固態LiDAR還是機械LiDAR？聽聽Ouster公司CEO怎麼說

Velodyne在2000年代中期發明了現代3D(三維)LiDAR(激光雷達)掃描儀。但近年來，傳統觀念認為，Velodyne的設計(將64個激光器安裝於一個旋轉平台)很快將被新一代固態LiDAR感測器淘汰，這類固態感測器僅使用單個固定激光器進行場景掃描。

但是一家名為Ouster的創業公司正試圖挑戰這一觀點，正以極具競爭力的價格銷售類似Velodyne的旋轉式機械LiDAR。近期，我們有幸與Ouster首席執行官Angus Pacala進行了對話，他對旋轉式和固態LiDAR之間的優劣權衡有著獨到的專業見解，因為Pacala之前曾是固態LiDAR最著名的創業公司——Quanergy的聯合創始人。

在我們的談話中，Pacala拒絕了評價其前任公司。但行動勝於雄辯。我們可以認為，作為Quanergy的聯合創始人，Pacala肯定非常了解固態LiDAR技術的優缺點。而當他決定創建另一家LiDAR公司時，他決定不再做固態LiDAR，這或許能說明一些問題。

「固態LiDAR」實際上是一類涵蓋幾種非旋轉式機械LiDAR設計的總稱。主要可分為三種技術方案：一種為MEMS(微機電系統)方案，採用微型MEMS掃描鏡來控制激光束;另一種，採用稱為光學相控陣的技術來控制激光束，而無需任何運動部件;第三種，則被稱為泛光(Flash)成像LiDAR，無需光束轉向，只需一次閃光即可照明整個場景，再通過類似於數碼相機的二維陣列圖像感測器探測返射回來的光線。

Pacala此前創辦的Quanergy雖然沒有詳細公開解釋其技術細節，但是根據報道判斷，該公司主要採用的是光學相控陣方案。

由於很微小或沒有移動部件，所有這三種設計方案都可能帶來更堅固、更經濟的LiDAR感測器。從長遠來看，業內倡導將幾乎所有的電子器件(包括激光器本身、光束控制電路、檢測器和運算支持)都集成封裝在一起。因而，未來消費類產品中的固態LiDAR很可能將不像旋轉式機械LiDAR那樣，必須突兀地安裝在汽車頂部才能正常工作。

這在理論上聽起來不錯，Pacala在2012年聯合創立Quanergy公司時大概也是這麼認為的。但是，後來他顯然改變了想法，因為他的第二次LiDAR創業，採用了更傳統的旋轉式機械LiDAR方案。

旋轉式機械LiDAR有其獨特優勢

Pacala指出了傳統旋轉式機械LiDAR設計的幾大優勢。其中，最明顯的優勢是其360°視場。 我們可以在汽車頂部固定安裝一個激光雷達，從而360°地感知汽車周圍的情況。相比之下，固態LiDAR需要固定在某些適當的位置(例如車身前後方或四角)，視場角一般在120°或以內。因此，自動駕駛汽車採用固態LiDAR感測器，至少需要4台才能達到跟旋轉式機械LiDAR一樣的覆蓋範圍。

另一個不太明顯的優勢是，人眼安全法規允許運動的激光源發射比固定激光源更高的功率。

據Pacala介紹，所有1級安全系統的設計必須確保人員不眨眼直視激光設備數秒鐘，仍然不會受到傷害。

當採用固態掃描單元時，如果人眼處於激光掃描器幾英寸的地方，可能會導致100%的激光射入眼內。但是如果採用旋轉式LiDAR感測器時，激光只集中於某個特定的方向，只有360°旋轉的一小部分。因此，旋轉式LiDAR可以為每個激光脈衝提供更高的功率，而不會造成眼睛損傷。這樣可以更容易地檢測到返射光，因此在可預見的未來，旋轉式LiDAR單元可能要比固態LiDAR單元具有更大的探測範圍優勢。

上圖為谷歌早期的自動駕駛原型車。車頂有一個巨大的旋轉式LiDAR感測器，前翼子板上有個黑色的雷達(共4個)，後輪上安裝有「車輪編碼器」，車內還有視頻攝像頭。這款原型車裝配的各類感測器總價高達15萬美元

同時，大部分領先的固態LiDAR設計，都面臨著「遠距離探測」這個顯著的挑戰。

MEMS系統中的微型掃描鏡能投射的激光量有限。這使得遠處物體反射激光束並被探測的難度很大。光學相控陣方案相對於其它技術，產生的光束髮散性更大，因此很難兼顧長距離、高解析度和寬視場。

而對於泛光成像LiDAR，每次發射的光線會散布在整個視場內，這意味著只有一小部分激光會投射到某些特定點。此外，光電探測器陣列中的每個像素都必須非常小，限制了它可以捕捉的反射光量。

「固態LiDAR方案挑戰很大，」 Pacala表示。他提出，傳統旋轉式LiDAR技術擁有獨特的優勢，在接下來的十年將繼續保持一定的市場地位，尤其是在高端市場。

據Pacala預測，絕大部分LiDAR系統將在未來十年逐步轉為固態方案，但是，仍將會有一些具有真正高性能和高價值的旋轉式機械LiDAR感測器。

Pacala用硬碟市場做了一個有趣的比喻。15年前左右，固態存儲設備越來越受歡迎，特別是在移動設備中。然而，時至今日仍然有大量具有旋轉磁碟的傳統硬碟驅動器正在銷售。因為，這種設計提供了高容量和低成本的完美組合。

同樣，Pacala預計未來的低端激光雷達設備將大多採用固態設計，就像今天的大部分移動設備都採用固態存儲一樣。但對於要求最苛刻的應用(包括自動駕駛汽車)，他預計高端旋轉LiDAR還將佔據重要的市場位置，提供遠距離、高解析度和更寬廣的視野。

Ouster對Velodyne帶來了價格壓力

雖然Ouster採用了與Velodyne相同的基本技術方案，但Ouster提供了透明且激進的定價方案，這可能會讓Velodyne略感頭疼。

64線OS-1在展會現場的實時演示

據麥姆斯諮詢此前報道，Ouster目前提供了三種LiDAR型號：一款低端的16線LiDAR感測器OS-1，售價3500美元，一款64線OS-1版本，售價12000美元，以及一款探測距離更長的64線感測器OS-2，售價24000美元。

那Velodyne的產品售價如何?Velodyne的16線LiDAR「感測冰球」的售價為4000美元，這與Ouster的3500美元16線機型大致相當。

就在去年12月，福布斯報道稱，Velodyne老款64線機型的售價仍然高達75000美元，僅比10年前的85000美元略有降幅。

當Velodyne總裁Marta Hall被問及Velodyne的HDL-64E與64線OS-1的價格比較時，她回答道：「Velodyne的HDL-64E是十年前開發的產品，自那時起，Velodyne已經做出了很多改進。請將Ouster 的LiDAR產品跟Velodyne最新的128線LiDAR感測器VLS-128比較才夠合理，VLS-128的批量定價將是12000美元或以下。」

的確，VLS-128比Ouster的OS-1擁有更驚人的參數規格。Velodyne這款高端LiDAR單元具有更大的探測範圍，比Ouster售價24000美元的OS-2更加吸引人。擁有一台VLS-128的成本將是多少?Hall表示它目前「尚未定價銷售。」當然她也沒有明確表示大批量客戶現在是否可以拿到12000美元或更低的價格。

說到底，LiDAR單元的單價並不重要。所有這些LiDAR廠商的長期目標，是以數千甚至數百萬台為單位出售這些感測器，用於消費級車輛。批量採購LiDAR的汽車製造商，肯定能從單個價格中獲得很大折扣。

但是，像Ouster那樣公布立即交付的具體價格有助於建立信譽。我們相信Velodyne將會盡一切努力在未來的某個時間點，匹配Ouster打出的12000美元價格牌。但是，未來要做到這一點，與今天能夠做到這一點並不是一回事，不是嗎?

LiDAR創業公司Luminar首席執行官Austin Russell對於LiDAR成本問題，也表示：「對於消費級汽車來說，這類LiDAR系統的售價的確需要低至小几千美元或以下」，並承諾價格對Luminar來說不是問題。聽Austin Russell的意思，Luminar的LiDAR感測器似乎還沒有達到「小几千美元」的價格目標，目前實際上可能要比那個目標數字更高。

總的來說，通過與Ouster首席執行官Pacala的交流，使我對LiDAR成本很快能夠得到大幅降低持謹慎樂觀態度。不過，價格確實正在下降，正如Velodyne今年宣布16線產品降價50%。如果你願意接受探測範圍略小、解析度更低的LiDAR解決方案，你可以找到售價幾千美元甚至幾百美元的LiDAR單元。

但是，市場上最好的LiDAR單元(可能也是唯一能真正支持全自動駕駛汽車的那些LiDAR單元)，仍然需要花費數萬美元。

值得注意的是，另一個LiDAR技術主要競爭廠商Waymo。這家Alphabet(谷歌)子公司近十年一直在研究自動駕駛汽車，他們已經從使用Velodyne的LiDAR系統轉為採用他們自己生產的LiDAR技術。

並且，該公司仍在使用相同的傳統旋轉式機械LiDAR方案，但據報道，Waymo已經研究出如何將LiDAR單元的成本降低10倍。由於市場沒有公開Waymo的原始成本數據，因此無法判斷其產品的具體價格，但可以肯定的是，Waymo的LiDAR單元成本不會超過8500美元，並且有可能少於這個數字。

如果你不是一家像Waymo這樣的公司，那自己解決這個問題可能很困難。一款產品再複雜，只要產量上去了，價格自然會下降。目前，LiDAR感測器的市場需求只是未來五到十年內的一小部分，到了那時無人駕駛計程車公司將開始大舉擴大車隊規模。隨著LiDAR生產規模的擴大，製造技術的不斷改進以及規模經濟所帶來的影響，LiDAR感測器勢必會越來越便宜。

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