随着激光雷达（LiDAR）进入自动驾驶快速赛道，全球激光雷达核心技术和元器件厂商对产业的认知更为深刻。2018年12月21日，麦姆斯咨询和博闻创意主办的“第二十五届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用”下半场，激光雷达核心技术和元器件厂商：地平线、迈来芯、滨松、知微传感、Opus Microsystems、炬佑智能、极鱼科技以及上海技物所向在场观众分享了2018年取得成果——更多核“芯”产品的推出和应用项目的落地，延续上半场激光雷达厂商的精彩，将会议气氛再度推向高潮！


会议干货十足，观众频频拍照

激光雷达系统的发展受制于核心技术和元器件的商业化状态，在下半场研讨会上，车载SoC芯片“独角兽”地平线、国际首家通过车规的ToF 传感器供应商迈来芯、光电器件行业标杆滨松、MEMS微振镜创业企业知微传感和Opus Microsystems、跻身全球领先ToF传感器供应商的国内初创企业炬佑智能、拿下威马3000多万量产订单的极鱼科技以及国内知名光电研究机构上海技物所为激光雷达产业提交了各自的2018年成绩单！

1． 地平线《自动驾驶计算大脑——高性能车载SoC芯片》

地平线以领先的处理器为核心，为自动驾驶提供高性能、低功耗、低成本的视觉环境感知解决方案，也是目前中国唯一一家在全球四大汽车市场（美国、德国、日本和中国）都与顶级Tier 1和OEM（整车厂）建立合作关系的智能驾驶创业公司。地平线业务总监樊庆元先生在介绍地平线基本情况后，重点讲解了高性能车载SoC芯片的技术及应用。

樊庆元先生谈到无论是自动驾驶、ADAS还是车联网、车载娱乐系统等，算力不足、门槛高、性能要求高、成本高、功耗高、编程难度大等问题都亟待解决。地平线与谷歌先后提出了BPU架构芯片和TPU架构芯片，配合各自的Hugo和TensorFlow软件系统，软硬件深度融合优化，软硬一体打造生态系统。


自动驾驶处理器需要设计专用处理器

在自动驾驶领域的车内监控方面，基于全球领先的“征程1.0”嵌入式视觉处理器，地平线为客户提供一套完整的驾驶员行为检测系统，可用于支持驾驶员身份认证、驾驶员安全行为检测和预警功能，如驾驶员疲劳、左顾右盼、低头、抽烟、接打电话等危险行为。而车外方面，地平线提供视觉环境感知方案，预测车辆、行人、车道线、红绿灯、交通标志等跟踪识别和属性重建，并结合地图服务和定位信息提供决策规划控制。

2． 迈来芯《迈来芯QVGA ToF传感器在汽车上的应用及解决方案》

迈来芯现场应用工程师刘志华先生首先介绍了1988年成立于比利时的迈来芯（Melexis）经历30多年的发展，已经跻身全球五大顶级汽车半导体传感器供应商之列。如今，全球生产的每辆新车平均搭载10颗迈来芯的芯片。

迈来芯从2014年开始研发汽车ToF传感器，以紧凑的设计、支持片上（on－chip）诊断、关注系统成本、工作温度范围广（－40 °C ～105°C）等优势，成为全球首家通过车规的ToF传感器供应商。目前已开发出两代ToF传感器，第三代产品将于2019年推出。


迈来芯的ToF传感器迭代情况

刘志华先生向在场观众重点展示了迈来芯刚在2018年11月推出的第二代ToF传感器。全新的MLX75024 ToF QVGA传感器灵敏度提升了一倍，同时分辨率（320像素x 240像素）和环境光耐受能力仍保持原有的行业领先水平。该传感器支持在较低亮度下运行或将所需照明功率降低至少30％，耗电量降低50％，而系统效率却得到进一步提升。在低光照条件下和一米距离外的SNR提升了两倍。该传感器还集成了片上温度传感器，可以降低系统尺寸和成本。为支持最新的MLX75024 QVGA ToF传感器，Melexis专门开发的MLX75123BA ToF配套芯片，相比上一代配套芯片其前端噪声情况改善了三倍。此外，使用一颗MLX75123BA可同时为两颗MLX75024传感器提供支持，进一步降低了系统成本、复杂性以及双ToF摄像头的整体尺寸。这款产品将在2019年进入量产。


迈来芯第二代ToF传感器与第一代ToF传感器的性能对比（模组级）

3． 滨松《面向自动驾驶用激光雷达的核心半导体器件》

滨松作为光探测器及光源（激光器）的领导厂商，对自动驾驶所需的高性能激光雷达也做了大量的前期调研。鲍泽宇先生谈到，这一年市场对激光雷达所需核心元器件的可靠性要求越来越高，正说明了车载激光雷达落地的脚步已经临近。虽然近年来，国外权威机构Garnter对自动驾驶成熟期的预测是超过十年，但滨松看到滴滴出行、Uber等人们身边的出行平台会的快速发展将促进该领域的激光雷达更早落地。

滨松推出的光探测器及激光器可满足不同技术激光雷达的要求。其中，面向自动驾驶激光雷达的激光器，滨松的主要策略是研发高效率、高功率、高可靠性封装、长波长的高性能激光器。同时，鲍泽宇先生在研讨会上向观众重点介绍了滨松新发布的两款光电探测器：（1）Si APD（S14645－02／05），其工作温度范围扩大为－30°C ～100°C，击穿电压为155～195V，暗电流降低至0.01nA；（2）InGaAs APD（G14858－0020A），暗电流从现有产品的150nA降低至25nA，同时信噪比大大提升。


滨松Si APD新品S14645－02／05的参数情况

滨松InGaAs APD新品G14858－0020A的参数情况

4． 知微传感《MEMS微振镜——在混合固态激光雷达领域从“不为所知”到“落地开花”》

知微传感是国内首家实现MEMS微振镜在激光雷达方面批量落地应用的企业，可为客户提供微振镜应用全套解决方案。何伟先生介绍了MEMS激光雷达相比Flash激光雷达的优势：角度可控制且不易受光源功率的限制。


不同激光雷达技术比较

何伟先生为大家分析了采用2D MEMS微振镜和1D MEMS微振镜的激光雷达的差异。总体来讲，MEMS微振镜的频率与镜面直径成反比，为了保证足够的发射功率，微振镜直径一般大于3mm，频率一般低于3kHz。而2D MEMS激光雷达的频率与“帧率和线数乘积”成正比，不能同时增加帧率和线数；1D MEMS激光雷达的频率与帧率成正比，线数与APD线阵单元数成正比，线数的增加不会影响帧率。

最后，何伟先生分别介绍了知微传感几款产品的参数及应用：固态激光雷达的核心扫描组件MEMS扫描模组P1130、为非车载激光雷达客户定制的大尺寸扫描模组P1112、应用于MEMS 混合固态激光雷达的扫描模组和应用于工业物流等场景的高精度3D相机Argus 100。


知微传感提供的MEMS微振镜扫描模组主要应用领域

5． Opus Microsystems《MEMS激光雷达技术与展望》

台湾MEMS创业公司Opus Microsystems成立于2003年，将于2019年在深圳设立大陆运营中心。Opus Microsystems是一家专注于提供激光扫描方案的专业MEMS设计公司，开发了独立自主技术与知识产权的MEMS扫描芯片及其应用方案。


Opus Microsystems提供的基于MEMS扫描芯片的智能视觉传感方案

杨光宇先生为在场观众简单介绍了Opus Microsystems的核心技术和主要视觉传感方案：（1）与iPhone大小相当的MEMS激光投影模组，无需投影镜头，可满足远近距离的清晰成像；（2）基于MEMS激光投影模组的AR 广角激光抬头显示器具有高光效率、广色域、高对比度的优点；（3）MEMS 3D深度传感方案采用3DSLiM动态结构光技术，形成百万级别点云，实现亚毫米深度精度。

MEMS激光雷达具有角分辨率与帧率高的优势，可提供自动驾驶车辆对较远距离物体和人的辨识能力，因此Opus Microsystems期望在2019年将其MEMS 3D深度传感方案应用于L4／L5级自动驾驶车用激光雷达。杨光宇先生分享了如何选择MEMS扫描芯片的经验：（1）镜面大小决定光束发散角，从而决定最远探测距离和角分辨率，因此需要根据实际探测距离和角分辨率综合选择镜面尺寸；（2）镜面形状，如果要两轴发散角一致，则镜面X轴和Y轴的尺寸不同，Opus Microsystems提供圆形和长方形的镜面，以提升激光能量利用率；（3）对于共轴式扫描设计，扫描共振频率与最远探测距离和角分辨率成反正，因此需要根据实际探测距离和角分辨率选择不同的扫描共振频率。


Opus Microsystems提供的核心MEMS扫描芯片

6． 炬佑智能《动态ToF与系统应用》

作为“微言大义”研讨会的老朋友，刘洋先生的演讲每次都能带来新鲜的理念，其公司发展和产品研发也处于快速发展阶段。炬佑智能已开发出包括分辨率为100 x 10、100 x 100、240 x 100、240 x 200、320 x 240等系列850nm和940nm ToF传感芯片，并将推出VGA和百万像素产品，同时还开发了智能3D控制芯片和智能发光发射芯片。炬佑智能也布局了模组、平台、算法及应用的开发，与多家国内外业界领先企业有紧密合作。


炬佑智能与所有关键平台进行无缝对接，以满足客户的不同需求

刘洋先生谈到，与静态的CMOS图像传感器相比，对ToF传感器进行动态控制，可实现从3D感知到4D感知的扩展，达到更加智能的目的：（1）ToF传感器对光的感知过程中，会受到光路散射、物体干扰、物体遮挡等各种问题，通过对发光芯片的智能设计，配合智能算法，可以提高ToF传感器的精度，实现动态控制；（2）ToF传感器也是对红外光的感知，因此不仅可以感知深度信息，还可以实现对人体生理信息、物体材料等信息的感知；（3）ToF传感器具有电磁特性，还能实现对被遮挡物体以及物体速度的感知。随后，刘洋先生详细介绍了炬佑智能在实现ToF传感器4D感知方面所做的努力和取得的成果。


ToF传感器实现从3D感知到4D感知的扩展

7． 上海技物所《应用于车载激光雷达的硅线性雪崩二极管》

程正喜先生的报告分为以下部分：（1）首先分析了车载激光雷达对光电探测器件提出的要求：高速和高灵敏度，线性雪崩二极管（APD）则是为数不多能满足以上要求的器件之一；（2）行业标杆滨松公司推出的APD采用特殊工艺，对成本要求提出了挑战，上海技物所采用通用的CMOS工艺来实现硅APD，在8英寸晶圆上以“PN结 ＋ 厚吸收区”的结构实现，工艺控制更佳；（3）从过噪声因子、增益稳定性、暗电流、电容电压特性（CV）等参数方面，与滨松的APD进行了详细对比。


上海技物所程正喜团队研发的硅线性雪崩二极管测试结果

8． 极鱼科技《APA自动泊车领域TOF传感器如何替代超声波传感器》

极鱼科技是国内唯一正在量产的车规级ToF传感器公司，已签署威马汽车3000万量产订单。极鱼科技CEO房文新先生从“天时、地利、人和”三个方面分享了对自动泊车领域ToF传感器替代超声波雷达的落地方案和未来发展方向。

从“天时”方面，如同手机从功能手机向智能手机的转变，汽车行业的趋势也将是从功能性向智能性的转变，未来购车人群将被创新交互功能所吸引，而“主战场”就在中国。同时，随着一汽、东风、长安整合成为国汽，解除外资股比，国家重点发展电动车，中国新势力汽车格局已经形成，蔚来、威马、小鹏已经获得电动汽车领域的三张门票。

从“地利”方面，房文新先生用生动的视频分析了超声波雷达在泊车辅助中存在的问题，并给出了ToF传感器代替超声波雷达的优势：对温湿度不敏感，延迟时间短（8～20毫秒）测量距离大（0.1～15米）等。目前ToF传感器与其他传感器融合已经有不少落地方案，如自动泊车辅助、自动代客泊车、园区自动驾驶摆渡车、自动仓库机器人、无人扫地机、外卖／送货机器人等，未来有望实现一键式自动倒车入库、自动找车、低速（低于30km／h）自动驾驶等应用场景。


超声波雷达的问题和痛点分析

“人和”方面，极鱼科技已经打通了软硬件，拥有自研算法，推出车规级（水星一号）、消费级（火星一号）、百元内低价版（月球一号）等ToF模组。极鱼科技跟威马、奔驰、博世、保时捷、百度、Visa、德邦、利亚德已经展开深度合作，以开放的态度与产业界展开更多深入的合作！


极鱼科技的自研算法和核心硬件展示

为期一天的“第二十五届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用”圆满落下帷幕！激光雷达技术路线的多样性，造就了相关元器件类型的丰富多彩，汽车激光雷达生态系统的建设进程日新月异！相信在2019年，全球激光雷达核心技术和元器件厂商将围绕激光雷达系统展开更为深入的开发和合作，期待更多车规级激光雷达元器件诞生！


汽车激光雷达生态系统 （来源：《汽车和工业应用的激光雷达－2018版》）