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(dá)，現(xiàn)在似乎還沒有答案。相比傳統(tǒng)攝像頭、毫米波雷達(dá)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(dá)初創(chuàng)公司“此起彼伏”，有對標(biāo)研發(fā)、也有獨(dú)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(dá)初創(chuàng)公司Ouster Inc.，宣布推出一款64線激光雷達(dá)，價格是當(dāng)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(dá)，并進(jìn)行了固件升級，使其旗艦激光雷達(dá)能夠在沒有攝像頭的情況下實(shí)時采集二維信號強(qiáng)度圖像和環(huán)境圖像。

但客觀看，Ouster的第一款64線激光雷達(dá)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(dá)OS–2的測距范圍達(dá)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(dāng)Ouster三年前開始開發(fā)OS-1時，相機(jī)的深度學(xué)習(xí)研究超過了激光雷達(dá)研究。激光雷達(dá)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(jī)圖像的高效陣列結(jié)構(gòu)，并且3D點(diǎn)云仍然更難以在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或硬件過程中編碼加速。

而OS-1激光雷達(dá)的一大優(yōu)勢，就是可以實(shí)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(shí)時圖像層。你從上到下看到的是環(huán)境，強(qiáng)度，范圍和點(diǎn)云，環(huán)境圖像捕獲樹木和車輛的陰影。

Ouster開發(fā)的光子計(jì)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(dá)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(jī)開發(fā)的深度學(xué)習(xí)算法中。

近日，Ouster還宣布與數(shù)據(jù)標(biāo)記公司合作，精確標(biāo)記多層訓(xùn)練數(shù)據(jù)，從而加速在自動駕駛汽車中部署激光雷達(dá)深度學(xué)習(xí)模型。由于Ouster的多光束Flash激光雷達(dá)技術(shù)輸出的環(huán)境圖像中每個2D像素對應(yīng)一個3D點(diǎn)，使其數(shù)據(jù)標(biāo)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(jī)械式激光雷達(dá)切入，在于相對成熟。而未來，肯定是固態(tài)激光雷達(dá)。

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(dá)技術(shù)所帶來的一些未來可能性。

固態(tài)激光雷達(dá)，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(dá)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?yàn)樗募夹g(shù)在原理上不同于其他任何固態(tài)解決方案。這是因?yàn)槭褂昧藘蓚€定制芯片的獨(dú)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(dá)”。

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(jī)”。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(dá)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(fèi)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(diǎn)”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(dá)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?！保@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(diǎn)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(dá)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(rèn)為，VCSEL陣列可以很好地沿著與數(shù)碼相機(jī)傳感器相似的路線發(fā)展，多年來，設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(xiàng)技術(shù)正沿著摩爾定律的軌跡發(fā)展，因?yàn)閂CSELs被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)攝像頭和電腦鼠標(biāo)等消費(fèi)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(dá)遇到的最大難點(diǎn)：成本受制于上游供應(yīng)鏈的制約。

另一項(xiàng)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(dǎo)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(dá)中的激光器每秒計(jì)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(jì)，這些SPAD檢測器的改進(jìn)速度將與與之配對的vcsel相當(dāng)。他說，SPAD目前的效率約為2-5%，很快就會達(dá)到20-30%的效率，也許有一天會達(dá)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(dá)初創(chuàng)公司都在翹首期盼。從傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)，到最終真正能夠大規(guī)模裝車量產(chǎn)的新型激光雷達(dá)，路還很長。