Как десяток ведущих компаний пытаются создать мощный и недорогой лидар

Original author: Timothy B. Lee
  • Translation

Лидар совершенно необходим для робомобилей – и вот, как работают некоторые из ведущих датчиков




Лидар, или световой радар, это технология, критически важная для создания робомобилей. Датчики предоставляют компьютеру трёхмерное облако точек, обозначающее окружающее автомобиль пространство, а его концепт помог командам выиграть конкурс DARPA Urban Challenge в 2007 году. С тех пор системы лидаров стали стандартом для робомобилей.

В последние годы были созданы десятки стартапов, работающих с лидарами, и соревнующимися с лидером индустрии Velodyne. Все они наобещали более приемлемые цены и улучшенную эффективность работы. В 2018 году журнал Ars уже делал подборку основных тенденций в индустрии лидаров, и описал, почему эксперты ожидали появления улучшенных и менее дорогих систем в ближайшие несколько лет. В той статье не было подробностей по поводу самих компаний – в основном потому, что они держали информацию о работе своей технологии в тайне.

Но за последний год я получал непрерывный поток рекламы, исходящей от разработчиков лидаров, и побеседовал с большим количеством их представителей. Журнал Ars находится на связи директорами, по меньшей мере, восьми таких компаний, а также с компаниями, занимающимися анализом индустрии или их клиентами. Всё это общение позволило составить неплохое представление не только о тенденциях индустрии лидаров, но и о технологиях и бизнес-тратегиях отдельных компаний.

Сегодня существует три основных отличия лидаров друг от друга. После описания этих возможностей будет легче понять технологии девяти ведущих компаний, разрабатывающих лидары.

Чтобы не раздувать зря статью, мы опишем независимые компании, которые в основном занимаются лидарами. Поэтому мы не будем описывать собственную технологию лидаров от Waymo, стартапы, работающие с лидарами, которые купили себе GM и Ford в 2017 году, или попытки разработки лидаров от более крупных компаний, таких, как Valeo (сделавшая лидар для моделей Audi 2018 и 2019 годов A7 и A8), Pioneer или Continental. Сложно выпытать у этих крупных компаний подробности об их технологиях, но и без них есть, что описать.

Три крупных фактора, отличающих лидары друг от друга


Базовая идея лидара проста: датчик испускает лазерные лучи в разных направлениях, и ждёт, пока их отражения вернутся. Скорость света известна, и время в пути туда и обратно даёт точную оценку расстояния.

И хотя базовая идея проста, детали усложняют всё очень быстро. Каждый изготовитель лидаров должен принять три базовых решения: как направлять лазер в разные стороны, как измерять время на путь туда и обратно, и свет какой частоты использовать. Мы рассмотрим каждое из них по очереди.

Технология управления лучом


Большинство ведущих лидаров используют один из четырёх методов направления лазерных лучей в разные стороны (две компании, Baraja и Cepton, сообщили, что используют другие технологии, которые они не объяснили):

  • Вращающийся лидар. Velodyne создала современную лидарную индустрию в 2007, представив лидар, в котором было размещено 64 лазера по вертикали, и вся эта штуковина вращалась со скоростью в несколько оборотов в секунду. Датчики из вышего сегмента от Velodyne до сих пор используют такую технологию, и, по крайней мере, один из конкурентов, Ouster, поступил так же. Преимущества такого подхода – покрытие на 360 градусов, но критики ставят вопросы о том, можно ли сделать дешёвый и надёжный вращающийся лидар, подходящий для массового рынка.
  • Механический сканирующий лидар использует зеркало, перенаправляя единственный лазерный луч в разных направлениях. Некоторые из компаний используют подход под названием «микроэлектромеханическая система» (МЭМС) для управления зеркалом.
  • Активная фазированная антенная решетка использует ряд излучателей, способных изменять направление лазерного луча, подстраивая относительную фазу сигнала между соседними передатчиками. Мы подробно опишем эту технологию в секции про Quanergy.
  • Лидар на основе вспышек подсвечивает всю область сразу. Существующие технологии используют один широкоугольный лазер. Технология испытывает трудности с большими расстояниями, поскольку до любой точки доходит лишь малая часть лазерного света. По меньшей мере, одна компания, Ouster, планирует создать многолазерную вспышку, в которой будет массив из тысяч или миллионов лазеров, направленных в разные стороны.

Измерение расстояния


Лидар измеряет время, которое требуется свету для того, чтобы дойти до объекта, и отразиться от него. Есть три простых способа сделать это:

  • Время в пути. Лидар отправляет короткий импульс и измеряет, сколько времени пройдёт до фиксации возвращающегося импульса.
  • Лидар непрерывного излучения с частотной модуляцией (НИЧМ). Отправляет непрерывный луч света, частота которого постоянно меняется во времени. Луч разбивается на два, и один из них отправляется во внешний мир, а потом по возвращению объединяется с другим. Поскольку частота у источника луча меняется непрерывно, разница в пути двух лучей выражается через разность их частот. В результате получается картина интерференции, частота биений которой является функцией от времени в пути (и, следовательно, от расстояния). Этот путь может показаться беспричинно усложнённым, но у него есть парочка преимуществ. Лидар НИЧМ устойчив к интерференции от других лидаров или от Солнца. Лидар НИЧМ может также использовать допплеровское смещение для измерения скорости объектов, а не только расстояния до них.
  • Лидар непрерывного излучения с амплитудной модуляцией (НИАМ) можно рассматривать, как компромисс между двумя предыдущими вариантами. Такой лидар, как и простой датчик, измеряющий время в пути, отправляет сигнал, а потом измеряет время, которое у него ушло на то, чтобы отразиться и вернуться. Но если простые системы отправляют один импульс, лидар НИАМ отправляет сложную схему (псевдослучайный поток цифровых нулей и единиц). Сторонники подхода говорят, что благодаря этому лидар НИАМ более устойчив к интерференции.

Длина волны лазера


Описанные в данной статье лидары используют один из трёх вариантов длин волн: 850, 905 или 1550 нм.

Этот выбор имеет значение по двум причинам. Одна из них – безопасность глаз. Жидкость внутри глаза прозрачна для света с длиной волны 850 и 905 нм, что позволяет свету дойти до сетчатки. Если лазер будет слишком мощным, он может причинить глазу непоправимый вред.

С другой стороны, глаз непрозрачен для излучения с длиной волны 1550 нм, что позволяет таким лидарам работать на большей мощности, не вредя сетчатке. Увеличение мощности позволяет увеличивать дальность действия.

Так почему же все не используют лазеры с длиной волны 1550 нм в лидарах? Детекторы, работающие с частотами 850 и 905 нм, можно создать на основе недорогих и распространённых кремниевых технологий. Для создания лидара с длиной волны 1550 нм требуется использовать экзотические и дорогие материалы, такие, как арсенид галлия-индия.

И хотя лазеры на 1550 нм могут работать с большей мощностью, не представляя угрозы для глаз, такие уровни мощности могут приводить к другим проблемам. На выставке CES в Лас-Вегасе в этом году один человек сообщил, что мощный лазер на 1550 нм в лидаре от AEye испортил ему камеру. И, конечно, лазеры большей мощности потребляют больше энергии, что уменьшает дальность хода и энергетическую эффективность машины.

Учтя всё это, давайте рассмотрим десятку ведущих разработчиков лидаров.

Velodyne



Три продукта Velodyne: Alpha Puck, Velarray и Veladome

Управление лучом: вращение.

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 905 нм

Velodyne изобрела современный трёхмерный лидар более десяти лет назад, и с тех пор доминирует на этом рынке. Характерные вращающиеся лидары компании часто используются в робомобилях, и компания, скорее всего, останется лидером рынка в 2019. Однако некоторые наблюдатели задаются вопросом, сможет ли компания поддерживать свою лидирующую позицию в последующие годы.

В конце 2017 флагманские лидары Velodyne на 64 лазера продавались по $75 000 за штуку. Velodyne представила новую модель на 128 лазеров, которая, по слухам, будет ещё дороже — $100 000.

Касательно этих цифр представитель Velodyne ответил: «Мы не раскрываем стоимость продукции, однако, озвученные цены характерны для единичных продуктов. В закупках автомобильных масштабов цены существенно ниже, и мы активно поставляем автопроизводителям продукцию по низким ценам».

Velodyne продаёт и менее дорогие лидары, включая 16-лазерную "шайбу", которая в прошлом году продавалась по $4000. Также Velodyne продаёт и твердотельную модель, Velarray. Velodyne говорит, что это система с длиной волны в 905 мм «с проприетарным методом управления лучом без трения». Velodyne ожидает, что в оптовых объёмах эта модель в итоге будет стоить менее $1000. Однако эти лидары не дают такого высокоточного результата, как вращающиеся модели на 64 и 128 лазеров.

Некоторые критики утверждают, что у Velodyne были трудности с производством и качеством продукции.

«Деликатные движущиеся датчики лидара, являющиеся средством к существованию компании, оказалось сложно производить эффективно и с высоким качеством, и они могут быть раздражающе хрупкими при применении в автомобилях», писал недавно журналист Эд Нидермайер, цитируя источники сектора робомобилей.

Представитель компании поспорил с таким отзывом, утверждая, что Velodyne «за годы работы довела науку изготовления этих датчиков в больших количествах до совершенства», и что «было доказано, что они выдерживают жёсткие условия эксплуатации в автомобилях».

Недавно Velodyne подписала лицензионный договор с Veoneer, известной компанией в цепочки поставок автомобильных запчастей. У Veoneer есть большой опыт создания компонентов, удовлетворяющих стандартам качества автомобильных компаний, и у неё могут появиться идеи о внесении изменений в классический дизайн Velodyne с целью улучшения качества и уменьшения цены продукта. Однако им нужно действовать быстро, поскольку целый ряд других компаний уже нацелился на место лидера.

Luminar




Управление лучом: механическое сканирование

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 1550 нм

Многие считают Luminar одним из главных соперников Velodyne. Компания занимается этим бизнесом с 2012 года, и в прошлом году начала производство лидаров в больших количествах. Компания утверждает, что качество её продукции находится на высшем уровне.

В частности это происходит благодаря тому, что в Luminar решили использовать лазеры с длиной волны 1550 нм. Использование безопасной для глаз длины волн позволяет Luminar выкручивать мощность лазера, благодаря чему лидар дальше видит. Но лазеры на 1550 нм означают, что Luminar приходится использовать экзотический арсенид галлия-индия для обнаружения вернувшихся импульсов. Это должно быть дорого, но Luminar в прошлом году сообщили нам, что стоимость приёмников в их лидарах составляет всего $3.

В прошлом году в ответ на наши расспросы о Luminar президент компании Velodyne Марта Холл указала нам на серьёзный недостаток лидаров от Luminar – большое энергопотребление. Это особенно важно, поскольку лидары от Luminar представляют собой фиксированные датчики с полем зрения в 120 градусов. Это значит, что для обеспечения просмотра всех 360 градусов потребуется четыре прибора от Luminar (с учётом наложения их полей зрения), вместо всего одного от Velodyne или Ouster. Однако затем в письме представитель Luminar ответил, что последняя версия их лидара значительно уменьшила потребление энергии по сравнению с ранними моделями, и потребляет «на круг примерно 50 Вт».

Также Luminar ничего не сообщает по поводу цен. В прошлом мае директор Luminar Остин Рассел рассказал нам, что их лидар должен будет «подешеветь до нескольких тысяч долларов», чтобы суметь состязаться на потребительском рынке, и что этот вопрос для компании «не является проблемой». Однако из этого следует, что в то время стоимость приборов получалась значительно выше нескольких тысяч.

Luminar опережает многих изготовителей лидаров в области реальных поставок, поскольку начала массовое производство более девяти месяцев назад. За последние 18 месяцев Luminar сумела заключить партнёрские соглашения с компаниями Toyota, Volkswagen и Volvo.

В недавнем интервью Рассел указал на эти сделки, назвав их крупнейшими конкурентными преимуществами компании. Он сказал мне, что крупнейшие компании разрабатывают робомобили на основе лидаров от Luminar, и им дорого обойдётся переход на продукцию конкурентов в будущем.

AEye




Управление лучом: механическое сканирование

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 1550 нм

У AEye много общего с Luminar. Она использует механическое сканирующее зеркало для управления лучами. Она использует лазер безопасной для глаз длины волны 1550 нм, позволяя ему работать на больших уровнях энергии. В результате у лидара от AEye впечатляющие характеристики по дальности. AEye говорит, что их лидар может видеть на расстоянии вплоть до 1000 м – это гораздо больше, чем те 200-300 м, которыми хвастаются самые дорогие устройства.

В декабрьском интервью директор AEye Люис Дюссан расхваливал высокоэнергетические импульсы, которые способны выдавать волоконные лазеры лидара AEye. Он сказал, что многие лидары конкурентов основаны на диодных лазерах, «ограниченных мощностью в 100-150 Вт. Волоконные лазеры могут доходить до 100 000 Вт – очень короткий импульс, большое количество сигнала».

Большая энергия позволяет увеличивать расстояние, но у неё есть и свои недостатки. В этом году на выставке CES в Лас-Вегас один человек рассказал журналу Ars, что его дорогая камера оказалась испорченной, когда он сделал фотографию лидара от AEye. Глаза заполнены жидкостью, непроницаемой для волн длиной 1550 нм. А камеры – нет. Видимо, мощный лазер AEye попал на хрупкую матрицу фотокамеры.

В заявлении для журнала Ars компания AEye описала повреждение камеры как проблему, присущую всей индустрии. Но Ангус Пакала, директор конкурирующей компании Ouster, спорит с этим. Он писал: «Наши сенсоры безопасны для глаз и камер. И точка». Luminar сообщила, что «мы провели всесторонние испытания с той же камерой с теми же линзами и с теми же настройками, что были у повреждённой на CES, и не смогли причинить ей вреда» при помощи лидара от Luminar.

Большинство лидаров используют фиксированную схему сканирования. Лидар AEye использует другой подход, который компания называет «подвижным сканированием». Схему сканирования AEye можно настроить программно и менять динамически. Согласно Дюссану, подвижная схема сканирования работает с гибкостью волоконного лазера. «От снимка к снимку можно контролировать энергию импульсов», — сказал он Ars. ПО управляет не только тем, когда произойдёт следующее измерение, но и тем, сколько энергии будет использовано – и, следовательно, какое расстояние будет измерено в следующий раз.

В результате, когда лидар замечает далеко находящийся объект, он может увеличить разрешение сканирования и уровень энергии в данной части изображения, и получить больше точек данных. В итоге может получиться скан с высоким разрешением, который поможет различить пешехода, мотоцикл или габаритный мусор, оставшийся на дороге.

С другой стороны, существует опасность чрезмерной оптимизации. Если лидар будет тратить много времени на сканирование уже распознанных объектов, возникает опасность, что на систематическое сканирование времени останется слишком мало, из-за чего он пропустит другие объекты.

Ouster




Управление лучом: вращение

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 850 нм

На первый взгляд, лидар от Ouster выглядит очень похоже на Velodyne. Это вращающиеся системы, измеряющие время импульсов в пути, и обе компании продают приборы с 16, 64 и 128-ю лазерами. И это не совпадение: Ouster специально разрабатывала продукцию так, чтобы её можно было использовать для замены приборов от Velodyne, поскольку многие потенциальные клиенты освоились с их классическим форм-фактором.

Но если вскрыть устройства от Ouster, окажется, что внутри они выглядят совсем не так. Классический дизайн Velodyne, судя по патенту, использует 64 отдельных лазера и 64 отдельных детектора. Ouster же придумала, как упаковать 64 лазера на один чип, а второй их чип содержит 64 датчика, распознающих отражённый свет. Такой интегрированный дизайн может кардинально уменьшить стоимость и сложность производства лидаров.

Самый сложный из лидаров Ouster, поставки которого должны начаться в этом году, это OS-2, 64-лазерный прибор, продающийся по $24 000. Ouster говорит, что его дальность работы сравнима с самыми дорогими лидарами от Velodyne. Ouster также продаёт лидары и с меньшим радиусом действия всего за $3500.

Ouster может запихнуть 64 лазера на чип, используя поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL) — в отличие от обычных лазерных диодов, излучающих в плоскости, параллельной поверхности. Поскольку VCSEL излучают перпендикулярно поверхности подложки, много лазеров можно разместить на полупроводниковом кристалле. Технология уже давно используется в таких пользовательских приложениях, как компьютерные мыши, но она всегда считалась недостаточно мощной для использования в лидаре. В Ouster говорят, что придумали, как создать лидар высокой эффективности при помощи VCSEL.

Ouster использует ещё одну полупроводниковую технологию, диоды однофотонного каскада (SPAD), чтобы обнаруживать возвратившийся свет. Как и VCSEL, SPAD можно изготовить при помощи стандартных технологий производства кремниевых чипов, и в один кристалл можно запихнуть много SPAD. Благодаря этому Ouster было довольно несложно перейти с 64-лазерных приборов в прошлом году на 128-лазерные, анонс которых состоялся в январе, а поставки начнутся летом. Компании просто пришлось заменить в старой модели чипы с 64 лазерами и 64 детекторами на новые 128-е чипы.

И обновление с 64 до 128 лазеров – это только начало, утверждает директор Ангус Пакала. Он рассчитывает, что за несколько лет компания представит лидары, в распоряжении которых будут тысячи – а, возможно, и миллионы – лазеров VCSEL и детекторов SPAD.

Пока что Ouster концентрируется на создании одномерных массивов лазеров для использования во вращающемся датчике, похожем на устройства от Velodyne. Но Пакала говорит, что ту же технику можно использовать и для создания двумерных массивов из лазеров и детекторов – наподобие матрицы в фотоаппарате. Это может привести к созданию нового класса лидаров на основе вспышек, где каждый «пиксель» будет обслуживать своей парой лазер-детектор. В результате у лидара будут преимущества вспышки – никаких движущихся частей, возможность воспринять «кадр» сразу и целиком – без жертв дальности обычного лидара.

Суть стратегии Ouster заключается в том, чтобы использовать в своих интересах промышленную базу потребительской электроники, в которой VCSEL уже используются в компьютерных мышках, для дальномеров у камер смартфонов, и в других областях. Пакала утверждает, что VCSEL ещё есть куда улучшать по таким параметрам, как яркость, стоимость и энергоэффективность. А все улучшения технологий VCSEL (и SPAD) будут автоматически работать на руку Ouster.

Blackmore




Управление лучом: механическое сканирование.

Измерение расстояний: непрерывное излучение с частотной модуляцией.

Длина волны: 1550 нм

Как и Ouster, Blackmore надеется использовать в своих целях развёрнутую инфраструктуру полупроводниковой промышленности. Однако её интересует индустрия оптических коммуникаций, а не потребительской электроники.

На первый взгляд, лидары и устройства оптической связи отличаются друг от друга, но на самом деле у них больше общего, чем можно было представить. Они отправляют информацию, закодированную в свете, улавливают свет позже и извлекают информацию из него.

«Оптический слой Blackmore создан на основе стандартных компонентов для оптоволоконной связи», — написано на сайте компании. «Пользуясь наработанными за десятилетия решениями в области оптоволоконной связи, мы с уверенностью заявляем, что наши схемы масштабируемы и надёжны».

Практически во всех других аспектах лидар Blackmore удивительно сильно отличается от продукции компаний Ouster и Velodyne. Вместо вращения на 360 градусов, лидар зафиксирован с полем зрения в 120 градусов по горизонтали и 30 градусов по вертикали. Он использует непрерывное излучение с частотной модуляцией для измерения расстояний, что позволяет измерять и скорость объектов.

Blackmore несколько недель назад представила новый интересный лидар на CES. Первоначальная его стоимость составляет $20 000, и он обладает впечатляющими характеристиками. Компания надеется со временем постепенно снижать стоимость лидара.

Baraja




Управление лучом: спектроскопическое сканирование.

Измерение расстояний: непрерывное излучение с амплитудной модуляцией.

Длина волны: 1550 нм

Baraja – один из самых необычных стартапов, о которых я рассказывал в прошлом году – и один из наиболее таинственных.

У большинства лидаров поле зрения составляет 120 градусов или меньше, что означает необходимость покупать не менее четырёх штук для обеспечения полного покрытия 360 градусов. Это может выйти дорого, а также требует расстановки хрупкой электроники по краям машины, где её очень легко повредить.

Идея Baraja состоит в том, чтобы переместить всю хрупкую электронику в багажник. Находящийся там обработчик сигналов соединяется по оптоволокну с четырьмя дешёвыми и прочными головками датчиков, которые можно разместить снаружи машины.

В интервью прошлым летом директор компании Федерико Колларте сказал мне, что четыре головки датчиков «состоят, по сути, из кремниевого стекла. Они дёшевы, надёжны, хорошо выдерживают стихии. В случае аварии нужно будет просто заменить головку датчика».

Привлекательная идея. Проблема в том, что я не могу сообразить, как она будет работать – и не смог убедить Колларте пояснить мне её в деталях.

Baraja описывает свой лидар как «лидар спектроскопического сканирования», что означает, что лучи лазеров управляются изменением частоты света, проходящего через призму. Просто представить, как можно управлять таким лучом в одном измерении, но сложно понять, как достичь двумерного управления".

Когда я спросил об этом Колларте, он сказал: «Для второго измерения мы используем тот же концепт спектрального сканирования. И у нас ещё есть вспомогательная механическая система».

Он добавил, что эта система не включает в себя ни зеркала, ни вращающиеся лазеры. Он сказал, что она «использует такую же призматическую оптику – этот момент мы всё ещё держим в секрете».

Также Baraja остаётся единственной компанией из тех, с кем мы общались, использующей непрерывное излучение с амплитудной модуляцией для измерения расстояний. Колларте рассказал нам, что одним из преимуществ такого подхода является то, что «для отдельных импульсов не требуется больших энергий». Некоторые оптические компоненты могут повредиться из-за скачков энергии, и их отсутствие даёт инженерам гибкость в использовании более широкого спектра вариантов — что потенциально позволит создать менее дорогую и более надёжную технологию.

Колларте говорит, что Baraja (как и Blackmore) старается «перенести компоненты и технологии из оптических телекоммуникаций», где большая экономия на масштабе позволяет удерживать стоимость продукта на низком уровне. Baraja, судя по всему, находится на ранних этапах коммерциализации, но Колларте говорит, что при производстве сотен тысяч устройств компания рассчитывает снизить их стоимость до «нескольких сотен» долларов.

Quanergy




Управление лучом: Активная фазированная антенная решетка.

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 905 нм

Вокруг Quanergy три года назад развернулась сильная шумиха, когда она объявила о создании твердотельного продукта со стоимостью менее $250, которую можно будет достигнуть при масштабном производстве. Но критики говорят, что компания не сумела выполнить свои обещания.

«У Quanergy, судя по всему, с трудом получается заставить датчики работать на нужных дистанциях», — сказал в интервью Сэм Абулсамид, аналитик из компании Navigant.



Quanergy – одна из немногих компаний, делающих лидары по технологии активной фазированной антенной решетки. Как было указано в пояснении к концепции 2017 года:

Фазированная решётка – это ряд передатчиков, способных менять направление электромагнитного луча, подстраивая относительную фазу сигнала от одного передатчика к другому.

Если все передатчики синхронно излучают электромагнитные волны, луч отправится прямо, т.е., перпендикулярно массиву. Чтобы отклонить луч влево, передатчики сдвигают фазу сигнала отправляемого каждой антенной, и сигнал от передатчиков слева оказывается позади сигнала передатчиков справа. Для отклонения луча вправо решётка совершает противоположное действие, сдвигая фазу самых левых элементов вперёд по отношению к правым.

Такая технология десятилетиями использовалась в радарах, где передатчиками служат антенны радаров. Оптические фазированные решётки применяют тот же принцип к свету, упаковывая массив лазеров на достаточно небольшом чипе.

Если бы Quanergy удалось заставить эту технологию хорошо работать, у неё была бы масса преимуществ. При отсутствии движущихся частей твердотельное устройство могло бы быть дешёвым, надёжным и универсальным. Лидар от Quanergy, как и прибор от AEye, настраивается программно и динамически переключается между разрешением и скоростью обновления.

Но у Quanergy нет особенных успехов на рынке. В ноябрьском интервью директор Луэй Эльдада сказал, что «мы проходим нужные этапы, мы идём по графику». Но есть причины сомневаться в этом. К примеру, Ангус Пакала был сооснователем Quanergy до того, как уйти и основать компанию Ouster в 2015-м.

Абульсамид указывает на недавний интерес Quanergy к использованию лидаров в промышленной безопасности – в этой области применения не требуются такие расстояния, как у робомобилей. Эльдада сказал мне, что теперь у Quanergy появился более типичный лидар с механическим наведением, предназначенный для рынка безопасности.

Cepton




Управление лучом: проприетарная технология микродвижений.

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 905 нм

Полностью автоматические робомобили – наиболее требовательная область применения лидаров, и пока что я в основном описывал продукты, нацеленные на этот рынок. Но Cepton – пример уважаемого производителя лидаров, в основном нацеленного на использование их технологии в передовых вспомогательных системах для водителей (ADAS). Сегодняшние системы ADAS используют радары и камеры для контроля полосы и динамического круиз-контроля. Но все ждут от автопроизводителей появления лидаров на машинах будущего, которые смогут обеспечить более сложные ADAS-системы.

Проблема в том, что, как мы увидели, лучшие лидары стоят десятки тысяч долларов, и эта ситуация может не поменяться даже при их производстве в промышленных масштабах. Поэтому такие компании, как Cepton, нацеливаются на производство лидаров средней дальности, достаточно доступных для их включения в автомобили, которые будут выпускать уже через несколько лет.

И когда я спросил директора Cepton Джун Пей о лидаре дальнего действия, требуемого для робомобилей, он открестился от этого рынка, сказав, что не думает, что клиенты начнут запрашивать подобные устройства в больших количествах «в обозримом будущем».

Вместо этого Cepton сконцентрировалась на рынке ADAS, где уже начинают заключать сделки на крупные объёмы поставок. Cepton утверждает, что её конкурентным преимуществом является цена.

«Мы – единственная компания, способная продавать лидары дешевле $1000», — сказал Пей. Прошлым летом Cepton объявила о сделке с Koito, японской компанией и одним из крупнейших мировых поставщиков автомобильных фар, по которой та включит их технологию лидаров в дизайн фар. Это значит, что если автопроизводитель решит, что лидар от Cepton устраивает их по всем параметрам, он сможет без проблем добавить такую возможность в свои автомобили.

Пей сказал мне, что технология микродвижения, управляющая лучом, уникальна для этой индустрии. Традиционные МЭМС используют для перенаправления света крохотное механически перемещающееся зеркальце. Но Пей говорит, что Cepton использует «очень проприетарный оптический дизайн, устраняющий зеркальце, но всё равно способный получать картинку высокого разрешения». Он также описал его, как «небольшую вибрационную систему, работающую по принципу динамика» – но отказался раскрывать подробности.

Innoviz




Управление лучом: механическое сканирование.

Измерение расстояний: время в пути.

Длина волны: 905 нм

Innoviz, как и Cepton, в основном концентрируется на сделках большого объёма с автопроизводителями. Она торгует доступными лидарами средней дальности, подходящими для использования в ADAS. И весьма успешно.

В прошлом апреле BMW объявила о планах установить лидар от Innoviz в свои автомобили в 2021 модельном году. Также в этом партнёрстве участвует Magna, известный поставщик, который поможет с логистикой, необходимой для установки готовой запчасти в тысячи автомобилей.

Автопроизводители экспериментируют со многими технологиями лидаров, поэтому многие их изготовители могут похвастать заключением сделок с OEM-производителями. Но сделка BMW выделяет Innoviz на фоне остальных конкурентов – BMW, судя по всему, серьёзно настроена на установку их лидаров в автомобили для продажи, а не просто покупает эти устройства для испытаний на прототипах.

В производстве автомобилей сроки освоения новой продукции весьма велики, поэтому Innoviz будет чем заняться в ближайшие несколько лет, и, конечно, одна заключённая сделка позволит Innoviz заключать новые сделки в будущем. Он полон оптимизма касательно этой сделки".

Сделка с BMW, судя по всему, будет использоваться для реализации ADAS, но у Innoviz есть амбиции и в области робомобилей. В последней своей модели InnovizOne компания хвастается дальностью до 200 метров с объектами с 50% отражающей способностью и полем зрения в 120 градусов.
Support the author
Share post
AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

More
Ads

Comments 38

    0
    Сейчас появились бюджетные лидары до 400$ с неплохими характеристиками, дальностью до 40 метров и частотой измерений дальномера до 9 КГц (разрешение 0.4 градуса при 10 оборотов в секунду). Для большинства роботов этого вполне хватит. В ROS есть готовые алгоритмы SLAM для построения карт и определения положения в пространстве к которым можно подключить данные с этих лидаров. Производительности одноплатных компьютеров вполне хватает для 2х мерной навигации. Если нужна 3х мерная навигация, то из доступных вариантов RealSense и NVIDIA Jetson для вычислений (или ноутбук с дискретной видеокартой)
      0

      Ссылки в студию.

        0
        sweep lidar
        LDS 50D
        еще какой-то видел, но не могу найти
          0
          Livox еще был недорогой.
          Что по качеству не могу сказать.
        +1
        Интересно, а как поведут себя лидары, если начнётся взаимная засветка? И как такого избежать?
          0
          попробовать также как работает подсветка цели радаром, а голова только принимает — но это не точно
            0

            Так вот же решение


            Лидар непрерывного излучения с частотной модуляцией (НИЧМ).
              +1

              Это одна из больших проблем в сканирующих лидарах, наследие принципа работы импульсного радара. Лечится, например, кодированием последовательности импульсов, чтобы отождествлять свои, со своими недостатками.

                0
                Для крутящихся Velodyne-подобных лидаров это не проблема. Очень маловероятно что один лидар засветит пучком света прямо в другой такой-же лидар. Если и случится, то в данных второго лидара может появиться одна ошибочная точка, что не повлияет ни на что. Для лидаров с модуляцией (кстати это уже не лидары, а Time-of-Flight камеры), для них — да, могут начаться проблемы.
                  +2
                  IMHO, не обязательно прямо в другой лидар попадать. Достаточно, если отражённый сигнал сразу от нескольких лидаров будет в один попадать. Всё-таки большинство поверхностей не покрыты уголковыми отражателями и рассеивают свет сразу во всех направлениях.
                    0
                    Данная проблема, по крайне мере у лидарах Velodyne, устраняется частотой работы лазера и малым угловым полем приёмной оптической системы.
                    Например, в данных лидарах длительность лазерного импульса около 5нс, т.е. при измерении дальности на расстоянии примерно 100м отражённый сигнал перестанет восприниматься через 6-7 наносекунд после начала излучения импульса. Фотоприёмник на основе лавинного фотодиода работает только в течение этого короткого времени. При этом время между соседними импульсами составляет порядка несколько 5-10 микросекунд.
                    Угловое поле зрения фотоприёмника составляет менее градуса.

                    Таким образом всё это позволяет избежать перекрёстных помех.
                      0
                      > 667 нс в воздухе для 100 метров. Сейчас уже у многих период импульсов около 1-1.5 мкс. 5-10 мкс соответствуют 1.5-3 км. Длительность импульсов тоже сокращают вплоть до 1 нс.
                  0
                  Плохо поведут. Поэтому SICK LMS511 могут взаимо-синхронизировать по кабелю импульсы своих лазеров.
                    0
                    Хм, соединить все автомобили кабелями? Оригинальная идея.
                      0
                      Синхронизация требуется для нескольких датчиков-лидаров, взаимно-неподвижно находящихся в своих точках, и совершающих постоянное, взаимо-пересекающееся сканирование одной и той же зоны, с одной и той же частотой сканирования. Т.е. в случае гарантированно возникающей взаимной интерференции.

                      На подвижных объектах интерференция подвижных лидаров маловероятна. Но если на одной транспортной единице установлены несколько лидаров с пересекающеся областью, возможно потребуется их или синхронизировать, или учесть и отсечь взаимную засветку.

                      У хорошего промышленного лидара оптика направлена точно на пятно лазера, что снижает вероятность засветки.
                      Кроме взаимозасветки есть масса других факторов — пыль, туман, дождь, ослепление.
                  +2
                  А есть где-нибудь опубликованные данные испытаний, как ведут себя основные типы лидаров в случае плотного дождя/снега/тумана-«как молоко»? Насколько ухудшаются их характеристики?
                    0
                    Очевидная проблема, требующая всестороннего исследования, поэтому, конечно, публикуется множество соответствующих статей — 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Это лишь то, что лежит на поверхности после одной минуты гугления.
                    0
                    А есть ли недорого чем измерить расстояние 10-20см с точностью ~1мм, но не менее 100 в секунду или даже лучше — 500. На вскидку на али есть на VL53L1X не дорого, но оно 50 Hz всего :(
                    • UFO just landed and posted this here
                        0
                        Такое решение не подойдет: habr.com/ru/post/327642?
                          0
                          Шикарная статья, спасибо!)
                          Читал вашу статью про лазерный сканер — восхищался проделанной работой, про дальномер не видел. После прочтения наконец то понял как оно вообще работает.
                        +3
                        Еще со школы был уверен, SPAD — это APD (лавинный фотодиод) в режиме счета форонов. И на русский должно так и переводиться «лавинный фотодиод в режиме счета фотонов». Фраза «диоды однофотонного каскада» вводит в ступор…
                          0
                          Здравствуйте! А почему для данных целей не используют радары?
                            0
                            Возможно для радиочастот многие предметы слишком прозрачны, либо наоборот полностью поглощаются, а найти оптимальный свободный диапазон не удалось. Плюс сюда еще добавляются возможные проблемы с переотражением принимаемого сигнала, и загрязнением радиоэфира. Куча машин и в каждой крутиться радар, это как-то может влиять на электронику, близко расположенные дома, людей без шапочек из фольги и т.д. ))
                            Т.е. скорее всего для применения радаров всплывает проблем еще больше, чем для лидаров.
                              0
                              Используют… Cognitive Technologies представила 4D-радар для беспилотников
                              С точки зрения безопасности радары намного предпочтительнее лидаров — они дают видимость именно в тех условиях, когда эта видимость ограничена.
                                0
                                Одно из основных преимуществ лидаров над радарами — это более высокое угловое и/или пространственное разрешение. Просто сравните картинку с не самого крутого VLP-32C и радара «высокого разрешения» от того же Cognitive Technologies, который использует модный диапазон около 80ГГц. В отличии от VLP-32C у Cognitive Technologies контуры автомобилей крайне условные, про пешеходов я вообще молчу. VLP-32C помимо времени прохождения импульса измеряет отражательную способность поверхности, поэтому может различать различные объекты, находящиеся близко друг от друга и/или на одинаковом расстоянии от лидара. Тоже самое в какой-то степени реализовывают и для радаров, но относительно низкое разрешение не раскрывает возможностей данной фичи для обсуждаемых задач.
                                0
                                Самое интересное тут — технология Quanergy.

                                Картинка-иллюстрация их фазированной антенной решетки — как-будто сошла с учебника, поясняющего принцип Гюйгенса-Френеля (наиболее используется для того, чтобы объяснить отклонение луча на границе раздела двух сред с разным показателем преломления).

                                Единственный проблемный момент — такая АФАР(активная фазированная антенная решетка) будет корректно работать, если источники излучения когерентны. Если степень временной и пространственной когерентности недостаточна — то эффекта отклонения луча на мой взгляд наблюдаться не должно.

                                Если требования жесткие — возникает вопрос к выбраковке таких чипов. То есть на производстве делают, к примеру, 15 лазерных диодов, которые попадают в допуск и 5, которые не попадают в допуск. Как это будет работать в этом случае?
                                  +1
                                  Насколько я понял из немногочисленных данных в интернете, они разработали что-то вроде массива из электро-оптических модуляторов, которые модулируются некой единой частотой, но с разными фазами. Источник излучения при этом только один.
                                  +1
                                  Популярность лидаров может привести к тому, что в большом количестве появятся несертифицированные noname лидары выжигающие сетчатку глаз. :(
                                  Китайские сверхмощные лазерные указки хотя бы в глаза постоянно не светят, а лидары так делать будут. :(
                                  image
                                  Потому что полуподпольным производителям будет абсолютно плевать на безопасность. :(
                                    0
                                    Да уж, если (когда) массово начнут появляться беспилотные авто с лидарами, без защитных очков на улицу лучше не выходить.
                                      0

                                      С учётом описанного случая с камерой, и не нонейм производители не особо заморачиваются, уже на километры замахиваются...

                                      0
                                      На Volvo V40 с 2012 ставят лидары Luminar. За 6 лет технологию хорошо отработали. Сейчас они на всех моделях ставят лидары. Это основной датчик CitySafety системы.
                                        0
                                        Посмотрел, кому принадлежит Volvo, оказалось китайской компании 吉利.
                                          0
                                          Мало ли кому принадлежит акционерный капитал. Ноу-хау и разработки все равно все шведские, и там же продолжают воспроизводиться. Кстати, на V40 стоят именно Luminar.
                                        0
                                        лидар необходим автомобилям как зайцу пятая нога ну или как людям лидар. люди отлично водят с двумя камерами. а некоторые с одной
                                          0
                                          Интересно почему никто не использует акусто-оптические дифлекторы для лидаров?
                                            0
                                            Крайне малый угол сканирования
                                            0
                                            Почему-то нету упоминатия Valeo с их Scala1 & Scala2 которые уже продаются.

                                            Only users with full accounts can post comments. Log in, please.