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自動駕駛基礎(四十五)--激光雷達公司 Velodyne 簡介

2018-12-10 10:41:05·  來源：模擬世界  
　
今天介紹一下 目前可以提供成熟激光雷達產品的最主要的公司Velodyne （威力登）。目前幾乎所有的利用激光雷達研發(fā)自動駕駛技術的公司的方案都采用的Velodyne的激
今天介紹一下 目前可以提供成熟激光雷達產品的最主要的公司Velodyne （威力登）。目前幾乎所有的利用激光雷達研發(fā)自動駕駛技術的公司的方案都采用的Velodyne的激光雷達產品。
 
Velodyne是從音響起家的，1983年成立。老板David Hall開摩托的時候沒有一個好用的重低音音響，遍尋所有品牌最后決定自己做了一個。他是真正的第一代硅谷創(chuàng)業(yè)人，在自己的車庫做了重低音音箱。家里看到潛力，組了公司投了20萬美金，沒想到越做越好，到現(xiàn)在為止仍然是音響界公認的專業(yè)級產品。
 
威力登聲學公司成立后，推出的產品以創(chuàng)新的設計、精細的作工、獨到的聲音表現(xiàn)，受到聲學專家、發(fā)燒聽友、及劇院系統(tǒng)的愛好者許多贊賞。公司創(chuàng)始人David Hall的產品設計目標在于：降低及限制揚聲器輸出所產生的失真。而這一部份也正是他的專長，研發(fā)出的高增益伺服控制系統(tǒng)于1983年，第一次應用于測量及控制大型低音單體的動作上，由此而推出的ULD系列伺服控制超低音喇叭，其重要性被拿來與杜比實驗室的噪聲消除技術相提并論。此專利技術將揚聲器的失真由15-30%降至1%以下，威立登自此成為沉穩(wěn)、精準、富動態(tài)超低音揚聲器的代名詞。
 
2005年機緣巧合，專注研究激光雷達。07年便推出了64線激光雷達產品，2010年谷歌首測的無人駕駛汽車用的激光雷達就是Velodyne提供的。
 
現(xiàn)在整個公司大概有三個分支，音響這部分還有存續(xù)，而且賣得不錯。第二部分Lidar，第三部分是船，雖然三個部分看起來風馬牛不相及，其實都是依據同一個原理：測距，音響是音頻測距、Lidar是激光測距，船也是測距，細節(jié)我們就不談了。
 
目前Velodyne全部員工為250人，80%是技術人員。2016年8月份，Velodyne LiDAR業(yè)務獲得福特汽車與百度1.5 億美元的共同投資并拆分成立新公司Velodyne LiDAR獨立發(fā)展。用Velodyne官方的話說，凡涉及自動駕駛研發(fā)投入的主機廠、地圖廠商以及自動駕駛運營項目幾乎都是Velodyne激光雷達產品的客戶。
 
2015年，Velodyne激光雷達的出貨量為3000多，而到了2016年，Velodyne激光雷達的出貨量則激增至2萬個，2017年的交貨量差不多在20萬個。據公開資料，不僅谷歌、百度、Uber、福特、通用、奔馳等知名的無人駕駛技術代表，四維圖新、微軟Bing、Here、高德、TomTom等高精度地圖廠商，以及新加坡政府、臺灣的智慧小鎮(zhèn)等項目都采用了Velodyne的激光雷達方案。
 
然后要談Velodyne的三款產品，64線、32線，16線。到現(xiàn)在為止隨著每款產品推出，都還在說64線是為無人車設計，其他產品并不是專為無人車設計。作為一個科學家和發(fā)明人，前瞻是很重要的，DavidHall具有很高的前瞻性，他在十年前就看到了Lidar的需要，很明確提出64線甚至更高線數的激光雷達，是未來無人車發(fā)展所需要，現(xiàn)實也在一步一步證明這件事。它家生產的激光雷達是全球各自動駕駛公司測試車上的標配，其外形酷似KFC全家桶的64線雷達的售價高達幾十萬人民幣，不由得讓人印象深刻。
 
目前，Velodyne主要有64線、32線、16線3類產品在售，官方定價分別為8萬美金（約合52.3萬人民幣）、4萬美金（約合26萬人民幣）和8千美金（約合5.23萬人民幣）。
上圖從左到右依次為64線、32線和16線雷達.Velodyne 64 線最早用于地圖及相關行業(yè)，32 線主要用于固定翼無人機。
 
首先談談64線產品比較重要的地方：
1)  就是業(yè)界一直在說贊美它也好，垢病它也好，就是360度高速旋轉。每秒要達到20轉的速度，在高速旋轉的情況下，每秒鐘發(fā)射出一束激光，發(fā)射到120米，甚至現(xiàn)在200米的距離，返回信號再把接收器打開收進來，這是有點難度的。
 
2)  就是在UDP包里含有“密度”數據，這是對現(xiàn)在無人車發(fā)展非常重要的信息，因為它可以很有效地轉化成“反射率”信息。前面有這么多塊牌子，根據反射率的信息，就可以知道哪一塊是交通標志相關，使攝像頭免去閱讀所有環(huán)境信息，對計算起到了很大作用。
 
3)  能量問題。64線是符合人眼安全標準的民用產品，這個能量有所限制，怎么能夠在現(xiàn)有能量限制范圍之下讓64束的激光發(fā)射200米，再有效地收回這些信息，這是核心技術的第三點，也保證我們的產品到目前為止得到了業(yè)界的認可。
 
64線產品推出之后，汽車行業(yè)沒有使用，相反地圖行業(yè)開始購買。現(xiàn)在所有做基礎地圖的企業(yè)，全部采用Velodyne的Lidar，為后來的無人車打下基礎。同時在地圖行業(yè)之外，安防領域開始大規(guī)模使用，安防領域實現(xiàn)技術相對簡單，因為安防無人車可以定義為封閉環(huán)境無固定路線的駕駛，在安防行業(yè)運用無人車有相當長的時間了，并不是像大家想象的現(xiàn)在才開始，無人車的控制技術已經比較成熟。現(xiàn)在更多關注的是人身安全的問題是怎么避免，99.999%的安全是無人駕駛推廣的關鍵性問題。
 
除了安防行業(yè)的特種車輛以外，對64線產品比較熱衷的是互聯(lián)網行業(yè)?；ヂ?lián)網行業(yè)從Google開始，到Google衍生出來的所有玩家，比如國內最著名的百度，都是基于64線Lidar做無人駕駛，這也導致了傳統(tǒng)汽車行業(yè)感覺到壓力，目前，Velodyne和全世界所有的汽車廠商都達成了一對一的合作，或是深度合作，或是產品測試的合作。
 
隨著無人駕駛的概念在近年的升溫，汽車行業(yè)未來將成為一大需求來源。說起自動駕駛普及的難題，很多人都將矛頭指向了昂貴的機械式激光雷達，認為這種產品價格昂貴、難以量產且不符合車規(guī)，因此很難推動自動駕駛汽車的普及，這也是很多激光雷達創(chuàng)業(yè)公司鎖定的3個突破點。激光雷達，尤其是多線數產品本身就是汽車行業(yè)的新事物，目前就沒有相關的要求。
 
為此，Velodyne早就找過車廠去詢問相關的車規(guī)要求，但是廠家也是一頭霧水不知道答案。無奈之下，Velodyne拉來美國的科技公司、網約車公司和整車廠成立了一個車載激光雷達俱樂部，詢問他們對于車載激光雷達的要求，共同來探索車載激光雷達到底該滿足哪些指標。經過一段時間的摸索，該俱樂部制定出了一套標準，并由Velodyne來將其做成產品，即現(xiàn)在的VLP-32C激光雷達，編號中的32即代表32線，C是Club的縮寫，代表上述俱樂部。這款32線測距200米的通用版本，尺寸大小和原來的16線一樣，福特就已在其第三代自動駕駛車型上使用了 Velodyne 的這款最新的激光雷達測距傳感器（LiDAR）。
LiDAR進行物體掃描的時候，是采用作為“感知系統(tǒng)的硬件+計算功能的軟件”做成，增加激光線數后，可以減輕軟件的計算負擔。硬件內部的每一條線都有一對激光發(fā)射器和接收器組成，其以20圈每秒的速度旋轉，放出的激光要達到 100 米至 200 米的距離，而為保證精確測距，需要保證激光在完成這100-200米的路程后，剛好能讓發(fā)射出去的激光要被成對的接收器收到。
另外，為了保證人眼安全，Velodyne的激光雷達發(fā)射的激光線束是采用了人眼安全1級激光，平時對肉眼不可見，不過如果你采用和激光頻率接近的硬件拍攝Velodyne的這款雷達，是可以看見激光線束的。
下面是Velodyne產品的路線圖和計劃。
2017年6月，Velodyne在加州圣何塞的新工廠正式投入生產，總占地2萬平米，采用了大量工業(yè)機器人，最高產能可達到100萬臺/年。與此同時，不管是在中國還是海外，自動駕駛公司目前都還沒有成為Velodyne的最主要客戶。目前，Velodyne的多數雷達其實都賣到了地圖、保險、安防、科研等領域，自動駕駛公司的需求量目前還比較小。這一點不難理解，因為目前的自動駕駛公司都還處于研發(fā)階段。像是進度最快的谷歌Waymo，也就只有100多臺車，其他中小公司也就只有幾臺測試車，每年對激光雷達的需求量滿打滿算也就幾百臺的量。
在地圖行業(yè)，很多公司都在拿激光雷達來制作高精地圖；保險公司用激光雷達來做災害檢測，例如用激光雷達掃描牧場的過渡放牧，或是農田的損毀情況；科研機構用激光雷達來監(jiān)測泥石流等。
上圖是高德的高精地圖采集車。
在探索機械式激光雷達該符合什么要求的同時，Velodyne也在研發(fā)更容易過車規(guī)的Velarray系列固態(tài)激光雷達和MCLM系列芯片級激光雷達，兩者的目標客戶分別是車廠與Tier1供應商，具體交由他們去完成車規(guī)認證即可。下圖是Velodyne的產品規(guī)劃。
Velodyne表示，其已經和某國際一線汽車配件供應商達成合作，自2019年起就會生產出滿足車規(guī)的固態(tài)激光雷達。
國外最著名的手機叫車公司認為，將來他們不需要基礎地圖，他們有這么多的車在街上跑，每個車帶一個Lidar，就可以隨時更新這些地圖。他們提出32線線數還不夠，希望能做得更高。最近比較明確提出2020款產品要做成128線，中間的陣列可以做到最多9乘9行，覆蓋60度到120度。這樣就可以很容易地把它裝到汽車里面去，出租車車頂要裝旋轉的可以裝旋轉的。未來的無人駕駛出租車公司會有一支龐大的無人車隊，如果這些車隊裝配有高線束、可360度旋轉的機械式激光雷，其就能夠實時獲得例如道路狀況、交通流量、建筑物變化等多種城市信息，進而在交通服務之外產生更多的價值。128線激光雷達能夠掃描大量細節(jié)，如下圖。這就是Velodyne仍然繼續(xù)研究多線數機械式激光雷達的原因。
Velodyne圣何塞的新工廠目前已經投入使用，最高產能可以達到100萬個/年, 完全可以滿足市場的需求。
與此同時，最新的VSL、Velarray以及MCLM系列都是按照自動化生產的要求設計的產品，一旦起量，其產品價格可以壓得足夠低。如果能接到10萬臺的訂單，VLS 128線產品的價格能夠做到1000美金以內，VLS 32線的產品在650美金左右。而32線的Velarry固態(tài)激光雷達在量產時則能做到500美金，8線產品則能做到150美金。相比現(xiàn)在，這是一個具有“質變”效應的價格。 
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