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揭秘华为激光雷达


揭秘华为激光雷达文章插图
来源：内容转载自公众号「佐思汽车研究」 ， 谢谢 。
华为最近展出了针对自动驾驶的一系列传感器 ， 包括双目摄像头、毫米波雷达和激光雷达 。 这次我们首先解密华为的激光雷达 ， 下次是双目摄像头 。
揭秘华为激光雷达文章插图
华为的保密工作一向是业内最好的 ， 因此别指望有太多公开资料 ， 因此突破口还是选在专利上 。 2020年7月2日 ， 世界知识产权组织国际局公布了华为的一项有关激光雷达的专利 ， 发明名称为一种激光雷达测量模组和激光雷达 。 这是华为激光雷达领域覆盖面最广的专利 ， 长达52页 ， 大多数中文发明专利不超过20页 。 华为专利申请详细说明了激光雷达的原理和构造 。 很有可能就是华为这款激光雷达2.0的详细介绍 。
在解密华为激光雷达前先了解一下激光雷达信噪比的概念 ， 任何传感器 ， 最重要的参数就是信噪比 ， 非相干激光雷达的信噪比SNR方程可以表示为：
揭秘华为激光雷达文章插图
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从上面公式可以看出 ， 要提高信噪比 ， 最简单有效的方法是提高接收信号光功率和量子效率 。 激光雷达按光学扫描器目前可以分为三大类 ， 一类是旋转型机械激光雷达 ， 包括360度旋转和反射镜往复的Scala ， 是目前最常见最成熟的激光雷达 。 第二类是MEMS激光雷达 。 第三类是Flash激光雷达 ， Flash激光雷达实际是2D/3D焦平面（FPA）摄像机 ， 也就是手机和平板领域大量使用的ToF相机 ， 两者完全一样 ， 只是有效距离差很多 。 Flash激光雷达全半导体构成 ， 与目前传统摄像头几乎没有差别 ， 因此前途远大 ， 但近期内落地较难 ， 因为目前VCSEL的效率和指向性 ， 让Flash激光雷达有效距离和分辨率都不及前两类 ， 顺便要说一下 ， 前两类激光雷达输出的是点云 ， Flash激光雷达输出的是3D图像 ， 当然也可以输出点云 。 目前高性能Flash激光雷达主要是IBEO和OUSTER 。 都对Beam做了调整 ， 不是单一Beam而是Multi-Beam 。
MEMS是目前最快落地的方案 ， 和机械激光雷达相比 ， 其优势有三 ， 首先MEMS微振镜帮助激光雷达摆脱了笨重的马达、多棱镜等机械运动装置 ， 毫米级尺寸的微振镜大大减少了激光雷达的尺寸 ， 提高了可靠性 。
揭秘华为激光雷达文章插图
英飞凌收购的Innoluce MEMS激光雷达示意图
其次是成本 ， MEMS微振镜的引入可以减少激光器和探测器数量 ， 极大地降低成本 。 传统的机械式激光雷达要实现多少线束 ， 就需要多少组发射模块与接收模块 。 而采用二维MEMS微振镜 ， 仅需要一束激光光源 ， 通过一面MEMS微振镜来反射激光器的光束 ， 两者采用微秒级的频率协同工作 ， 通过探测器接收后达到对目标物体进行3D扫描的目的 。 与多组发射/接收芯片组的机械式激光雷达结构相比 ， MEMS激光雷达对激光器和探测器的数量需求明显减少 。 从成本角度分析 ， N线机械式激光雷达需要N组IC芯片组：跨阻放大器（TIA）、低噪声放大器（LNA）、比较器（Comparator）、模数转换器（ADC）等 。 如果采用进口的激光器（典型的如Excelitas的LD）和探测器（典型的如滨松的PD） ， 1K数量下每线激光雷达的成本大约200美元 ， 国产如常用的长春光机所激光器价格能低一些 。 MEMS理论上可以做到其1/16的成本 。
最后是分辨率 ， MEMS振镜可以精确控制偏转角度 ， 而不像机械激光雷达那样只能调整马达转速 。 像Velodyne的Velarray每秒单次回波点达200万个 ， 而Velodyne的128线激光雷达也不过240万个 ， Velarray几乎相当于106线机械激光雷达 。


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