作者 / 陳念航
編輯 / 王德芙
出品 / 汽車之心
今年 CES，來自全球超過 40 家雷射雷達公司齊聚拉斯維加斯，各種形態的產品、不同的技術路線同臺爭豔。
很多公司在雷射雷達產品的價格層面拼起了刺刀，也有的公司在產品的體積、形態、性能方面精益求精。
當前主流的雷射雷達形態有「機械旋轉式」和「固態」兩種。
前些年因為「固態雷射雷達」技術的成熟度不夠高，「機械旋轉式雷射雷達」一直是業內的主要選擇。
如今，為了更適應汽車行業的要求，也為了降本增效，「固態雷射雷達」成為行業新寵。
但是，現在自動駕駛行業有一個比較尷尬的境況是：以往採用「機械旋轉式雷射雷達」的自動駕駛公司的感知算法是專門針對該類雷達進行開發的，當替換成「固態雷射雷達」後，其相應的感知算法需要推倒重來，傳感器方案也要重新考慮，這在某種程度上帶來了很大的技術遷移難度。
為了更好地解決這一問題，業內需要一種能夠「旋轉」起來的「固態雷射雷達」，結合兩種技術路線的優勢，在不進行大規模技術遷移的同時實現降本增效。
什麼是「數字雷射雷達」？
舊金山雷射雷達創業公司 Ouster 將這種形態的產品稱為「數字雷射雷達」（Digital LiDAR），這家公司已經將這一概念轉化成了實際的產品。
所謂「數字雷射雷達」，就是對雷射雷達進行全半導體化的設計，將原來雷射雷達產品內部的發射器、接收器等上千種光電器件固化到晶片之中，實現了「固態」的形式。
在此基礎上，Ouster 再在雷射雷達內部加入旋轉裝置，讓其能夠在 360 度方向上實現掃描。這就是所謂的「旋轉起來的固態雷射雷達」。
「數字雷射雷達」體積小、重量輕。比如 Ouster 中距離產品 OS1 系列在不到 400 克的重量內，可實現從 16 線到 128 線的解析度。
本次 CES，我們也發現了一個很有意思的應用：Flex G gate 公司將 Ouster 的雷射雷達安裝到了汽車大燈裡。這一應用的實現就是利用了 Ouster 雷射雷達小巧的特點。
CES 2020 開幕當天，Ouster 帶來了他們的全新產品：超廣角雷射雷達 OS0 和遠距離雷射雷達 OS2。
加上此前他們發布的中距離雷射雷達 OS1，這家公司的產品已經實現了自動駕駛、無人機、安防等應用場景的全覆蓋。
Ouster 創始人 Angus Pacala 還特意撰寫了博客文章來介紹他們全新發布的產品以及所謂的「數字雷射雷達」技術。
讓我們來一探究竟：
解鎖「數字雷射雷達」的能量
當馬克（Mark Frichtl，Ouster 聯合創始人兼 CTO）和我在 2015 年初創立 Ouster 時，我們便有了一個全新形態雷射雷達的設想——「數字雷射雷達」。
我們意識到，通過採用矽 CMOS 和集成大規模晶片的算力，我們最終可以使雷射雷達的價格與性能脫鉤，將質保年份指數級延長，向絕大多數客戶提供雷射雷達行業內具有競爭力的產品，滿足產業的需求。
今天的產品發布證明了這一願景，為我們服務的客戶邁出了巨大的一步。實際上我們還處於該技術路線的初期階段，還有很多令人興奮的進步和新功能將接踵而來。
我們正式發布第二代雷射雷達產品:
Ouster OS0：超廣角（FOV 95°），32/128 線Ouster OS2：遠距離（200m+）, 32/64/128 線新款 32 線和 64 線均可定製調整 FOV（視場角）以上所有型號的傳感器均已量產，現在公開接受訂單並且已經向早期客戶發貨。
OS0：95° 超廣角雷射雷達
紅外照相機下 Ouster OS0-128 線雷射雷達的 FOV 表現
OS0-128 是超廣角雷射雷達的一個重大突破。
OS0 95° 的垂直 FOV 和 128 線的解析度可以提供給客戶超清的可視性，為目標檢測和識別提供足夠的解析度。
結合小於 50cm 的盲區和最新的窗口堵塞檢測（window blockage detection）功能，OS0 非常適合於自動駕駛車輛、卡車環視和盲區檢測等應用。此外，OS0 也是很多類型室內機器人主傳感器的選擇。
對於感知或物體分類（object classification）需求較少的應用場景，Ouster 可以提供 32 線的 OS0。該規格傳感器可以使室內或室外機器人能夠以較高的速度精準識別並避開障礙物，只要用一臺 OS0 就可以取代之前使用多個傳感器的組合方案。
OS0 主要技術參數：
探測距離：50 米（80% 反射率）垂直 FOV: 95°解析度：32 線，128 線價格：樣品價 6000 美元，提供批量折扣OS2：遠距離、高解析度
Ouster 新發布的遠距離 OS2 雷射雷達的點雲演示
OS2-128 是 Ouster 所有產品中性能的頂端，與現有的最高解析度傳感器性能不相上下，但價格更便宜。
OS2-128 的光束在 22.5° 垂直 FOV 內以 0.18° 的角度均勻分布，完全滿足自動駕駛車輛和高空無人機的遠程高速感知需求。
OS2-128 使用專有的 ASIC 和單光子雪崩二極體（SPAD）探測器，利用雷射雷達測量雷射脈衝返回的光子形成影像，這項獨特的技術在雷射雷達行業是獨一無二的，並解鎖了一系列 2D/3D 轉換技術，為目標分類和分割提供了全新的技術思路。
OS2 主要技術參數：
探測距離：240 米（80% 反射率）垂直視場角：22.5°解析度：32 線、64 線、128 線價格：樣品價起始價為 16000 美元，可享受批量折扣自定義線束掃描方向的雷射雷達
Ouster 此次發布的 128 線雷射雷達採用均勻分布的線束模式，在整個 FOV 中保持一致的角度解析度。
16、32 和 64 線傳感器除均勻分布外，根據不同應用場景的需求，客戶可以選擇將線束聚集在視野的某一角度範圍內以獲得更高的角度解析度。
下圖是 OS1 可選線束分布示意：
OS1-16、32 和 64 線束分布選擇
Ouster 表示，旗下所有 16、32 和 64 線雷射雷達，除了標準的均勻分布模式，都可選擇以下任一線束分布模式：
漸變模式（Gradient）- 中間密集分布，向兩邊逐漸稀疏。水平向下模式（Below-horizon）- 在雷射雷達中心水平線下以均勻間隔排列的線束。將傳感器的垂直視野減少一半，將掃描區域的角度解析度提高一倍。密集模式（Tight-column）- 將光束集中在垂直 22.5°的 FOV 內。如果客戶的應用不需要寬 FOV，密集模式會減少冗餘信息同時大大增加核心區域的有效線束。「數字雷射雷達」的前景
數字雷射雷達是高解析度雷射雷達新的一章。
這項專利化的技術依賴於全半導體設計，用性能更好、成本更低、效率更高、價格更實惠的單晶矽晶片取代以往需要數千個元器件的模擬雷射雷達。
數字雷射雷達不同於現在其它機械旋轉雷射雷達，在各個方面都優於它將要取代的傳統技術。
Ouster 新的 128 線雷射雷達包含了一個基於下一代矽結構的 ASIC 晶片，其內部代號為「Whitney」，Ouster 用了兩年時間開發這款 ASIC，這是目前最先進的雷射雷達 ASIC 晶片。
Whitney 架構將單光子雪崩二極體（SPAD）探測器陣列直接集成在了晶片上，這一架構使 Ouster 的 SPAD 具有與上千萬顆電晶體一樣的數字處理能力，從而可以讓雷射雷達每秒鐘能夠處理超過 1 萬億光子，產生 260 萬個數據點。
結合 ASIC 先進的性能，Ouster 的雷射雷達還具有獨特的功能，如基於晶片窗口堵塞檢測（on-chip window blockage detection）技術、相機般的環境成像和先進的雷射編碼技術。
OS0、OS1 和 OS2 都對其雷射光源做了如下改進，將兩倍的雷射光源裝進一個不超過一粒米大小的晶片裡。這些垂直腔面發射雷射器（VCSELs）由於其體積小、人眼安全性、低製造成本以及在智慧型手機和消費電子行業的廣泛應用，被認為是最有前途的雷射雷達新興技術。
另一方面，由於整體數字設計和簡單的結構，Ouster 的雷射雷達非常牢固，已經超過汽車行業的衝擊和振動標準要求。另外，Ouster 的所有產品線都具有 IP68 和 IP69K 防水等級，是市場上所有雷射雷達傳感器中最高的。
對於「數字雷射雷達」的承諾，Ouster 才剛剛開始踐行。
成立四年的 Ouster 目前已經拿到了 4 輪融資，總額超過 9000 萬美元，團隊現有 150 餘人。手握著不俗的產品陣列，這家公司要開始大力拓展中國市場了。
2019 年年底，Ouster 已在上海成立辦公室，並與多家國內企業展開合作。接下來，就要看 Ouster 能否在競爭激烈的中國雷射雷達市場打開一片天地。
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