新一代激光雷达面世！自动驾驶汽车价格有望“平民化”
造就2018-04-20 19:23
自动驾驶汽车即将迎来黄金时刻，帮助它们观察周围环境的激光传感器也是如此。激光雷达（Lidar）每秒发射数百万激光点，测定激光反射回来所花费的时间，从而构建出车辆周围环境的3D地图。激光雷达的研发始于2005年，当时一个名叫戴夫·霍尔（Dave Hall）的人为DARPA自动驾驶汽车挑战赛开发了一套这样的系统。在随后的十多年里，如果想要自动驾驶汽车的激光雷达，Velodyne是唯一的选择。
然而，Velodyne的垄断地位在近几年遭到削弱。数十家激光雷达创业公司纷纷涌现，自动驾驶汽车制造商也各显神通。谷歌的兄弟公司Waymo花费大量时间和金钱，研发一种专有系统；通用汽车收购了激光雷达创业公司Strobe；为福特开发自动驾驶系统的Argo AI收购了Princeton Lightwave。
Luminar激光雷达装置的接收器可探测到反射回来的激光脉冲，如草莓种子般大小，价格仅为3美元
最新的挑战者是Luminar，这家硅谷创业公司已经与丰田和另外三家汽车厂商达成了合作协议。近日，Luminar宣布推出其最新的激光雷达装置，视角为120度（一套装置就足以看见车辆前方的情况，两套就能实现360度视角）。第一批产量只有100套，此后可达1000套，满足当前需求绰绰有余。也许，Luminar的激光雷达装置可以拉低生产成本，让自动驾驶汽车走进千家万户。
“到今年年底，我们的产量将足以装备全球道路上几乎所有的自动驾驶测试和开发车辆，”Luminar首席执行官奥斯汀·罗素（Austin Russell）说，“这不再是由光学博士手工制作，而是像样的汽车系列产品。”2012年，17岁的罗素从斯坦福辍学，把Luminar作为他的全职事业。
Luminar在光学工业中心奥兰多有一间面积约1.26万平方米的工厂，一套激光雷达装置的生产时间从大约一天减少到八分钟。在过去一年里，该公司员工人数翻倍，达到350人左右，还聘请摩托罗拉的产品专家贾森·沃贾克（Jason Wojack）领导其硬件团队，招募汽车业大型供应商哈曼的亚历桑德罗·加西亚（Alejandro Garcia）负责生产业务。
在产量方面，Luminar处于劣势。去年，为了提高产量，Velodyne开设了一家“巨型工厂”，生产了10,000个激光传感器。Velodyne总裁马塔·霍尔（Marta Hall）说，如果他们愿意的话，年产量可以达到100万。不过，大批量生产激光雷达的能力不足以确保胜利。
激光雷达是一种极好的传感器，比雷达更精确，比相机更具有环境适应能力，但缺点是太贵了。Velodyne最好的激光雷达拥有360度视角，测距范围为300米，售价高达7.5万美元。批发价要低一点，但仍然令人难以承受，哪怕是按照服务年限分摊费用的车队也负担不起。
在奥兰多工厂，Luminar生产一套激光雷达装置的时间仅为八分钟，而以前需要一天
Luminar用铟砷化镓而不是硅来制造激光雷达的接收器（其作用如同眼睛的视网膜），这使成本问题难上加难。想让激光雷达“看”得更远，就必须发射更强大的光脉冲，这样才能让光脉冲有足够的能量击中远距离的物体，并反射回来。大多数激光雷达都使用905纳米波长的激光。人类看不见这些激光，但如果人眼被能量足够强大的激光击中，视网膜就会受损。如果你想发射更强大的脉冲（好让激光雷达“看”得更远），又不想使人致盲，可以使用1550纳米波长的激光。这样的激光更深入光谱的红外部分，所以不会穿透人的眼球。
再来说说硅。用硅制成的接收器虽然价格便宜，但无法探测1550纳米波长的激光。用铟砷化镓制成的接收器可以，但价格要贵得多。因此，业内的普遍做法是使用硅，激光波长为905纳米，缺点是发射距离没有那么远。
罗素坚持使用能量更大的激光（1550纳米波长），因此就需要使用铟砷化镓制成的接收器。由此产生的结果是，他发射的脉冲能量是竞争对手的40倍，即使吸引了95%光线的极暗物体，他的激光雷达也可以隔着250米的距离探测到。他说，没有谁的激光雷达能在这么远的地方看得这么清楚。
奥斯汀·罗素（Austin Russell）
但说真的，铟砷化镓贵得惊人。罗素说，尺寸如同一大块薯片的接收器阵列价值数万美元。因此，Luminar决定自己研发。结果（现在是第七代产品）是如草莓种子般大小的接收器。（包括激光器和其他电子元件在内的整套装置横截面约0.05平方米，高约8厘米。）其中包含以秒为单位计算光子飞行时间的芯片。这种接收器的价格仅为3美元，既解决了成本问题，又提高了测距范围和分辨率。罗素没有透露整套激光雷达装置的确切价格，但他说客户非常满意。当自动驾驶出租车最终用上Luminar的激光雷达时，车费可能降低。
Luminar的研发团队也成功地增加了接收器的“动态感光范围”。就像瞳孔根据外界光线强度而放大一样，激光雷达接收器可以进行调整，以接受特定强度的脉冲（光子在反射回来之前飞行的距离越远，其强度就越弱）。如果设定的是接收微弱信号，但却被强得多的脉冲击中，接收器就会烧毁。“我们有无数个烧毁的接收器，”罗素说。目前的这套装置能应付更大范围的脉冲强度，一缕烟都不会冒。
与此同时，Luminar已经在研发下一代传感器。罗素说，下一代传感器的成本更低，可以用于消费级汽车，从而让这种视觉本领应用于日常生活。
翻译：于波
校对：其奇
编辑：汉岚
来源：Wired
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