《成乐高速扩建 机载激光雷达绘“3D图”》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2017-08-18
  • 以往的高速路上,常可见这样的场景:一前一后两辆闪烁着警灯的巡逻车之间,一组工作人员正操作着测绘仪器。每测完一段,人员、设备和巡逻车都同步向前移动一段距离。飞驰的汽车或从他们身边掠过,或急剧刹车,作业区附近一时险象环生。技术人员在“用生命测量”的同时,也造成道路阻断、拥堵,给过往车辆造成极大不便和风险。

    近日,在成乐高速扩容改造上百公里的测量中,四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院首次应用机载激光雷达扫描技术。原本需要3个月且可能断道的危险测量工作,只花了10来天便得以安全完成,且未对正常交通造成影响。

    外形——像个微波炉

    8月2日,在彭山通用机场,一架小型直升机搭载着激光雷达腾空而起,飞向成乐高速扩容A3标段上空,进行空中扫描。这是在四川省高速公路改扩建工程中的首次应用,也标志着人工断道测绘的传统方式将逐渐成为历史。

    激光雷达被架在直升机起落架上,它的外形并不炫酷,激光扫描器方方正正的就像一个微波炉。微波炉的侧面,并排装着数码相机和一个叫IMU的设备,相机镜头朝下,用于获取地面的彩色数码影像,而简称为IMU的“惯性测量单元”就像雷达的平衡器官,随时感知着雷达的姿态。激光传感器头在微波炉的下方每秒发射和接收数百万个激光脉冲,对地面进行精确测量。

    激光扫描器和相机是独立的两个系统,却都接受控制存储器的指挥。带有激光和相机的传感器部分通过数据线与控制存储器相连,如果把雷达的传感器比作耳机和麦克风,放在直升机机舱的存储器则是一部“手机”,收揽所有测量结果。

    由于直升机震动比较厉害,雷达的4个支脚装有脚垫减震,就像穿了4只厚底的松糕鞋。

    工作——就像在扫地

    “激光雷达工作时就像扫地”,公路院测绘分院教授级高工杨洪形象地说,激光一条一条地、左右横着扫,飞机往前飞,每秒数百万激光点呈“之”字形分布,就把需要测量的区域都覆盖了。

    但飞机要飞直线,而公路是带状的,线路比较弯曲,就只能分成一段段地飞,“飞弯曲了,数据不好处理”。从眉山到乐山,再加上峨眉山支线,一共分成了50多段,飞行员都“转晕了”。成都商报记者看到,航线就如一条条断裂的五线谱。

    正因为公路呈带状,动则绵延一两百公里,激光雷达扫描技术不成熟时难以运用,近些年才兴起。目前,此项技术已应用于新机场高速高架的底层道路和广元到平武高速公路等的测量,高速改扩建项目是第一次。测绘分院负责人告诉成都商报记者,以后成南高速、成绵高速、成温邛高速的扩容都可能用到激光雷达扫描技术。

    作用——不堵路又安全

    该负责人表示,激光雷达扫描是一种全球趋势的测绘手段,将大量减少人工测绘。与人工测绘相比,其最大的优势就是不用阻断道路,同时能保证工作人员的安全。特别是改扩建项目,用传统的方式去测,不仅要占用车道造堵,在车辆的干扰之下,效率低下,工作人员也有危险。

    曾经,70公里的道路由20几个人测了两个月;而运用激光雷达扫描,3天完成5个架次的飞行作业,累计仅用9个小时就完成了测绘工作。地面配合人员仅为往常的1/2~1/3。

    其次,激光雷达扫描非常准确直观,相当于把野外搬到室内,而现场可能只看到局部。改扩建工程既有新车道,也有旧车道,新旧要无缝衔接,测量就必须准确。比如路面加铺沥青、水泥混凝土1厘米与5厘米造价差别很大。这么长的公路,一旦测错了,损失更惨重。从杨洪提供的图上,记者看到,激光雷达影像扫描甚至能看清行驶车辆上的年审标志。

    同时,没有道路的悬崖绝壁、茂密的森林、沼泽湿地或其他无法进入的地方,激光雷达都能成功完成测量工作。还能为三维实景模型提供基础数据,方便建设、养护和运营管理等。

    据了解,成乐高速扩容项目青龙场至眉山试验段设计完毕,目前已全面开工;主体工程初步设计户外工作也已完成。

  • 原文来源:http://news.diodelaser.com.cn/hydd/17959.html
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    • 对于激光雷达而言,2021年无疑是开启量产的关键之年。 这一年,在以蔚小理为代表的新造车品牌的引领下,众多车企纷纷宣布将在下一代量产车上搭载激光雷达,来提升新车的智能化水平。且根据各大车企的规划,这些新车很大一部分将于今年正式量产上市。这意味着,2022年有望真正成为激光雷达的量产大年。 车企争相发布上车计划,激光雷达进入量产倒计时 回顾2021年整车厂的激光雷达量产之争,最早始于蔚来。 2021年1月9日,蔚来正式发布首款轿车ET7,该车应用了最新的蔚来自动驾驶技术NAD,其超感系统Aquila配备了33个高性能感知硬件,包括11个800万像素高清摄像头、1个超远距离高精度激光雷达,以及5个毫米波雷达,12个超声波传感器。 其中激光雷达由Innovusion(图达通)与均联智行合作开发,等效300线,水平视角120°FOV,500米超远探测距离,据称是当时全球看得最远的量产激光雷达,且具备动态聚焦的凝视功能,能够更好得追踪车辆和行人。根据蔚来的规划,该车于2022年1月20日正式开启锁单,将在3月28日开启交付。 4月14日,小鹏汽车旗下第三款产品小鹏P5正式发布,新车亦搭载了激光雷达,来自于大疆孵化的Livox览沃科技。据了解,Livox基于浩界Horiz车规级激光雷达平台为小鹏汽车进行了一系列定制化开发,最终提供的车规级量产版本等效144线,探测距离达到150米,横向FOV达到了120°。小鹏汽车XPILOT自动驾驶辅助系统配合激光雷达后,可在高速公路、城区道路等场景下实现远处障碍物的超前检测,更快检测出远处路面上诸如行人、自行车、雪糕桶等细小目标物体。目前,该车已于2021年9月正式上市。 同样在上海车展期间,由华为和ARCFOX极狐发布的联名款新车——极狐阿尔法S 华为HI版在极狐和华为展台亮相,新车最大的看点之一也是配置了激光雷达,并且是3颗来自华为的96线车规级激光雷达。不仅如此,该车还搭载了6个毫米波雷达,12个摄像头,13个超声波雷达,同时拥有算力可达400Tops的华为自研芯片,可达到华为最高阶自动驾驶水平。 4月29日,FF官宣Velodyne为FF 91激光雷达独家供应商。Velodyne将为FF配套Velarray H800固态激光雷达传感器,赋能FF 91的自动驾驶系统,该系统旨在提供一套全面的以高速公路、城市道路和停车为主的自动驾驶解决方案。 Velarray H800具有远距离感知能力和宽广的视野,同时配备安全导航和防撞预警等功能,专为辅助驾驶系统和自动驾驶应用的用户情境而设计。该产品采用了Velodyne突破性的专有微激光雷达阵列架构(MLA),可嵌入式设计使得产品能无缝地安装在车辆挡风玻璃后面。 6月,据相关媒体报道称,沃尔沃XC90纯电动版将于2022年正式亮相,也会标配激光雷达和自动驾驶运算平台。其中激光雷达将由自动驾驶汽车传感器公司Luminar提供,Luminar同时也是上汽、大众、通用等的合作伙伴,比如上汽飞凡汽车的非凡R7,所搭载的激光雷达也是由Luminar提供。 10月22日,威马汽车第一款轿车产品“威马M7”正式发布。为打造威马首个全场景智能移动空间,M7搭载了一系列的智能硬件,包含了32颗智能驾驶感知硬件,3颗自主变焦高精超视固态激光雷达,水平探测范围可达330°,同时配备了7颗800万像素高清摄像头,最远探测距离超过600米,接近4K级像素成像能力,可实时构建周边环境。 11月15日,长城汽车旗下高端品牌沙龙汽车官宣称,旗下首款车型将搭载4颗激光雷达,实现激光全视角覆盖。随后的11月19日,沙龙品牌首款车型“机甲龙”首发,据沙龙智行CEO文飞介绍,新车除全球首搭4颗激光雷达,还会采用华为MDC自动驾驶芯片,同时配备二套华为智能驾驶计算平台,算力高达400TOPS。 此外,理想、哪吒、高合、路特斯、WEY、广汽埃安、上汽智己、长安阿维塔等品牌也都宣布了激光雷达量产计划。据盖世汽车不完全统计,仅今年就至少有15款以上搭载了激光雷达的新车上市,就时间来看,这些新车型很多都将于2022年正式量产。 激光雷达需求爆发,技术已经发展到哪一步了? 伴随着激光雷达的规模化应用,相关的技术提供商也在持续推进技术迭代,以更好地应对市场需求。 在CES 2021上,速腾聚创向全球受众揭晓并展示了车规级MEMS固态激光雷达RS-LiDAR-M1的SOP版本。作为一款嵌入前装量产车的激光雷达,M1厚度仅45mm,深度108mm,宽度110mm,最远探测可达200m,150m@10%反射率,可以准确稳定识别处于150米外的黑色车辆(车牌与车灯同时用黑布盖住)。 不仅如此,2021年6月,速腾聚创还在新版RS-LiDAR-M1中正式上线了“凝视”功能,该功能可以动态调整ROI (Region of Interest)区域,同时可以动态调整分辨率,将ROI区域内分辨率翻倍再翻倍达到等效于一维扫描数百上千线的感知能力,从而基于不同的路况下环境感知重点作出优化,尤其是激光雷达对远距离障碍物感知能力。 该产品已于2021年6月正式启动车规量产交付,截至 2021 年底,共计获得 40 余款车型定点订单,包括威马M7、小鹏G9、广汽 Aion LX Plus 、智己LS7等。 4月,Innoviz宣布推出新的高性能激光雷达传感器InnovizTwo。与InnovizOne相比,新一代传感器的性能提高了30倍,成本降低了70%,该公司称其可用于所有车型。基于前几代的InnovizPro和InnovizOne,新的InnovizTwo 905nm激光雷达运用了Innoviz大量的专有技术,可实现300米的探测距离,并检测到220米以外反射率为10%的小型黑色物体,分辨率为0.07x0.05。Innoviz预计,该产品将于2022年开始量产,于2023为OEM汽车项目提供服务。 同月,一径科技携最新产品-固态激光雷达ML-Xs亮相上海国际车展。据悉,本次推出的ML-Xs新品是一款前向长距MEMS激光雷达,采用的是MEMS微振镜+1550nm 光纤激光器的方案,同时采用自研的接收及ASIC芯片,视场角可达120°X25°,等效约200线, ~0.1°角分辨率。未来将主要面向ADAS以及L4+,为自动驾驶车辆的安全出行保驾护航。 同期,镭神智能重磅全球首发了其车规混合固态激光雷达CH128X,该产品基于高线束混合固态激光雷达小型化技术的突破,不仅拥有测距远、视场宽、分辨率高的卓越性能,而且整机尺寸大大缩小。其中,CH128X1整机尺寸仅118x90x75mm,窗口片尺寸更是仅85.3x66.8mm,更适合嵌入车头进气栅位置,兼顾整车设计美观的要求;而CH128X2尺寸更进一步缩小,高度仅仅45mm,更适用于把激光雷达嵌入车顶的主机厂客户。 8月13日,禾赛科技正式公布面向ADAS前装量产的长距混合固态激光雷达——AT128。通过芯片化128通道的固态电子扫描,AT128实现了“真128线”的结构化扫描,包括点云在水平和垂直方向完整视场角无拼接均匀分布。在探测距离上,AT128不仅具备200米@10%的测距能力,而且最远地面线可以达到70米。凭借该产品,自6月份以来,禾赛科技已经和至少13家OEM及自动驾驶研发企业达成了合作,包括理想汽车、文远知行、集度、爱驰汽车、新石器、主线科技、轻舟智航、华人运通等,以打造成熟的自动驾驶生态圈。 11月23日,法雷奥在其全球线上直播发布会上正式发布其第三代扫描激光雷达(LiDAR),该产品将于2024年投放市场。据了解,法雷奥第三代激光雷达在探测距离、分辨率、帧率等方面都有较大的提升,能以每秒450万像素和25帧的速度重建车辆周围环境,并实时生成3D图像。和上一代产品相比,分辨率提高了12倍,探测距离增加了3倍,视角扩大了2.5倍。 整体来看,混合固态激光雷达作为激光雷达从机械式向纯固态演进的一种过渡产品,由于相较于纯固态激光雷达技术更成熟,机械式激光雷达成本更低同时可靠性更高,正成为当前主流的激光雷达量产方案。但长远考虑,全固态式激光雷达因为体积小、成本更低,被认为是市场的未来趋势。 资本密集涌入,激光雷达仍是投资热土 激光雷达大规模上车背后,资本也起到了重要的助推作用。 据相关统计数据显示,在刚刚过去的2021年,国内全年与激光雷达相关的融资事件合计25起,金额超140亿元,车载激光雷达共收获近38亿元的资金。 2021年初,均胜电子发布消息称,已于近日完成对激光雷达制造商Innovusion的战略投资,并将通过子公司均联智行与图达通开展合作,为蔚来汽车近期发布的首款轿车ET7提供超远距离高精度激光雷达。 6月18日,一径科技宣布完成数亿元B轮融资,本轮融资由英特尔资本和创新工场分别领投B1轮和B2轮,由华兴资本担任本轮融资独家财务顾问。据悉,本轮融资将主要用于一径科技常熟工厂产线生产自动化及产能提升的实现,加大产品及核心芯片研发投入,加速长距等新产品的相应开发,进一步推动乘用车前装量产。同时一径科技也将加大全系列产品的市场推广。 7月底,镭神智能宣布完成近3亿元C轮融资,领投方包括春阳资本和徐州政府引导基金,同时参与本轮融资的还有国联通宝、投控东海、正奇控股、招商证券投资、弘湾资本、隽赐投资、奇思资本等,其中红岩投资担任本次融资的财务顾问。至此,镭神智能已累计完成4轮融资。 本次融资将主要用于镭神智能车规混合固态激光雷达的研发和产业化以及市场拓展,筹建专门用于车规产品生产的产能达50万台的徐州生产基地及其全自动化产线,持续加强和提升基于汽车前装行业应用的多传感器融合感知算法研发能力,自研核心驱动集成芯片和接收端集成芯片,以及下一代战略产品——人眼安全的1550nm光纤激光雷达及核心高功率光纤元器件的研发布局,从研产销全面打造车规激光雷达产品方案体系。 8月13日,激光雷达制造商Innovusion宣布获得6600万美元B+轮融资。此前,Innovusion曾于5月完成6400万美元B轮融资,这意味着截至目前Innovusion B轮融资总额已达1.3亿美元。Innovusion此次新获融资由国泰君安国际私募股权基金领投,顺为资本跟投,原有投资人蔚来资本、淡马锡和斯道资本也参与了本轮投资。融资将主要用于力挺面向前装量产的蔚来ET7激光雷达的大规模量产交付,以及Innovusion持续关注与投入的技术自研创新项目。 9月中旬,探维科技宣布完成1亿元A轮融资,由聚卓资本和嘉益基金联合领投,颢腾亚洲、宏升投资跟投。本轮融资主要用于建设车规级的激光雷达生产基地与测试标定中心,以及新产品线研发团队的建设。据悉,探维科技已经开始在苏州投资建设车规级的激光雷达生产基地与测试标定中心,面积规模3000平,一期规划年产能达10万台,以全面加速推进车载固态激光雷达的量产与交付。 11月16日,禾赛科技宣布获得来自小米产投7千万美金的追加融资,加上之前官宣的超3亿美金融资,至此禾赛D轮融资总额已超过3.7亿美元。本轮领投方包括小米集团、高瓴创投、美团和CPE等,所获资金将用于支持面向前装量产的混合固态激光雷达的大规模量产交付、禾赛麦克斯韦智能制造中心的建设,以及车规级高性能激光雷达芯片的研发。 从融资轮次来看,随着头部企业技术成熟度不断提升,目前激光雷达领域B轮及以后的融资事件正不断增多。而伴随着这些新资本的涌入,正为激光雷达的规模化应用提供更多动力。据 Frost&Sullivan 预测,2025 年全球激光雷达市场规模将达 135.4 亿美元,其中高级辅助驾驶、无人驾驶、车联网和服务机器人领域分别占激光雷达市场总规模的 34.64%、26.30%、33.81%和 5.26%,仅中国激光雷达市场规模将达到 43.1 亿美元。
  • 《突破 | 新型高分辨率激光雷达芯片》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2022-03-21
    • 近日,加州大学伯克利分校(以下简称UC Berkeley)的Ming Wu教授团队开发出一种新型高分辨率激光雷达芯片,该芯片可装载于一系列设备,大到自动驾驶汽车,小到智能手机等。研究人员利用带有MEMS(微电子机械系统)开关的焦平面开关阵列FPSA,这是一种基于半导体的天线矩阵,可以像数码相机中的传感器一样收集光线,并将16384个像素点嵌入在1 cm2大小的芯片上。 基于FPSA的固态激光雷达传感器可以进行三维电子扫描,且不依赖任何笨重的机械零件。遗憾的是,之前报道的传感器分辨率均小于512像素。与固态激光雷达相比,机械激光雷达拥有强大的激光器,能够可视化数百码远的物体(1 码 ≈ 0.9144 米),并且生成高分辨率的3D图像,而如何芯片化这种激光器已困扰了研究人员十余年。 “我们希望有一个非常大的照明区域,但这样牺牲了光线强度,激光无法照射到足够远的地方。”Ming Wu教授说,“因此,为了权衡足够的光强,我们计划减少激光照射区域。” 图1 激光雷达芯片原理图。光学天线与微型MEMS开关连接,并发射出激光。反射光由同一天线接收,并依次打开阵列开关生成3D图像。UC Berkeley的工程师使用MEMS开关显著提高了激光雷达芯片传感器的分辨率 FPSAs使用类似数码相机的光学系统,将视野中的各个角度映射到成像镜头后焦面的像素点上。不同于相机集成在像素点的测距单元不一样,FPSA中的光开关网格允许所有像素共享一个或多个测距单元。由于每个像素点仅由一个光学天线和一个开关组成,大型阵列可以集成在单个芯片上,而实际激光功率由信号通过天线的时间决定。 硅基激光雷达系统通常利用热光开关将激光从一个波导重新定向到另一波导。UC Berkeley团队选择使用MEMS开关,能够在实空间中移动激光雷达系统中波导的位置。 “这种架构非常像高速公路立交桥。”Ming Wu教授说,“想象一下,如果你是一束光,要从东边跑到西边,我们可以人为地改变地面方向,使其逆时针旋转90°,这样你就可以从北边跑到南边。” 除了比热电开关更微型、更节能的优点外,MEMS的开关速度更快,光损耗更低,大规模使用光开关的光通信网络也验证了以上优点。研究人员说,通过调研,他们的团队是在激光雷达中嵌入MEMS开关的第一人。 该团队在10×11 mm2的硅光子芯片上集成了128×128个FPSA的阵列元,一个阵列元包括一个光学天线和MEMS开关(如图2)。在实验中,研究人员利用调频连续波(FMCW)确定物体距离,实现了空间分辨率为1.7 cm的三维成像。 此外,该系统利用焦距为5 mm的复合透镜,在70°×70°的视角场中(人类双眼的水平视野约为120° - 140°),引导激光束随机向16384(128×128)个方向照射,每个像素在视场的分辨率为0.6°。并且该系统将FPSA与FMCW测距相结合,进一步实现3D成像。CMOS(互补金属氧化物半导体)技术已经用于制造计算机处理器,利用CMOS技术设计FPSA,可使像素大小扩展至百万量级。 通过激光在阵列中迅速循环,FPSA构建了环境的3D成像。而若干FPSAs排列成圆环型,使设备360°无死角地观察周围环境。 在该系统商业化生产前,Wu教授团队计划进一步提高FPSA的分辨率和射程:“虽然光学天线很难再缩小,并且微型开关是最大部件,但是我们有信心能把它们做的更小。” 目前,该系统的射程已达到10 m,还有希望继续增加。Wu教授说:“我们确信射程能达到100 m,并且通过我们不断的改进,甚至能够达到300 m。” 图2 激光雷达芯片上光学天线的扫描电子显微镜图像 通过上述改进,加上利用传统CMOS技术批量生产FPSA,降低生产成本,芯片化的激光雷达能够用于各个方面,为自动驾驶汽车、无人机、机器人以及智能手机等提供新一代低成本、节能型3D传感器。此外,需要控制光束的应用也可以考虑FPSA,如自由空间光通信(FSO)和基于离子阱的量子计算。 “看看我们如何使用‘摄像头’。”Wu教授说,“它们被嵌入到交通工具、机器人、吸尘器、监控设备、生物特征识别系统和防盗门上。若我们把激光雷达缩小到智能手机摄像头大小,它将会有更广阔的应用前景。” 近日,Ming Wu教授就任英特尔研究院新成立的集成光电研究中心的研究员,该中心便于英特尔加速数据中心互连。其中,他参与的项目“硅光子晶圆级光包装”将促进集成波导透镜的发展,该透镜有望实现光纤阵列的低损耗和高容差非接触式光学封装。