到底，最終誰能為自動駕駛行業(yè)帶來一款成本更低的、可能具有突破性技術(shù)和符合車規(guī)級要求的激光雷達，現(xiàn)在似乎還沒有答案。相比傳統(tǒng)攝像頭、毫米波雷達的歷史積累，這更像是一塊未開墾的處女地。

在過去的幾年時間，全球形形色色的激光雷達初創(chuàng)公司“此起彼伏”，有對標研發(fā)、也有獨創(chuàng)蹊徑，但到目前為止，除了法雷奧的Scala“嘗鮮”前裝，幾無他人。價格、性能、車規(guī)級要求，是所有初創(chuàng)公司的“心中梗刺”。

今年1月，總部位于舊金山的激光雷達初創(chuàng)公司Ouster Inc.，宣布推出一款64線激光雷達，價格是當時市場同類產(chǎn)品的1/6，隨后該公司又發(fā)布了一款售價3500美元的16線激光雷達，并進行了固件升級，使其旗艦激光雷達能夠在沒有攝像頭的情況下實時采集二維信號強度圖像和環(huán)境圖像。

但客觀看，Ouster的第一款64線激光雷達OS–1性能還無法和競爭對手Velodyne的HDL-64E相提并論，后者的最大測距比它多20%，精確度約為2厘米(約0.78英寸)，而OS1的精度僅為3厘米左右。但OS–1要比HDL-64E小得多，售價也僅為1.2萬美元。

而Ouster的第二款64線激光雷達OS–2的測距范圍達到200米，視場范圍15.8°。不過，OS–2 的尺寸更大，也更重，價格是2.4萬美元（是OS–1的一倍）。

當Ouster三年前開始開發(fā)OS-1時，相機的深度學習研究超過了激光雷達研究。激光雷達的精度等性能具有眾所周知的優(yōu)勢，但它缺乏原始分辨率和相機圖像的高效陣列結(jié)構(gòu)，并且3D點云仍然更難以在神經(jīng)網(wǎng)絡或硬件過程中編碼加速。

而OS-1激光雷達的一大優(yōu)勢，就是可以實時輸出固定分辨率的深度圖像，信號圖像和環(huán)境圖像，所有這些都不需要攝像頭。下圖是從OS-1輸出的實時圖像層。你從上到下看到的是環(huán)境，強度，范圍和點云，環(huán)境圖像捕獲樹木和車輛的陰影。

Ouster開發(fā)的光子計數(shù)ASIC具有極低的光敏度，因此即使在低光照條件下也能收集環(huán)境圖像。OS-1捕獲近紅外信號和環(huán)境數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)非常類似于相同場景的可見光圖像。

早些時候，Ouster還更新了開源驅(qū)動程序，將這些數(shù)據(jù)層輸出為固定分辨率的360度全景幀，以便客戶立即開始使用新功能，Ouster將提供基于VTK構(gòu)建的新的跨平臺可視化工具。

相比其他激光雷達采用與攝像頭融合的方式，由于OS-1在每個像素處輸出具有深度，信號和環(huán)境數(shù)據(jù)的固定分辨率圖像幀，因此能夠?qū)⑦@些圖像直接饋送到最初為相機開發(fā)的深度學習算法中。

近日，Ouster還宣布與數(shù)據(jù)標記公司合作，精確標記多層訓練數(shù)據(jù)，從而加速在自動駕駛汽車中部署激光雷達深度學習模型。由于Ouster的多光束Flash激光雷達技術(shù)輸出的環(huán)境圖像中每個2D像素對應一個3D點，使其數(shù)據(jù)標記合作伙伴可以輕松在2D和3D之間轉(zhuǎn)換。

Ouster公司由Angus Pacala（首席執(zhí)行官、聯(lián)合創(chuàng)始人，Quanergy Systems前總工程師）和Mark Frichtl（首席技術(shù)官，Quanergy Systems前工程師）創(chuàng)辦。

按照Pacala的說法，有別于Quanergy的技術(shù)路線，之所以自己選擇從機械式激光雷達切入，在于相對成熟。而未來，肯定是固態(tài)激光雷達。

在最近的一次采訪和一篇博客文章中，該公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人安格斯?帕卡拉(Angus Pacala)深入探討了該公司的技術(shù)，并闡述了該公司“截然不同”的激光雷達技術(shù)所帶來的一些未來可能性。

固態(tài)激光雷達，無疑是目前汽車制造商“翹首以盼”的，考慮到今年有許多公司對外宣傳他們自己的固態(tài)激光雷達產(chǎn)品（盡管這些產(chǎn)品還處于真正量產(chǎn)前的不同的完成階段），這種期待變得更加緊迫。

然而，Ouster希望再次與眾不同，因為它的技術(shù)在原理上不同于其他任何固態(tài)解決方案。這是因為使用了兩個定制芯片的獨特組合：一個垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)芯片用于發(fā)射激光器，一個光子雪崩二極管(SPAD)芯片用于在激光器反彈時檢測激光器。把這兩個芯片放在一起，就得到了一個“多光束Flash激光雷達”。

Pacala在他的博客中解釋說，“Flash”指的是“傳感器中的每一個像素都被激光照亮，同時快速收集光線，就像一臺帶閃光燈的相機”。換句話說，傳感器的每個像素都在同時發(fā)送和接收激光信號。

而傳統(tǒng)的Flash激光雷達使用“泛光”照明，這種照明會發(fā)出大量的光，其中一些光會浪費在探測器無法測量的部分場景上。相反，Ouster的解決方案用“精確的光點”或多光束照亮了場景。

第二個問題是VSCEL，大多數(shù)固態(tài)激光雷達使用邊緣發(fā)射器，“在(硅)晶圓片的平面上發(fā)射光——這意味著晶圓片需要切開才能暴露激光的發(fā)射面。”，這使得制造密集的激光器陣列變得困難，如果你想在一個小的封裝中獲得高分辨率，這一點至關(guān)重要。

而VCSEL，則是發(fā)射垂直于晶圓片表面的光，這意味著為了使激光發(fā)揮作用，不需要在任何特定位置切割晶圓片。而這反過來又使構(gòu)建密集的vcsel陣列變得容易得多。

Ouster在其OM-1激光雷達中使用的定制VCSEL芯片，大約有一粒大米大小。有專家推測，在一顆芯片上安裝數(shù)百萬束激光是可能的，就像英特爾(Intel)在數(shù)十億晶體管上所做的那樣。

Pacala認為，VCSEL陣列可以很好地沿著與數(shù)碼相機傳感器相似的路線發(fā)展，多年來，設計師們不斷地“在相同的空間中封裝更多的像素”。

這也意味著VCSEL陣列可以翻倍、四倍、十倍，而(規(guī)模或成本)不會發(fā)生任何變化。同時，VCSEL還有許多其他優(yōu)點，比如更小，更輕，更耐用，更快，更簡單，更節(jié)能。最重要的是，成本也低了一個數(shù)量級。

或許最重要的是，他相信這項技術(shù)正沿著摩爾定律的軌跡發(fā)展，因為VCSELs被廣泛應用于智能手機攝像頭和電腦鼠標等消費電子技術(shù)。這意味著隨著數(shù)千億顆芯片的規(guī)模制造，性能、體積和成本將在未來得到巨大改善。

這無疑解決了目前傳統(tǒng)激光雷達遇到的最大難點：成本受制于上游供應鏈的制約。

另一項關(guān)鍵部件就是SPADs（單光子雪崩二極管），一種低噪聲探測器，它足夠敏感，可以接收到單個光子。Pacala將大部分精力集中在SPAD在芯片處理方面的潛力所帶來的好處上。

他在書中寫道，已經(jīng)將SPADs直接構(gòu)建到半導體晶圓中，這使得它們能夠?qū)ⅰ按罅康男盘柼幚怼闭系健疤綔y器旁邊”的芯片上。

從本質(zhì)上說，這使得每個芯片都是一個激光探測器和處理器的混合體。OS-1的64線激光雷達中的激光器每秒計數(shù)并存儲1萬億光子到存儲器中，包括處理信號邏輯，每秒處理超過1000億次操作。任何一個研究3D數(shù)據(jù)的人都知道，未來的處理需求只會增加，所以這種集成芯片可能會非常有用。

Pacala估計，這些SPAD檢測器的改進速度將與與之配對的vcsel相當。他說，SPAD目前的效率約為2-5%，很快就會達到20-30%的效率，也許有一天會達到80%的效率。這使得640行分辨率的OS-1不僅可能，而且極有可能。

不過總的來說，Ouster也在突圍，而全球目前為止超過50家激光雷達初創(chuàng)公司都在翹首期盼。從傳統(tǒng)機械式激光雷達，到最終真正能夠大規(guī)模裝車量產(chǎn)的新型激光雷達，路還很長。