激光雷达向“芯”而行

激光雷达向“芯”而行
2021年10月14日 17:54 铅笔道pencilnews

前不久,有媒体报道称,特斯拉在美国佛罗里达州一辆Mdoel Y工程测试车上装载了激光雷达传感器。作为自动驾驶感知领域视觉派的坚定守护者,马斯克最终也难逃“真香”定律。

激光雷达技术作为一种重要的数据采集和环境感知技术,已经在测量测绘、自动驾驶、数字孪生、环境监测等多领域得到应用。在“十四五规划和2035远景目标纲要”中,数字中国建设被重点提及,激光雷达技术或将在数字化建设中迎来更广阔的应用场景。

面对数字中国建设这一宏大的时代命题,激光雷达技术将如何为其赋能,激光雷达技术的普适化应用面临哪些亟需解决的难题,带着这些疑问,记者采访了北科天绘创始人、总工程师张珂殊,听他详解激光雷达技术的现在与未来。

北科天绘总工程师张珂殊

练就"慧眼”感知世界

“激光雷达技术最突出的特点就是能够快速、准确地获取大量的三维点云数据,从而立体感知真实世界。如果说摄像头是“眼睛”, 那么激光雷达就是一双更具观察力的 '慧眼',能够更加精准地感知世界。“ 张珂殊解释道。

张珂殊既是北科天绘的创始人、总工程师,也是国内激光雷达领域的技术大咖,他在激光雷达技术研发领域深耕了二十余年, 自2005年以来, 更是带领北科天绘科研团队取得多项国际领先、国内首创的突破性成绩。

在交谈中,张珂殊特别强调,目前激光雷达技术在测绘行业得到广泛应用, 但其可施展的领域却远不止于此。 “激光雷达传感器化是一个重要的发展方向, 所以我们应该把激光雷达看作是感知世界的一种手段,而不仅仅是一个测绘工具。只有这样,激光雷达技术才能真正成为洞悉世界的“慧眼”,这也是北科天绘一直努力的方向和目标。“张珂殊说道。

经过十多年的创业,现在北科天绘已经是国内少有的具有独立知识产权的能生产激光雷达相关设备的供应商之一。

“目前主流的激光雷达扫描方式主要分为机械扫描、 OPA ( 即光相控阵)和MEMS (即Micro-Electro-Mechanical System, 也叫做微电子机械系统)三种, 这三种方式各有利弊。“ 张珂殊介绍道。

他认为,并不需要太艰深的物理知识就能将利弊解释清楚。比如,机械扫描方式结构简单,有广泛的适用性,但是不适用于高动态场景,难以进行车规级应用。

OPA则是由于光的特性, 导致其被搭载在车上时容易受到大气端流干扰。张珂殊举例说: “物理实验中的双缝干涉就可以解释这一影响, 只要屋子空气对流强一些, 干涉条纹就会波动和削弱, 应用在OPA上也一样, 干扰一多就会导致相位扫描不再可靠。”

而MEMS从字面上理解, 其具有微米量级的工艺特点, 难以去适应毫米级的扫描镜面进行高频振动扫描。

张珂殊说: “  激光雷达需要参照两个主要的技术发展路线:第一是数字相机,既要学习它的技术发展脉络,也要学习商业成功经验 ; 第二要学习微波雷达, 既要学习技术发展史, 也要知道驱动技术发展的最终方向是什么 。”

向"芯”而行,开拓应用蓝海

近年来,随着激光雷达技术在多领域的应用和推广,人们对于其的讨论也日渐增多。但张珂殊认为,激光雷达产品及其技术的应用,目前仍限于特定场景,大众化应用和更深层次的商业价值仍有待开拓。

激光雷达技术要实现传感器化,真正成为感知世界的重要手段,还需要解决诸多问题,首先就是成本。激光雷达价格过高让车企和消费者都承担不起, 部分高端三维激光扫描设备的市场价格达到数十万甚 至上百万, 而普通车规级小型激光雷达的价格也在万元以上。这种价格比起大众传感器的目标定位价格还存在差距。

受限于机械零部件的使用寿命,机械激光雷达的可靠性和稳定性也不尽人意; 此外, 体型大、难以过车规、工艺繁复、生产效率低等都是机械激光雷达大规模生产的瓶颈。

张珂殊告诉记者,目前市面上主流的激光雷达普遍重量较大, 部分地面式激光扫描设备, 重量达到5kg左右, 手持式激光雷达的重量在1kg~ 3kg。这也是限制激光雷达进一步应用的一个难题。

为此,张珂殊和北科天绘在芯片上做足了功夫。

他认为,在控制激光雷达成本和小型化上,芯片是一个可撬动的支点。2009年至今,他带领北科天绘的技术团队,自主研发了12款激光雷达信号处理芯片,较大程度上缩小了激光雷达信号处理电路体积,降低了功耗与成本。基于在芯片的技术优势,北科天绘与国内外专家达成合作,进一步加深加宽企业护城河。

目前,北科天绘形成了三大业务板块

第一,面向测绘市场的测量测绘型激光雷达;

第二,面向自动驾驶和智慧交通的导航级和车规级激光雷达;

第三,面向数字孪生和智慧城市的室内外数字化技术及产品。

北科天绘经过近20年的深耕,突破了传统测绘市场的竞争格局,率先向更广大的数字孪生、智慧城市、自动驾驶等新兴领域进军,并取初步成效,成为国内唯一的一家同时具备测量型、导航型两大类激光雷达研制能力的公司!

北科天绘激光雷达导航应用:无人物流车

北科天绘激光雷达测绘应用:电力巡检点云

同时, 张珂殊对于激光雷达的应用热也保持着冷思考。他介绍, 虽然激光雷达技术作为重要传感器, 在可预见的未来必将成为万物互联和大众应用的重要一环, 但立足当下, 我们要走的路还有很长, 很多可使用的应用场景还受限于大众认知和市场模式,无法大范围铺开。

以自动驾驶领域为例, 许多车企和消费者并没有明白激光雷达以及自动驾驶能带来怎样的应用场景, 其商业化图谱并不明晰。此外, 自动驾驶尚未成为刚需, 而且一旦进入到L4、L5级别, 车企需要担负非常大的社会责任,这一点必须要考虑进去。

这也并不意味着北科天绘将止步不前。 作为科技型企业, 我们需要从技术端做沉淀和积累, 北科天绘愿意在激光雷达的创新研发和应用上与合作伙伴们共同探索,  我们也会充分利用自己的平台,为 激光雷达技术的推广和传播尽一份力。” 张珂殊继续补充道: “ 我认为技术的发展没有捷径, 想弯道超车是不现实的, 技术的发展必须脚踏实地, 否则就容易“脱轨”。

掌握核心,"融“创新局

从世纪之初的初露锋芒到如今的应用热潮, 激光雷达技术的发展还远未到达 “决赛局"。在激光雷达的竞赛场中,国内外激光雷达厂商都试图寻求突破,取得决赛的"入场券” 。

有人说, 激光雷达产业很大、产业链很长, 大到“相当于手机产业+相机产业合起来” 。 张珂殊认为, 激光雷达产业确实比摄像头产业还大, 竞争激烈会淘汰一批护城河不深的创业公司, 未来市场上应该有5~10家成规模的激光雷达企业存在。而进入“决赛圈”  的关键可能在于融合应用和大众化应用市场的开拓。

激光雷达用途很广, 就目前可见的产业格局来看, 激光雷达在安防、监测、巡检、自动驾驶、智慧城市、车路协同等领域都发挥着重要作用。 “这些新应用领域的市场规模更大, 技术要求也更高 , 这就需要创新驱动, 需要技术融合。“ 张珂殊补充道。

“ 跨界融合是需要底气的, 而北科天绘的底气就在于掌握了核心技术优势 。” 张珂殊介绍, 经过多年的研发和积累, 北科天绘在自主芯片、半导体工艺、LiDAR信号处理、SLAM算法等方向上实现了技术突破, 这也是北科天绘的价值所在。

面对融合泛在的技术趋势和产业形势, 北科天绘已经走在了融合创新的路上。张珂殊告诉记者, 现在及可预见的未来, 北科天绘除了继续在测绘市场深耕, 还将重点向泛在测绘领域发力, 比如数字挛生、自动驾驶、工业自动化等。在这些领域的融合创新探索中, 激光雷达有望在传感器化,小型化和在线化等关键难题上实现突破。

张轲殊认为,融合创新并不是追概念、抢热点,而是紧密结合市场动向,研发并适时推出符合市场要求的高性价比产品。“不同于科研机构和院校,企业必须和市场同频共振。”他进一步解释道。

企业的融合创新有两大检验指标

一要围绕解决用户痛点实现创新驱动, 创造有价值的产品。

如果研发的产品只能起到锦上添花的作用, 那一定不会成功, 或者说不会轻易实现设定的目标。所以, 它一定是能够解决用户痛点的刚需, 且这个痛点是真实存在的。

二要算经济帐,为用户创造价值。

面对2020年经济下滑,北科天绘实现了正增长。其中, 无人机激光雷达产品同比增长了80%。  这是如何做到的呢?就是因为其很好地解决了机载激光雷达的门槛之痛、效率之痛,解决了用户痛点。 “我们的产品采集数据合格率高,不仅能帮用户省钱, 还能帮用户赚钱 。“ 张珂殊不无自豪地说。

融合创新不仅在不同学科和领域之间发生,也在不同国家之间发生。张珂殊坚信, 技术上的融合创新很关键, 但国内国际市场间的融合与开拓同样重要。他说: “我们不仅要在国内市场上站稳脚跟,也要在国际市场 上发声, 让国产激光雷达产品和技术走出去, 和国际企业交流、融合、竞争。”

目前, 在高端装备制造领域, 欧美市场占据了较大话语权, 激光雷达市场更是如此。所以, 要让国产激光雷达得到世界的认可 , 就必须要走出去, 和欧美市场“交锋” 。

北科天绘产品亮相国际展会

张珂殊介绍, 自2014年以来, 北科天绘开始积极参加国际技术装备展, 并捧回多个奖项, 相关产品和技术也得到了国际同行的认可, 一定程度上为国产激光雷达产品赢得了话语权。

“通过在国际舞台的亮相 , 北科天绘和国产激光雷达产品都增加了声量, 这是一个很好的开始。虽然目前北科天绘的国际业务规模还处于发展阶段, 我们也不敢自吹是国产激光雷达在世界舞台的代表者,  但北科天绘已经在路上。” 张珂殊意味深长地说。

诚然, 北科天绘和国产激光雷达都尚在探索和发展期, 距离规模化及大众化应用的春 天还有很长的路要走。但无论是纵向的前瞻性技术布局, 还是横向的国际化经营路线, 北科天绘已经走出一条值得称道的国产化之路。

我们坚信, 在激光雷达和高端装备制造的道路上, 同行者还有很多,这些道路也将在可预见的未来汇聚成 为国产装备制造的康庄大道!

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