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雷锋网按：2007 年 11 月 3 日，6 辆汽车创造了历史，它们成功地在模拟城市环境的测试场完成了自动驾驶测试，全程都没有违反加州的交通法规。值得一提的是，这 6 辆车里，有 5 辆都搭载了新型激光雷达传感器，而提供该设备的就是 Velodyne，不过当年的它可是一家音频设备制造商。
10 年之后，Velodyne 还在延续着传奇，它的产品依然是自动驾驶汽车的核心部件。不过有一点没改变的是——激光雷达的价格，它只是从非常贵变成了相当贵，离平民化的目标还有很远一段距离。
因此，Velodyne 和大批新崛起的激光雷达新创公司现在的主要目标就是改变这个尴尬的局面。
在本文中，我们将对激光雷达技术进行一次深入剖析。除了激光雷达的工作原理，本文还会讲解它所面临的挑战，毕竟想满足自动驾驶汽车的商用要求可不容易。
一些专家相信，打造出一台售价低廉的激光雷达最关键就是将传统的旋转式机械设计换成固态设计，这样能大量减少可移动部件，激光雷达不但结构和量产简单了，成本也低了。话虽如此，但没人知道要打造一台成本低廉的车用级别激光雷达还要花多长时间。
值得欣慰的是，所有专家都对此报积极态度。为此，他们还举了大量技术进步的例子，如计算器和防抱死系统，它们的售价都从高不可攀变得非常便宜，靠的就是大规模量产。显然，激光雷达也会重复相同的路径，也就是说，激光雷达的价格不会成为阻碍自动驾驶汽车普及的绊脚石。
生不逢时的激光雷达急先锋
*Velodyne 的 64 线激光雷达为自动驾驶汽车带来了曙光
上世纪 60 年代起，科学家们就开始用激光进行测距。当时麻省理工学院的一个团队就用激光测出了地球与月球之间的距离。不过，说到车载激光雷达技术，就不得不提 Velodyne 的发明家 David Hall。
21 世纪初的 Hall 是 Velodyne 公司的 CEO（也是创始人），当时这家公司主营音频设备。但私底下， Hall 是个不折不扣的机器人发烧友。
“我们的团队当时登上了 BattleBots 和 Robot Wars 比赛（均为机器人比赛）的舞台，借口是替 Velodyne 的音响做宣传。”Hall 在接受《连线》杂志的采访时说。
因此，当孕育了互联网的 DARPA（国防部高级研究计划局）又鼓捣出一个名为 Grand Challenge 的自动驾驶汽车比赛时，Hall 决定要参与其中。
在 2004 年的比赛中，Hall 和自己的亲兄弟一起“上了战场”，他们参赛的卡车安装了两颗摄像头。不过，这样简陋的配置可不能帮助他们获胜，甚至是完成比赛。可惜，当年那次比赛没有一辆车能笑到最后。
一年后的第二届比赛中，Hall 两兄弟抛弃了摄像头方案，转而用起了激光雷达。其他团队也换上了激光雷达，不过当时市场上的产品还相当原始。
那时候，最受欢迎的激光雷达是 SICK LMS-291，它只是一套 2D 激光雷达系统，也就是说它“视力”达不到 2.0，只能“看清”世界的一部分。
这套系统能帮赛车探测到类似墙和树这样竖立在地面的障碍物，不过如果遭遇到形状不规则的障碍物，如荒废的铁道，它还是会不知所措。此外，这套系统只能探测，不能识别，它不知道自己面前的是行人还是路标。
SICK LMS-291 的点云图（右）和 Velodyne 激光雷达的对比（左）
为了争取胜利，Hall 兄弟俩直接开发了新型激光雷达，他们将一台 64 线激光发射器安装在可以 360 度旋转的万向节上。这样一来，整套系统就能采集到真正的 3D 图像。
可惜的是，他们的赛车未能赢得当年的比赛，不过 Hall 兄弟俩开发的这套激光雷达却吸引了其它团队的注意力。在第三和第四届（最后一届）比赛中，Hall 成了激光雷达供应商。最后一届比赛中，6 辆完赛车辆中有 5 辆都用了 Velodyne 的激光雷达。
为什么对自动驾驶汽车来说激光雷达至关重要？
Uber 测试车用的还是旋转式激光雷达
在那之后，Velodyne 顺理成章升级为激光雷达市场的统治者。谷歌搜罗了大量当年挑战赛的参与者创建自动驾驶部门后，就用上了 Velodyne 的激光雷达，其他参与自动驾驶开发的公司也无一例外成了 Velodyne 产品的买主。
眼下，大多数自动驾驶汽车都会搭载三类传感器：摄像头、雷达和激光雷达。不过每个类型的传感器都有自己的“长矛”和“软肋”。
举例来说，摄像头能捕捉高清晰度的彩色照片，但它没有测距能力，在测量远距离物体的速度上也差点意思。
雷达测距和测速能力都不错，最近几年其成本也在不断走低。“当物体离车辆较近时，雷达效果确实不错。”休斯顿大学雷达专家 Craig Glennie 解释。“不过由于它使用的是无线电波，因此在远距离情况下雷达细节不足。”
激光雷达则兼顾了上述两款传感器的优势。与雷达一样，激光雷达测距能力非常强悍，有些激光雷达也有测速能力。同时，其分辨率也比雷达要高，这就意味着它能侦测到更小的物体，并且分辨出这些物体是行人、摩托车或是垃圾堆。
与摄像头不同的是，激光雷达在任何光线条件下效果都不错。
当然，激光雷达也不是完美的，它最大的槽点就是昂贵的价格。当时用在赛车上的 Velodyne 64 线激光雷达价格高达 7.5 万美元。直到近一两年，它则开发出了体积更小、价格更便宜的 32 线和 16 线产品，不过最低价格也得 7999 美元。去年年末，Velodyne 还推出了全新 128 线激光雷达，虽然性能异常强悍，但 Hall 也对这款激光雷达的价格三缄其口。
去年，Velodyne 宣称拿到了福特的大单，它要开发一款新型固态激光雷达，一旦进入大规模量产，价格能拉低到 500 美元以下。不过，Velodyne 并未公布福特详细的采购量和采购价格，至于这款固态激光雷达何时进入量产，现在还是未知数。
现在的 Velodyne 可一步也不能停歇，因为激光雷达市场的竞争实在太激烈了。
固态激光雷达的崛起
对汽车制造商来说，零部件当然越耐用越好，因此带有各种活动部件的激光雷达肯定在可靠性和价格上无法做到尽善尽美，比如 Velodyne 的旋转式激光雷达。
鉴于这种原因，很多专家相信，激光雷达想进军主流市场就必须切换成固态设计，不过这就需要新的装置将激光发射到不同方向以覆盖车辆周边环境。
眼下，研究人员拿出了三种主要的固态激光雷达解决方案：
第一种是基于微机电系统（MEMS），整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向。由于反射镜很小，因此其惯性力矩并不大，可以快速移动，速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到 2D 扫描模式。
现在研发 MEMS 激光雷达的主要有 Luminar 和 Innoviz 两家公司。此外，名为 Infineon 的激光雷达公司最近收购了 Innoluce，后者就是一家 MEMS 激光雷达新创公司。去年 10 月，国产激光雷达厂商速腾聚创公布了固态激光雷达 MEMS（微机电系统）和 OPA （相控阵）固态激光雷达最新研发进展。
MEMS 激光雷达的一大优势是传感器可以动态调整自己的扫描模式，以此来聚焦特殊物体，采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别，这是传统机械激光雷达无法实现的。
(来源：雷锋网)
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