第二屆“光”+智能駕駛技術(shù)高峰論壇于2019年9月6日舉辦，本次論壇邀請了政府部門、咨詢機(jī)構(gòu)、整車企業(yè)、激光雷達(dá)制造商、紅外夜視、攝像頭等傳感器重點(diǎn)企業(yè)及知名科研院所等到會(huì)研討，共話光與汽車電子行業(yè)市場前景。以下為Cibby Pulikkaseril首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Baraja現(xiàn)場演講實(shí)錄：
Cibby Pulikkaseril首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Baraja
感謝各位今天的到來，這是我今天第一次來到深圳，我真的特別喜歡深圳。我叫Cibby，是Baraja的創(chuàng)始人，致力于激光雷達(dá)領(lǐng)域，聚焦自動(dòng)駕駛。我們公司在澳大利亞，我們認(rèn)為激光是可以為自動(dòng)駕駛帶來全新的變革。
我今天想分享的是激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域到底需要什么。我首先談激光雷達(dá)所需要的需求，除了這部分還有其他的需求，那就是激光雷達(dá)應(yīng)該在車輛上保持一個(gè)較長的時(shí)間，這樣才能被別人使用，而且他們應(yīng)該有一種抗干擾的能力，也就是激光雷達(dá)不可以去和別的激光雷達(dá)干擾在一起。我們也會(huì)推出我們自己的產(chǎn)品，也就是我們所謂的光譜掃描激光雷達(dá)。對于全自動(dòng)駕駛的汽車而言，激光雷達(dá)的需求是什么？這是我們做的例子，我們做出來的點(diǎn)云，黑色的領(lǐng)域是澳大利亞的悉尼駕駛汽車，有360度的全視野，這是非常長距離的探測。我們公司感到非常興奮，對于未來，也就是未來L4的全自動(dòng)化的等級，基本不需要人類的駕駛員介入，這是全自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的分水嶺，也是我們目前努力的方向。這已經(jīng)不算ADAS的領(lǐng)域。
這個(gè)表格是我們的客戶給出的需求，大多數(shù)客戶會(huì)同意他們需要這樣的需求才能實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)駕駛。首先他們有距離的需求，要大于200米，還需要10%的反射率，我之后再解釋。水平視野大于120度，這里講的激光雷達(dá)不管前置還是后置角度都要大于120度，垂直視野要大于25度。除了視野之外還有分辨率的需求，要小于0.1，這是非常難達(dá)到的需求，只有特別高性能的激光雷達(dá)才能達(dá)到的需求。
為什么我們對距離有這么大的需求？這是2018年一位業(yè)界人士講的，他看到很多激光雷達(dá)的產(chǎn)品，也接觸到很多客戶，他說，如果我們在200米之外的范圍獲得清楚的視野，這點(diǎn)非常重要。因?yàn)檫@樣子才能有足夠的時(shí)間去監(jiān)測前面的障礙物，同樣有時(shí)間停車或者實(shí)現(xiàn)減速的功能。高速公路上900毫米的限制可能還不是特別有效。他所謂的900毫米的波是什么意思呢？
這頁的PPT是從保時(shí)捷那里弄來的，他們那里的人從技術(shù)上計(jì)算來這個(gè)激光雷達(dá)所需要的距離要求。在他們的論文當(dāng)中他們用這樣的公式，如果我要是傳輸了一些功能，那么我需要在接收端達(dá)到這么多的功率，這就是激光雷達(dá)背后的公式。我們可以看到中間的系數(shù)，他們都是在整個(gè)傳遞光的過程中會(huì)損失掉的能量的量，而且這也是要除以目標(biāo)距離，距離是除以4乘以距離的平方。對于激光雷達(dá)來講距離越遠(yuǎn)難度越大。上面還有一些系數(shù)，有一個(gè)系數(shù)比較重要。這個(gè)部分是激光雷達(dá)公司沒有辦法控制的，這是激光雷達(dá)的接收器孔系直徑，我們可以獲取多大的光束，如果接受更多的光子，它的精確度會(huì)越高。
在博士發(fā)的論文里面，他們就用了這樣的公式算。如果說是900納米的波長我們要用多少可以接受的光呢？看這張圖，90%發(fā)現(xiàn)的可能性，也就是說我發(fā)出100個(gè)可以接收到90，然后信噪比是14.5，這是很高的。這意味著你發(fā)出90%的光源發(fā)在20%反射率的目標(biāo)上，信噪率是14.5%。而且我們也得考慮對人的眼睛安全接受的光的強(qiáng)度，所以對于900納米的波長來說，我們是需要它的AEL達(dá)到了50，它的脈沖寬度是4，而接收器孔是10，這種情況下我們可以看76米的距離。這已經(jīng)是它最長的長度了。我們之前有的公式是可以改變的，因?yàn)榭梢該Q掉變量，這樣就可以計(jì)算最后獲得的接收光子的數(shù)量。如果用1550的波段，可能用于電信通訊，很多電信公司做1550波段，這個(gè)AEL對于眼睛安全的距離是4000，也就是說我們可以看到600米以外的距離。所以在1550這個(gè)波段對于距離其實(shí)是沒有特別高的限制。
剛才我們談?wù)撽P(guān)于距離的東西，現(xiàn)在我們談關(guān)于分辨率。分辨率是你要看到遠(yuǎn)處的東西你就必須了解你的物體是什么。下面是常見的物體，比如從大到小，從汽車到狗，比如說200米的距離，0.1分辨率，可以給你0.4米的視野，也就是說你可以看到0.4米之前的距離。所以你可能看不到狗和人，因?yàn)楣泛腿耸?.2米和0.25米，所以客戶對我們的要求更高，他們希望分辨率比0.1度更加高。
這頁我想表達(dá)的是如果刷新率很高，整個(gè)視野很高，我們是需要很大的點(diǎn)通量的，如果我們是需要0.1×0.1的分辨率，必須要每秒的點(diǎn)通量達(dá)到300萬，如果我們的分辨率達(dá)到0.05，那整個(gè)點(diǎn)通量達(dá)到1800萬。另外我們還會(huì)考慮一個(gè)問題，我們要等多久？如果我們想看200米以外的東西，其實(shí)就是在黑暗當(dāng)中它最長的距離可能是需要探測的距離是300米，如果只有一個(gè)激光發(fā)射器，我有300米，我們考慮一下光過去和回來的速度，那我們每秒其實(shí)處理的點(diǎn)量只有50萬左右。所以我們必須要考慮到這個(gè)光的穿行的速度。
為了達(dá)到要求，我們就需要裝很多發(fā)射器，剛才舉的例子是單激光發(fā)射器的情況。為什么分辨率這么重要？那是因?yàn)槲覀兿Ｍ诤苓h(yuǎn)的距離可以看到很小的東西。事實(shí)上，當(dāng)我們看到圖我們會(huì)看200米，只能看到圖上小紅框里面的東西，天際線只看到這么一點(diǎn)東西，所以我們需要高分辨率，高分辨率對我們非常重要，因?yàn)槲覀兿Ｍh(yuǎn)距離看到小東西。所以我們需要激光雷達(dá)，激光雷達(dá)可以提高分辨率，把這個(gè)小框框的分辨率提高。我們可以放更多的激光發(fā)射器放上去，而且它并不是固定的角度，因?yàn)檐嚿掀隆⑾缕碌倪^程中，地平線會(huì)改變。剛才提到的都是關(guān)于激光雷達(dá)的性能問題。
下面和大家講快軸掃描的周期，如果我們在兩個(gè)軸面進(jìn)行掃描，有一個(gè)軸是比較快的，還有一個(gè)是比較慢的。所以我們的激光雷達(dá)從上到下很快掃一遍，這就是快軸。它是垂直的，水平軸是慢的，為什么慢軸、快軸的概念這么重要？如果我有一個(gè)快軸、一個(gè)慢軸，這就意味著快軸比慢軸切換的速度更快，那它會(huì)持續(xù)多少時(shí)間呢？比如說我們來算一下，假設(shè)這個(gè)車一共有1萬小時(shí)，那我們的快軸、慢軸是不是可以符合這個(gè)要求？如果是在1萬小時(shí)以內(nèi)要做多少次掃描呢？如果是120度的角度，也是0.1的分辨率，那可能就是在1幀里面有1200次掃描。10HZ再乘以1萬小時(shí)，那整個(gè)切換次數(shù)就可以達(dá)到8640億次，如果我們希望開發(fā)這樣的技術(shù)，我們就需要開發(fā)出這樣的快軸，可以掃描8640億次，而這是非常難的。
這意味著什么呢？高性能的汽車激光雷達(dá)是需要能夠持久1萬小時(shí)，所以我們整個(gè)快軸的技術(shù)是非常重要的。我們需要可變的分辨率，也可以調(diào)節(jié)整個(gè)掃描的范圍，而且需要是長距離的掃描。還有一個(gè)很重要的一點(diǎn)是干擾，干擾聊的不是很多，干擾是很重要的因素。假如說有兩個(gè)激光雷達(dá)放在一起，這是2019年韓國一個(gè)公司的數(shù)據(jù)，他們在這里放了激光雷達(dá)，這邊有一個(gè)綠色的墻面。另外還有一個(gè)激光雷達(dá)在那邊，所有這些綠點(diǎn)是正確的反饋，確實(shí)有東西在那個(gè)地方，但是紅色的其實(shí)都是假的，其實(shí)在那個(gè)地方紅色點(diǎn)的位置是沒有任何物質(zhì)的，因?yàn)檫@兩個(gè)激光雷達(dá)互相干擾，所以就有了這些無效反饋的點(diǎn)。
如果我們在車上運(yùn)用這樣，可能就會(huì)探測根本不存在的物體。對于高分辨率的激光雷達(dá)也是如此。我們可以看到高分辨率的激光雷達(dá)可以把周圍看得非常清楚，但是藍(lán)色的點(diǎn)區(qū)看起來也很像一棟房子，實(shí)際上它是由另外一個(gè)激光雷達(dá)形成的假影。如果是在自動(dòng)駕駛車上裝了這兩個(gè)，你的車會(huì)覺得前面有一堵墻，其實(shí)它不存在。我們使用激光雷達(dá)必須要防干擾，如果周圍有很多車，必須要能夠防干擾。
剛才講的是一系列激光雷達(dá)的需求，我們怎么樣符合這些需求呢？我們這個(gè)公司推出了光譜掃描激光雷達(dá)（Spectrum-Scan），我們有一個(gè)激光器可以改顏色和波長，通過棱鏡一樣的光學(xué)器件把白光分解成不同波長的光，就會(huì)分設(shè)到不同的方向去。大家看這個(gè)動(dòng)畫，中間有一個(gè)棱鏡，白光射進(jìn)去，白光變成彩虹，有不同的波長，不同顏色的光都會(huì)用不同的顏色射入。所以我們就是在用一束光來掃描一個(gè)不會(huì)移動(dòng)的物體。這個(gè)光束可以改變方向，但是物體是不會(huì)變的，而且這是1550的波段上做的。可靠性非常高，而且可以持續(xù)運(yùn)行25年。這就是我們出的激光雷達(dá)，為什么我們可以快速掃描？因?yàn)槲覀兪褂美忡R的結(jié)構(gòu)。
剛才我提到長距離性能的重要性，我們需要高分辨率而且是長距離都能夠生效的，用我們的器件是可以在他往遠(yuǎn)處走的過程中一直識(shí)別出他。我們可以看到動(dòng)圖，他往前走的情況下，我們用軟件是可以在他的身上放更多的分辨率的。現(xiàn)在他已經(jīng)走了差不多100米。他走到150米的時(shí)候我們又改了整個(gè)模式，在他身上放更多分辨率的點(diǎn)，他現(xiàn)在已經(jīng)走了200米，我們基本看不到其他東西，只能看到他。他現(xiàn)在走了250米，去了250米以外的地方，因?yàn)槲覀儼腰c(diǎn)全部放到他的身上。這是因?yàn)槲覀冇羞@種高分辨率又可以適用長距離使用的器件，因?yàn)槲覀兪欠浅Ｉ瞄L使用孔隙來收集光。
關(guān)于干擾方面，我們剛剛也說了，我們的光方向其實(shí)是靠棱鏡調(diào)控的，也就是說另外一個(gè)激光雷達(dá)很難干涉我們的激光雷達(dá)，除非是光和入射角度是完全一樣才有可能，所以這種可能性非常少，總體來說我們的激光雷達(dá)是完全免疫干擾的。這里有兩個(gè)激光雷達(dá)，我朋友開著車往前開，如果是裝普通的兩個(gè)激光雷達(dá)，你會(huì)看到很多假影，但是使用我們的激光雷達(dá)兩個(gè)放在一起，不會(huì)有任何的干擾。因?yàn)槲覀冋麄€(gè)原理是使用棱鏡改變波長，我們不會(huì)受到其他激光雷達(dá)的干擾。
總結(jié)一下，我們光譜掃描的激光雷達(dá)要求是必須有一個(gè)可以依賴一萬小時(shí)的時(shí)長，而且還可以提供長距離和高分辨率，也是可以抗干擾的。謝謝！