣布停止運營。執行長WeLingstein WeLingstein表示：「市場發展不及預期，我們做了很多考慮，投資者也準備繼續投資，但是我們知道Lidar行業正成為了一個充滿各大巨頭的行業，我們是一家小公司，很難繼續運營並獲得投資回報。」這正是Lidar市場現狀的一個縮影。
WeLingstein
該公司的創新技術是一種可以接收光線細小和超高速信號的納米天線材料，與其他光電探測器不同，它不受波長限制，可以實現低成本產品。據此，公司開發了全球第一款相干閃光汽車LiDAR。它沒有任何運動部件，採用納米天線技術來替代光電探測器，通過高解析度掃描周圍環境獲取光點的距離和速度信息。
行業分析人士指出：「我們認為Oryx Vision專利中不尋常和複雜的Lidar結構可能是其難以為繼的主要原因。工作波長為10微米的『相干閃光』技術是普通和經濟高效的雷射器無法產生的波長。」
Oryx的主要競爭對手也是以色列研發低成本小型固態Lidar的Innoviz，其目標在自動駕駛汽車中實現大規模商用。Innoviz比Oryx晚入市13年，開發和商業化基於MEMS反射鏡光束控制的汽車級3D Lidar。過去三年裡，Innoviz融資2.75億美元，已經與寶馬等多家OEM及三星網聯汽車和無線電技術子公司哈曼國際等建立了合作關係。現在的問題是，它最終能否獲得商業應用。
Omer Keilaf
Innoviz聯合創始人兼CEO Omer Keilaf認為：「長期來看，Lidar的作用可能會高於攝像頭。」他的理由是，對於自動駕駛汽車，任何機器所做的決策都需要用不同的傳統冗餘系統來監測物體。但在許多情況下，雷達無法監測到小物體，因為它們的解析度不高，有時候無法監測到前面的汽車。
他解釋說，Lidar價格昂貴、解析度低；攝像頭解析度高，但是單純像素沒有意義。如果只是一個像素，就沒有辦法利用它監測到物體，需要很多像素的結合才能理解物體是否會造成困擾。這取決於攝像頭或它背後的處理器是否能夠監測和做出判斷。但是如果Lidar的每一個像素都包含很多信息，甚至比攝像頭還多，情況就大不一樣了。
此前的InnovizOne就是這樣一款產品，解析度和攝像頭一樣高。10月，公司又推出了新一代產品InnovizTwo。
解析度高還要低成本
Omer Keilaf表示：「針對L3自動駕駛，OEM通常只願意為Lidar付1,000美元；對於L2車型，他們只願付400到500美元。」新款InnovizTwo的設計相比InnovizOne在L4無人駕駛計程車使用的產品性能更好。不過，當前市場需求是可以支持解放雙手的L2+或L3系統的低成本Lidar。因此，Innoviz在傳感器設計中平衡了性能和成本，在維持或優於原有性能的同時，將成本降低了70%，解決了行業應用的一個重大瓶頸。「這樣，就可以讓更多汽車OEM提供安全的L2+，同時以最高效和安全的方式為L3鋪平道路，」Omer Keilaf說。
小型固態Lidar安裝更為靈活
據介紹，除雷射器外，Innoviz擁有全部自動駕駛智慧財產權，包括ASIC、雷射器、光束控制機構和光電探測器。因此，InnovizTwo能夠以更低的成本提供比之前更好的性能。Innoviz的軟體利用從Lidar獲得的豐富數據，再加上專有的最先進AI算法，可以提供卓越的場景感知，以及自動升級的ASIL B（D）解決方案。
還有一家成立於2012年的加州初創企業Quanergy，因為汽車行業開發了世界上第一臺光學相控陣（OPA）3D Lidar而聲名鵲起。2016年，該公司的估值為10億美元。
Quanergy的S3是業界唯一100% CMOS固態Lidar傳感器，採用業界首創的OPA技術和價格合理且可擴展的CMOS矽工藝，通過獨特的電子束控制，無需任何運動部件，從而提供抗振動能力，同時具有超過100,000小時的MTBF，以及運輸行業所需的低成本。其緊湊型傳感器可無縫集成到車輛設計中，為目標檢測、分類和跟蹤提供豐富的數據，並實現多種功能的自動化，包括卡車排班、ADAS應用（車道偏離/變更警告和前/後碰撞警告）、自動代客泊車，以及在地理圍欄區域的自導航。
不過，近年來，隨著Quanergy在汽車行業面臨的挑戰和市場延遲，公司已將注意力轉向了非汽車市場，如測繪、安全、智慧城市與智慧空間、社交距離、工業、運輸等。
3D Lidar的頂流公司
頂流，除了最大的，有流量的也是。
Velodyne：2005年進入Lidar市場的最著名頭部企業，是實時環繞視野Lidar傳感器的發明者。其標誌性產品是用於自動駕駛測試車輛的HDL-64（64線）旋轉式機械Lidar。
旋轉式機械Lidar開始落伍
汽車Lidar市場正在超越現有旋轉式機械技術，Velodyne也在朝著微型Lidar陣列（MLA）技術發展，以保持在汽車Lidar市場上的強勢地位。2017年，Velodyne發布了第一款MLA產品全固態VelarrayTM，2019年又發布了VelaDomeTM。VelaDomeTM用於近距離操作，而VelarrayTM提供遠程目標檢測。新的汽車非旋轉技術採用128路VCSEL光源。它基於905nm ToF。1月，Velodyne甚至推出了一款售價100美元的小型Lidar（Velabit），分別提供60度和10度的水平和垂直視場。Lidar以10-20Hz的頻率旋轉，據稱可以看到100m@80%反光。
微型固態Lidar開始走俏
11月，Velodyne的突破性固態傳感器Velarray H800面世，採用Velodyne突破性的專利微型Lidar MLA製造，結合了遠程感知和廣闊視野，專為ADAS和自主移動應用中的安全導航和防撞而設計，支持從L2到L5自動駕駛和ADAS的進步，涵蓋了ADAS的所有功能，從車道保持輔助和自動緊急制動，直到最高水平的自動駕駛。
Velarray H800緊湊、可嵌入的外形設計巧妙地安裝在卡車、公共汽車或汽車的擋風玻璃後面，或者無縫地安裝在車輛外部。它將以不到500美元的目標價格大批量生產，以推動消費和商用車市場的廣泛採用。
Velodyne的CEO Anand Gopalan表示：「Velarray H800對汽車OEM非常重要，原因有三：首先，它是專為大批量汽車應用設計的，得到了主要OEM客戶的反饋，利用了Velodyne的全球高質量製造合作網絡。其次，我們的專有技術和經驗加上製造能力，能夠以對汽車OEM經濟合理的價格提供傳感器。第三，世界需要增強消費類車輛的安全性，而Velarray產品線可以為最終消費者提供更安全的汽車。」
Anand Gopalan
·LeddarTech：成立於2007年，是這個市場上的另一大玩家。雖然它提供Lidar模塊，但其核心技術是LeddarEngineTM 25納米系統晶片（SoC）和軟體，這是其長期技術戰略的重點。SoC是為ToF Lidar設計的，可以主模式或從模式驅動（如果系統中有另一個時鐘主機，如MEMSLidar）。該公司最近推出了LeddarTM PixeL 3D閃光Lidar模塊，針對城市環境中的近距離檢測和盲點覆蓋進行了優化，加強了公司在自動駕駛市場的地位。
LeddarTech執行長Charles Boulanger認為：「OEM正急切地等待汽車級Lidar解決方案的可用性，需要最佳的性價比，以實現量產車輛的高水平自動化。我們的創新的傳感器融合和感知技術，有助於實現更安全、更高效復的自動駕駛。」他還指出：「雖然機械式掃描Lidar在AD系統原型製作中被證明很流行，但它有幾個缺點需要解決。」
Charles Boulanger
他解釋說，機械式掃描Lidar可以通過物理旋轉雷射/接收器組件，或使用旋轉鏡控制光束，在360度範圍內收集數據。其強大的準直雷射和高度聚焦的光學元件將返回信號集中在探測器上。雖然它們提供了環境的詳細地圖，但其高昂的價格（即數千到數萬美元）、複雜性、可靠性問題和大尺寸使其成為汽車商業部署沒有吸引力的選擇。
固態Lidar vs.機械式
他認為，固態設計、無需機械式掃描已被公認為提供大眾市場汽車Lidar解決方案的最佳途徑。沒有移動機械零件的構造，在生產上更具成本效益，具有大批量生產和商業可行性。特別是閃光Lidar，可以提供完整、即時的場景照明。它使用比點雲方法少得多的數據來獲取對對象的增量洞察，從而實現高效處理。
LeddarTech的Lidar技術
除了成熟度和可用的軟體外，汽車Lidar掃描平臺的開發人員也可以進入相應的生態系統，包括生產Lidar掃描系統所需組件並通過認證的其他知名製造商，幫助Tier 1和系統集成商開發自己的Lidar掃描系統。這種雙贏的合作關係利用各自的核心競爭力縮短了上市時間，降低了總體風險，最終使OEM受益。
汽車Lidar掃描平臺
新老玩家的PK
Livox（覽沃）：成立於2016年，是被公認的中國新玩家，它是由著名無人機OEM大疆建立的。公司策略是提供令人信服的價格，迫使行業整合。這是一個誘人的策略，因為現在有如此多的參與者和技術，且大多數產品都太貴了，而且只承諾未來降低成本。
2020年初，其為L3/L4自動駕駛設計的高性能Lidar Horizon（浩界）面世，它具備寬廣水平視場、260米探測距離、高點雲密度及便於嵌入車體的小巧體積，價格僅為同等性能Lidar的1%（6499元）。Horizon的視場接近於矩形，可實現360°全視場覆蓋，更適合自動駕駛車輛使用。其技術和成本優勢將幫助自動駕駛商業化量產落地。
Horizon 360°全視場覆蓋
傳統機械式Lidar的掃描路徑隨時間重複，而浩界採用獨特的非重複掃描方式，掃描路徑不會重複。視場中被雷射照射到的區域面積隨時間增大，視場覆蓋率隨時間推移而顯著提高。在積分時間為0.1s時，浩界的覆蓋率即與傳統64線Lidar相當；隨著積分時間持續增加，浩界的覆蓋率還將繼續提升至近100%。這樣就可以檢測並使用視場內更多細節，清晰呈現每一個角落，有效避免漏檢，讓自動駕駛更安全可靠。
獨特的非重複掃描方式顯示更多細節
年中，面向高速自動駕駛車規級Lidar Tele-15（泰覽）推出，是首款500米量程車載Lidar，價格8,999元。它採用以往只用於高端專業鏡頭的大口徑雙面非球面鏡片，解決了長焦距光學設計中常見的光斑離焦問題，將產品的探測距離大幅提升至500米；即便面對反射率低至10%的物體，探測距離仍可達320米。它甚至還支持定製版固件，將可探測量程極限提升至1000米。
超長距離車規級Lidar
Livox市場戰略總監李賀認為：「高精度、高穩定性、高性價比是乘用車智能駕駛的『第三隻眼睛』，Lidar必須幫助解決傳統ADAS系統無法逾越的誤報、誤判及靜態障礙物識別困難等功能缺陷。」
據介紹，2019年公司開始聚焦自動駕駛、機器人和智慧城市三大場景，已在智能駕駛方面與多個客戶達成合作，預計2021年下半年可實現量產落地。憑藉優越性能、價格及可量產性，Livox已快速贏得自動駕駛行業內多家頭部廠商的認可。作為一家憑藉獨特旋鏡式固態技術打入市場的Lidar廠商，Livox背靠大疆強大的研發、採購及生產實力，成功打破了傳統機械式雷達高成本、低可靠性及不可量產等瓶頸。
·Ibeo：已有22年歷史的德國公司，是世界上最早開始為汽車應用開發LiDAR傳感器的公司之一，也是將LiDAR技術引入量產汽車的先驅。今年7月，Ibeo成為中國長城汽車全球首家固態Lidar供應商，其新研發的ibeoNEXT固態Lidar將應用於WEY品牌的SUV車型。
由於使用了半導體技術，LiDAR不再有運動部件。新的ibeoNEXT可以並行處理許多雷射脈衝，創建一個環境3D模型，以識別護欄和車道標記、汽車、騎自行車的人及行人的位置和運動。
用於環境感知的ibeoNEXT融合系統由兩個主要組件組成：LiDAR傳感器和電子控制單元（ECU）。傳感器採用11.2度或60度光學元件（目前正在開發32度和120度光學元件），根據應用不同，用戶可以選擇安裝。ECU採用用於處理數據的專有Perception軟體。通過可視化軟體可以顯示集成的點雲、強度圖像和3D對象跟蹤。ibeoNEXT的獨特功能是可以額外生成環境的強度圖像，這使它可作為黑白攝像頭使用。這便是「4D Lidar」的由來。
ibeoNEXT融合系統
Ibeo執行長Ulrich Lages博士認為：「從車規和成本角度看，多線數機械旋轉式Lidar面臨著挑戰。雖然它的確可以獲得更大的視場角，但收集的點雲數據越多，對計算資源能力的要求也就越高，同時還要解決額外的供電和散熱問題，所以存在應用瓶頸。」
Ulrich LagesIbeo博士
他指出，汽車需要的高解析度並不是全環境的高解析度，要做的其實是發現哪些是真正影響行駛的路面目標。就像人開車時，聚焦區域也只有5°，Lidar不必達到全視野「清晰」，聚焦區域外的陰影變化就足以支持Lidar做出判斷。用於自動駕駛的Lidar應該智能鎖定那些會對車輛產生影響的目標物，並把足夠多的解析度分給這個目標物。
他還表示：「對於未來的自動駕駛Lidar，Ibeo會把更多精力放在下一代雷達技術的研發。在『該關注什麼』這件事情上實現足夠智能。目前，滿足未來L4、L5自動駕駛的傳感器還沒有出現，需要不斷的技術迭代。」
2017年，Ibeo在中國的合作夥伴曾透露，Ibeo LUX四線系列一般在10萬元級別，量產後主機廠拿到的價格應該在人民幣3000元以下。看來量產的確是降低成本的關鍵！
未來，還將是五花八門
文章又長了，只好收筆。預計未來十年，3D Lidar在汽車市場的應用將會加速。而未來一段時間，汽車Lidar市場仍然將是五花八門、精彩紛呈。
君不見，法國Tier 1 Valeo還在生產機械旋轉式Lidar，已在奧迪A8量產車中使用；華為低至數百美元的小體積量產Lidar已在蔚來ES8上進行測試；
ESPROS Photonics的OHC15L在使用高性能CCD改善距離與噪聲的權衡，實現前所未有的Lidar靈敏度；禾賽科技發布了128線新一代全距離超高可靠性Lidar Pandar128；Xenomatix在嘗試將固態閃光Lidar與無視差2D單色攝像頭結合使用……
未來，讓我們一起見證各種Lidar技術的興衰！