作者 | Xingwei
起原 | 辣笔细姨（ID:XingweiSteven）
【导读】比来Velodyne挑起的激光雷达LiDAR专利之战成为了业界热点。能够说在严苛的主动驾驶系统中激光雷杀青为一种弗成替代的传感器。今天让我们具体聊聊激光雷达LIDAR是怎么回事。
什么是激光雷达LIDAR
激光雷达LiDAR的全称为Light Detection and Ranging激光探测和测距，又称光学雷达。
激光雷达的工作道理：对人畜无害的红外光束Light Pluses发射、反射和领受来探测物体。能探测的对象：白日或黑夜下的特定物体与车之间的距离。甚至因为反射度的分歧，车道线和路面也是能够区分隔来的。哪些物体无法探测：光束无法探测到被遮挡的物体。
↑激光雷达LiDAR示意图
车用激光雷达工作道理就是蝙蝠测距用的回波时间（Time of Flight，缩写为TOF）测量方式。但要知道光速是每秒30万公里。要区分方针厘米级其余正确距离，那对传输时间测量差别率必需做到1纳秒。要如斯正确的测量时间，是以对应的测量系统的成本就很难降到很低，需要使用巧妙的方式降低测量难度。
是不是感觉很高深难懂？我们直接看动画吧。
↑激光雷达LiDAR工作道理
经由扭转的机械镜面测量激光发出和收到回波的时间差，从而确定方针的方位和距离。因为激光雷达自动发射激光，是以受情况光转变的影响小，测距正确。
什么是激光雷达LIDAR的手艺要害
↑典型激光雷达LiDAR系统构成
典型激光雷达LiDAR系统构成括激光发射光源、领受器、伺服电机、斜面镜和光学扭转编码器（又称圆光栅）。
↑激光雷达LiDAR要害部件
激光雷达LiDAR要害部件按照旌旗处理的旌旗链包罗掌握硬件DSP（数字旌旗处理器）、激光驱动、激光发射发光二极管、发射光学镜头、领受光学镜头、APD（雪崩光学二极管）、TIA（可变跨导放大器）和探测器。个中除了发射和领受光学镜头外，都是电子部件。跟着半导体手艺的快速演进，机能慢慢提拔的同时成本敏捷降低。然则光学组件和扭转机械则占具了激光雷达的大部门成本。
激光雷达LIDAR的应用挑战
a. 绕不开的根蒂专利
↑Velodyne激光雷达LiDAR根蒂专利
第一大挑战就是绕不开的Velodyne根蒂专利。此次专利大战的主角Velodyne能够说是美国当局经由主动驾驶挑战赛一手培植起来的业界老迈。2007年Velodyne申请的根蒂专利US7969558囊括了几乎所有高精度激光雷达所需的根蒂手艺。其实并不是针对国内的禾赛和速腾聚创，国外的谷歌Waymo和Uber都被拉进了专利之争。而禾赛今朝已经在北美是仅次于Velodyne的激光雷达供给商。而速腾聚创则是国内出货量最高的激光雷达企业。可谓名高引谤。
↑Velodyne激光雷达LiDAR根蒂专利细节
该根蒂专利不光包罗了主流的基于伺服电机机械扭转光学组件，并且包罗了之前提到的特别旌旗处理道理。经由正确的激光发射时长掌握，来将对回波时间的测量转化成单元单子时间进光量的测量。从而在提高精度的同时降低设计难度。
b. 居高不下的成本
最早由谷歌提出的主动驾驶汽车基于置于车顶的360度机械扭转激光雷达实现。它的机能非常好，然则响应的也具有成本过高（几千美元级别），体积大、外部可见等劣势。
是以激光雷杀青本问题亟待解决，固态化成为大势所趋。
激光雷达LIDAR市场应用若何
1. Velodyne激光雷达汽车应用
↑Velodyne激光雷达成长路线
Velodyne激光雷达普遍应用于主动驾驶的测试车型中。最早谷歌提出的主动驾驶汽车就是基于置于车顶的机械扭转激光雷达产物实现的。它其实就是来自Velodyne公司的64波束激光雷达。而这款产物当初价钱惊人的跨越了7万美金。如图，从左至右离别为Velodyne的64波束、32波束以及16波束激光雷达产物。
2. 法雷奥SCALA激光扫描传感器汽车应用
↑奥迪A8(参数|图片)配备的低成本激光扫描传感器
奥迪是今朝独一量产L3级别主动驾驶车型的整车厂。为了应对激光雷达量产的挑战，奥迪找到了一种更小巧的激光扫描传感器方案。全新奥迪A8保险杠处的一个圆弧状传感器是小型化激光扫描传感器。在外形不需扭转的前提下能够达到145度的水平视角，80米远的探测距离。其激光二极管每秒可发射近10万次红外线脉冲，掌握系统会凭据红外线脉冲的反射情形较量出前方物体的具体概况。
激光雷达LIDAR将来成长偏向
↑激光雷达LiDAR将来成长偏向
将来经由半导体手艺取代本来的机械扭转部件和光学组件将是业界主流。在绕开根蒂专利的同时能够大幅降低激光雷达的成本。个中高机能长距离激光雷达将专注于基于半导体的微机械镜头掌握激光发射光束的扫描。而中距离低成本方案则朝向固态Flash激光雷达的偏向成长。领受部门为半导体光学探测阵列。经由雷同摄像头的领受点整，在采集图像的同时记录方针的距离信息。
综上所述，激光雷达手艺正跟着主动驾驶的鼓起引起普遍存眷。然则绕不开的根蒂专利和居高不下的成本带来诸多挑战仍急需解决。无疑半导体手艺将鞭策激光雷达快速成长。让我们拭目以待吧。
(*本文为AI科技大本营转载文章，转载请关联作者)
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