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蘋果為什么選擇在iPad Pro上使用數(shù)字激光雷達

2020-04-03 18:56:11·  來源：智車科技  
　
近期蘋果發(fā)布了一款最新的iPad Pro，首次將激光雷達組件應(yīng)用于VR/AR體驗。至今，激光雷達已經(jīng)在自動駕駛、重工業(yè)自動化、機器人、無人機、安防等領(lǐng)域有了廣泛的
近期蘋果發(fā)布了一款最新的iPad Pro，首次將激光雷達組件應(yīng)用于VR/AR體驗。至今，激光雷達已經(jīng)在自動駕駛、重工業(yè)自動化、機器人、無人機、安防等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用,蘋果使用激光雷達對市場來說是一個明確的信號——激光雷達正在從工業(yè)自動化的應(yīng)用中逐漸進入主流消費級應(yīng)用。
 
值得注意的是，蘋果選擇了激光雷達而非攝像頭解決方案。激光雷達能夠為AR體驗提供關(guān)鍵性能，而這些性能是攝像頭所無法提供的。相比攝像頭，激光雷達獲取的是3D信息，更可靠，且能夠在黑夜中正常工作。

蘋果對數(shù)字激光雷達的選擇
 
iPad Pro搭載的是一款閃光激光雷達（Flash Lidar，固態(tài)激光雷達的一種）。顧名思義，就如照相機的閃光燈一樣，閃光激光雷達是通過發(fā)射一面光墻來實現(xiàn)對物體的探測， 而不是傳統(tǒng)機械旋轉(zhuǎn)式激光雷達的激光束逐點掃描。
 
來源：谷歌圖片
 
與Ouster的激光雷達一樣，蘋果的激光雷達采用了垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL, vertical cavity surface emitting laser）來發(fā)射激光，激光在遇到物體之后返回的光則采用單光子雪崩二極管（SPAD, single photon avalanche diodes）進行接收，同樣的技術(shù)也應(yīng)用在了蘋果的Face ID上。
 
VCSELs和SPADs是數(shù)字激光雷達的兩大技術(shù)基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)商業(yè)化的理想選擇，因為：
 
1. VCSELs和SPADs能夠提供更優(yōu)的性能、結(jié)構(gòu)和成本效益。與其他發(fā)射激光器相比，VCSELs更小、更輕、更耐用、更易于制造；不同于傳統(tǒng)模擬激光器，例如APDs或SiPMs（難以搭載到消費級產(chǎn)品中）， SPADs通過計算單獨的光子，能夠獲得更簡單、更小、更可靠的數(shù)字化結(jié)構(gòu)，SPADs本身還具有單光子靈敏度、低噪聲和極佳的時間分辨率等特點；
 
2. VCSELs和SPADs都能夠集成到芯片上，大幅減少了內(nèi)部零件，由此形成的激光雷達系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定；
 
3. VCSELs和SPADs更容易實現(xiàn)量產(chǎn)，成本也會隨之不斷降低；其性能會隨著摩爾定律不斷提升，而生產(chǎn)更便宜；傳統(tǒng)模擬技術(shù)APDs或SiPMs雖然比較成熟但發(fā)展的空間十分有限。
 
Ouster早在三年前便實現(xiàn)了VCSEL+SPAD方案的商業(yè)化
 
蘋果對數(shù)字激光雷達的選擇，與Ouster在成立之初設(shè)計高性能數(shù)字激光雷達時的選擇一致。2015年，Ouster成為了第一家使用這一技術(shù)方案的激光雷達公司，也擁有了這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)專利技術(shù)，并成功在2017年發(fā)布了第一款芯片化的激光雷達。Ouster見證了這一方案的成本、可靠性和性能逐年不斷提升。而此次蘋果引入數(shù)字激光雷達，促使了這項技術(shù)更廣泛的應(yīng)用。
 
 商用激光雷達和消費級激光雷達分辨率對比，由紅外相機拍攝 
 
（右圖來源https://www.youtube.com/watch?v=xz6CExnGw9w）
 
以APDs或SiPMs為基礎(chǔ)的激光雷達長久以來多被用于研發(fā)，而難以突破實現(xiàn)商業(yè)化。這些過時的系統(tǒng)由上百個發(fā)射激光器、接收激光器以及其他器件組成，并且都需要手工裝配和標定，成本高達25萬元，無法滿足商業(yè)化的成本和可靠性要求。
而Ouster和蘋果使用的數(shù)字激光雷達系統(tǒng)只需要兩塊芯片，更簡單可靠、成本更低。Ouster的所有產(chǎn)品都通過了車規(guī)級別的沖擊和振動測試，其防水等級為IP68和IP69K，這是市場中現(xiàn)有激光雷達中等級最高的。
 
Ouster的激光雷達正在進行振動測試 
 
蘋果構(gòu)建了一個能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)米探測距離的數(shù)字激光雷達，但對于商業(yè)應(yīng)用來說，如自動駕駛、工業(yè)、3D地圖等，激光雷達必須擁有更高的性能，例如探測距離需要達到幾百米。為了獲得200米以上的探測能力，Ouster在相同的底層數(shù)字激光雷達技術(shù)上，研發(fā)了一個更加先進的、自有專利的光學系統(tǒng)。
 
左：室內(nèi)地圖，來源https://sketchfab.com/alexijohansen；
右：高分辨率SLAM，OS1-128實測點云
 
產(chǎn)品性能將隨著芯片升級不斷提升
蘋果將VCSELs和SPADs應(yīng)用于iPad Pro的決定，將會吸引更多來自供應(yīng)鏈的投資，從而獲得快速的技術(shù)提升。隨著VCSELs和SPADs性能的不斷提升，Ouster的數(shù)字激光雷達將獲得更高的分辨率、更遠的探測距離以及更高的精度，而其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不會發(fā)生任何改變。
 
OS0-128，由紅外相機拍攝
實際上，自從2015年Ouster首次設(shè)計了數(shù)字激光雷達之后，其中VCSELs 和SPADs 的性能就已經(jīng)提升了～1000%。
2020年初，Ouster推出了第二代數(shù)字激光雷達，實現(xiàn)了128線的垂直分辨率，其精度也得到了成倍的提升，同時最遠探測距離提升至了240 m，但卻仍然保持了市場最低價。這樣的性能提升會在未來繼續(xù)發(fā)生，且成本會越來越低。Ouster正在持續(xù)為客戶提供更高性能、更高可靠性、更具競爭力價格的激光雷達產(chǎn)品。蘋果對數(shù)字激光雷達的應(yīng)用，是對Ouster技術(shù)的有力背書。
 
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