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量产固态激光雷达 骑破车创业的光学博士这样被奥迪看上

2017-12-05 18:30:05 和讯名家 
  看点:获得豪华车品牌认可很难?发了40多篇论文的光学达人归国创业,打造量产固态激光雷达让奥迪服气。

量产固态激光雷达 骑破车创业的光学博士这样被奥迪看上
量产固态激光雷达 骑破车创业的光学博士这样被奥迪看上
  为机器人、无人机、自动驾驶车同时供货是一种什么样的体验?

  似乎机器人无人机和自动驾驶车的共同点都是轮子会转,但对于北醒来说,他们的共同点是,都会用到激光雷达。

  日前,车东西来到激光雷达公司北醒,和北醒CEO李远聊了聊北醒的激光雷达方法论,特别是针对车载激光雷达的开发计划。

量产固态激光雷达 骑破车创业的光学博士这样被奥迪看上
  骑破车上班的光学博士

  李远大概是车东西见过的最“随便”的一个CEO了,穿着一件卫衣,踩着拖鞋就把车东西记者往会议室里带。从交流中我们还得知,李远平时上班时,放着一辆奥迪A3不开,平时都是骑着一辆很破的自行车来上班。

被用作测试车的奥迪a3,也是奥迪创新大赛的奖品
被用作测试车的奥迪a3,也是奥迪创新大赛的奖品

  这种随性似乎也传染到了北醒内部,在办公室中,随便走两步可能就会看到一个检测装置正在运行, 对空间的利用可谓到了极致。

激光雷达的温度实验装置
激光雷达的温度实验装置

  其实这算是一种接地气的实用主义,正如本应高大上的博士李远没有什么派头一样,北醒在发展道路中,也是一种追求“先实用再说”的路径。

  就是像李远这么随便的一个人,带领北醒从用于无人机的激光定高器开拓至机器人乃至车载激光雷达领域,先后被IDG、科沃斯、顺为投资。

  从李远口中我们了解到,他接触光学已经超过十年。李远本科就读与北京交通大学,硕士师从中国发光学奠基人之一的徐叙瑢院士,博士则前往美国维克森林大学拜于美国物理学会会士Dr. Carroll门下。在求学期间,李远一共发表了40多篇SCI,毕业论文入选了《自然》的子刊物《Nature Phontonics》。

李远博士
李远博士

  在学界刷过了成就的李远2014年看到了技术产出商业价值的机会,回到国内,创立了北醒。从深耕光学的教育背景出发,一开始,李远选择了几乎所有激光雷达创业者都会想到的方向——“机器人之眼”。的确,那个时候机器人渐渐升温,无人机正值火热,这是踩在历史行程上的创业项目。

量产固态激光雷达 骑破车创业的光学博士这样被奥迪看上
  从无人机定高雷达到车载激光雷达

  很快,北醒做出了第一代产品DE-LiDAR1.0,用于无人机避障。在研发DE-LiDAR的过程中,北醒还炫了个技,DE-LiDAR的光源使用了红外LED,LED光源的能量集中性远不如激光,要将其汇聚起来,需要复杂的光路设计。不过深厚光学背景帮助解决了这个问题。同年,北醒收获了来自IDG、科沃斯的A轮融资。

  到2016年8月,在DE-LiDAR的基础上,北醒量产了定高激光雷达TF01,收获了大量植保无人机订单。也是在这一年,10月,北醒开发的固态激光雷达,获得了奥迪创新实验室大赛“人工智能的应用”总冠军,奖品是一台奥迪A3。

  奖品是团队合作的结果,李远也没想着自已一人使用,便拿出来作为公司用车。北醒的员工出外时,可以开这台A3;车不用时,则是北醒的产品测试平台。而李远本人,如上文所说,平时都是骑一辆“很破的自行车上班”。

  随后,北醒获得了顺为资本的注意,A+轮由顺为领投,IDG、科沃斯跟投。获得小米系加持的北醒在2017年势头更猛, 先是入驻了博世的加速器,随后又连续新推出了植保无人机和停车的第二代定高雷达TF02,以及只有一枚硬币大小的微型激光雷达模组TFmini。

  不过,最让北醒上心的,还是今年10月量产的3D Flash固态激光雷达——CE30。获得来自奥迪认可的激光雷达,正是CE30的原型。

量产固态激光雷达 骑破车创业的光学博士这样被奥迪看上
量产固态激光雷达 骑破车创业的光学博士这样被奥迪看上
  北醒的激光雷达方法论:直接量产固态

  CE30是目前激光雷达市面上体积最小的那一批,重量仅有219g,相比于各类要用“捧”的旋转式激光雷达,它可以说是非常袖珍了。李远称,其中出货量最大的CE30-A主要用于自动导航车(AGV,Autonomous Guided Vehicle),而另一款CE30-D则主要用于自动驾驶。

CE30-A参数
CE30-A参数

  在参数上,CE30-A等效24线的扫描式激光雷达,拥有132度的水平视场角,探测精度可以达到厘米级,分辨率为320X24,刷新率则达到了20Hz。CE30如果要换算点云数这一指标,CE30-A每秒的出点数为320X24X20,15万。从这些数据看,北醒的CE30-A是一款性能居中的产品。

  不过在两项参数上,CE30-A并不高,其垂直视场角为9度,探测距离最远则只有4m,这样的参数完全是为了针对工业AGV市场的需求,为AGV客户量身定做的产品。李远也表示,今年双11各种无人物流、无人仓储大战中,就有CE30-A智能物流仓储的小车的参与。

此前在网上大火的仓储机器人,就是agv的一种
此前在网上大火的仓储机器人,就是agv的一种

  那些不那么高大上的仓储小车,反倒是北醒在激光雷达卡位战中的重要目标。它们运行的情境简单、对传感器性能要求不高并且规模庞大。它们对激光雷达的庞大需求带给了北醒大量的订单——李远透露的数据是,超过一万台。而在淘宝上,CE30-A的价格是5000元一台。

  这也是北醒有趣的一点——他们的激光雷达可以直接在淘宝上买到。而在北醒公司内,垒在工作台上的产品盒子会让人产生来到了电商公司的错觉。

  对于李远来说,有货卖才是王道。“如何寻求产品量产”,在李远的考虑中,是比“高性能”更加靠前的标准。可以说,北醒的路径选择、CE30的诞生,基本都是这条标准指导的结果。

  事实上,从2015年建立公司开始,用于自动驾驶的激光雷达就在北醒的研发中立项。并且,出于可靠性、成本等方面考虑,北醒也没有从旋转式激光雷达过渡到固态激光雷达的想法,而是直接研发后者。

  而在固态激光雷达的三大主流方向MEMS(李远认为,依靠微振镜驱动的MEMS方案不算纯粹的固态)、OPA(光学相控阵)、Flash选择上,北醒选择了Flash的技术方向。这背后的逻辑是,Flash式激光雷达在光源发射端的产业链最成熟,有现成方案可用;而在接收端,也可以使用高速CMOS而不是复杂度更高的APD雪崩光电二极管。

  大量半导体工艺元件的应用,使得固态激光雷达的装配调试可以实现自动化,不必耗费巨量的人工校准时间。在量产成本与量产时间上,都有巨大的优化。不过走Flash的技术路线,意味着在探测距离方面,有更大的技术难度(因为发射的光线是面阵而不是线束),这也是即使是为自动驾驶客户使用的CE30-D,探测距离只有30米的原因。

  所以北醒走的途径是化简——面对全新的固态激光雷达品类,用尽可能成熟、简单的工艺、材料,去实现新技术,先把产品拿出来。李远向车东西透露,北醒的CE30,已经收到了超过1万份订单。

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  循序渐进瞄向自动驾驶

  在CE30-A的基础之上,北醒光子还有面向自动驾驶客户的升级版——CE30-D,它由于探测距离较短,并不能用于高速的自动驾驶,但是它已经具备了30m范围内比较精准的环境感知能力。车辆应用它,可以实现包括拥堵状态下的自动启停、盲区检测等相对简单的ADAS功能。

  其实北醒的CE30与法雷奥与Ibeo合作生产的4线激光雷达ScaLa有些相似,仅有4线探测光线看似并不强大,但贵在能够量产。当然,ScaLa更强大之处在于,已经用在了奥迪新A8上,帮助后者实现L3级自动驾驶。

  让产品早日投入应用,也是北醒要先量产一款性能不那么强大的激光雷达的主要考虑。

  李远称,在面向客户尤其是面向车厂、Tier-1的时候,只有能够提供量产的产品才有吸引力。而与车厂这样的对象建立合作关系有重要的意义——一方面他们代表的是未来稳定的订单;另一方面,他们提出的需求,将最终定义激光雷达的功能与形态。事实上,如今的激光雷达走向小型化、固态化,正是车厂意志乃至汽车工业要求的体现。

  而CE30目前虽然不支持高速自动驾驶的环境感知,但在某些参数上其实是针对这样的自动驾驶场景进行了优化——CE30的采样刷新率达到20Hz,平均0.05秒就会对环境进行一次建模,可以很好地应对高速自动驾驶的需求。李远举了个例子,时速100公里时,车辆每一秒将行进27米,此时如果激光雷达刷新率太低,例如只有10Hz,机器将每0.1秒采样一次。每捕捉一次环境数据,车辆就将开出将近三米。如果道路是非封闭的、对向有来车的话,两车相对距离的缩减速度还会翻倍。此时,只有更加高频率的数据刷新速度,才能更准确地感知环境、保障自动驾驶安全。

  除了靠量产能力、硬件参数来说服、吸引客户,针对自动驾驶的计算力问题,北醒还进行了软件层面的优化。当前,大量传感器数据的堆叠,决策、控制算法的复杂,对自动驾驶系统的计算力提出了极高的要求,而由于缺乏可量产、高性能的低成本车载主处理器,自动驾驶暂时陷入了计算力瓶颈(就可量产的自动驾驶而言)。

  含有深度信息的激光雷达数据的解算、融合,也是处理器计算负荷的一个大头。为了给自动驾驶的计算减负,北醒在CE30中内置了一套化简算法——可以设置环境数据的“兴趣区”,兴趣区之外,激光雷达采集到的环境数据将会被屏蔽,从而大大减少计算需求。

图中红色区域所在方框,即设定的“兴趣区”
图中红色区域所在方框,即设定的“兴趣区”

  这样的灵活算法,在配置多个激光雷达进行数据耦合、达到360度探测效果时,也能够防止多个激光雷达的数据过度重合。

  这一点,其实也是北醒量产思维的体现,不过这一点考虑到的,是其客户产品的量产。

  目前,除了已经量产的CE30,北醒还在测试探测距离达到100米的新一代Flash固态激光雷达,它所对应的,则是真正高速的自动驾驶需求。

  从北醒的产品规划中,我们可以发现很明显的分阶段迭代思维。这背后是李远对自动驾驶发展阶段的判断。

  李远认为,自动驾驶的落地场景会是“先封闭,再开放;先低速,再高速;先运货,再运人”。基于这种判断,李远定下了北醒的产品开发节奏:先面向商用车,再面向乘用。

  在这种判断下诞生的CE30,使北醒目前的主要客户仍然是低速无人驾驶和AGV厂商,但已经一条腿迈入了自动驾驶产业。并且,如果后续高性能产品能够突破技术考验,由于其固态的形态以及北醒在软硬件上作出的优化,另外一条腿也会迈得较快。

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  结语:“量产”与市场将成国产激光雷达突破口

  从李远的创业历程中,我们可以发现,面向车载激光雷达,北醒的发展逻辑看似是一步到位,直接越过了机械式激光雷达的发展阶段。但在具体产品上,北醒从为无人机提供定高雷达一步步走过来,完成技术与市场积累,再切入AGV、汽车市场,又是一个循序渐进的过程。

  这种在大方向选择上毫不犹豫、在具体经营时以产品为中心分阶段操作的发展逻辑,让北醒颇有一些刚柔并济的意味。

  诚然,当前激光雷达创业中,国内外已有数十家公司,其中不乏拿到上亿美元融资的国外明星公司。但李远认为,在量产思维的指导下,以及国内巨大市场的支持下,国内的激光雷达创业将很有机会。“你看无人机和电商之前都是国外强,最后也是这么过来的。”

    本文首发于微信公众号:智东西。文章内容属作者个人观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。

(责任编辑:陶海玲 HF003)
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