激光雷達(dá)：三維點(diǎn)云建模構(gòu)建傳感基石

路徑之爭(zhēng)：激光雷達(dá)為什么是 L4 自動(dòng)駕駛不可或缺的傳感器？

自動(dòng)駕駛的環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器主要包括攝像頭和雷達(dá)兩類：1）攝像頭通過(guò)圖像識(shí)別技 術(shù)實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量、目標(biāo)識(shí)別等功能；2）雷達(dá)利用發(fā)射波和反射波之間的時(shí)間差、相位差 獲得目標(biāo)物體的位置和速度等數(shù)據(jù)，按所使用的不同類型的波，雷達(dá)可以分為毫米波雷達(dá)、 激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)三類。

在攝像頭方面，按視野覆蓋位置可分為前視、環(huán)視（側(cè)視+后視）及內(nèi)視攝像頭，其 中前視攝像頭最為關(guān)鍵，可以實(shí)現(xiàn)車道偏離警示系統(tǒng)（LDW）、前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)（FCW）、 行人識(shí)別警示（PCW）等功能。前視攝像頭又有單目攝像頭、雙目攝像頭，乃至多目攝像 頭等不同的解決方案。雖然雙目或多目攝像頭具有更高的測(cè)距精度和更廣的視角，但由于 其成本較高以及對(duì)精度和計(jì)算芯片的高要求，使得其仍未能大規(guī)模量產(chǎn)，目前以 Mobileye 領(lǐng)銜的單目攝像頭解決方案是市場(chǎng)的主流。

在雷達(dá)方面，主要分為三類：1）毫米波雷達(dá)：介于微波和紅外線之間，頻率范圍 10GHz —200GHz，波長(zhǎng)為毫米級(jí)；2）激光雷達(dá)：介于紅外線和可見(jiàn)光之間，頻率大致為 100000GHz，波長(zhǎng)為納米級(jí)；3）超聲波雷達(dá)：頻率高于 20000Hz。根據(jù)公式：光速=波 長(zhǎng)*頻率，頻率越高，波長(zhǎng)越短。波長(zhǎng)越短，意味著分辨率越高；而分辨率越高，意味著在 距離、速度、角度上的測(cè)量精度更高。

攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和超聲波雷達(dá)的探測(cè)距離、分辨率、角分辨率等探測(cè) 參數(shù)各異，對(duì)應(yīng)于物體探測(cè)能力、識(shí)別分類能力、三維建模、抗惡劣天氣等特性優(yōu)劣勢(shì)分 明。

對(duì)于自動(dòng)駕駛傳感器的選擇，目前市場(chǎng)上存在著兩種不同路徑：一種是由攝像頭主導(dǎo)、 配合毫米波雷達(dá)等低成本元件組成，構(gòu)成純視覺(jué)計(jì)算，典型代表為特斯拉、Mobileye 和 國(guó)內(nèi)唯一自動(dòng)駕駛純視覺(jué)城市道路閉環(huán)解決方案--百度 Apollo Lite；另一種是由激光雷達(dá) 主導(dǎo)，配合攝像頭、毫米波雷達(dá)等元件組成，典型代表為谷歌 Waymo、國(guó)內(nèi)的百度 Apollo （除 Apollo Lite）、 Pony.ai、文遠(yuǎn)知行等主流自動(dòng)駕駛廠商。

對(duì)于以特斯拉為代表的純視覺(jué)方案擁護(hù)者而言，商業(yè)成本是一個(gè)重要的考量因素，安 裝昂貴的激光雷達(dá)會(huì)明顯提高單臺(tái)汽車的售價(jià)（如表 3）。特斯拉車輛標(biāo)配總共有 8 個(gè)攝 像頭，其中包含后方的一個(gè)倒車攝像頭，前方的一個(gè)三目總成件，兩側(cè)的兩個(gè)環(huán)繞攝像頭， 此外還包含一個(gè)毫米波雷達(dá)，但此方案容易受光照、雨霧、遮擋等因素限制，從而使視野 范圍受限。對(duì)于以主流自動(dòng)駕駛廠商為代表的激光雷達(dá)擁護(hù)者，系統(tǒng)的安全可靠性排在首 位，實(shí)現(xiàn)這一方向的方式就是融合各個(gè)性能的傳感器，以彌補(bǔ)不同類型的技術(shù)漏洞，采用 激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛廠商一般選擇在車頂配置 64 線激光雷達(dá)，用于障礙物和移動(dòng)車輛檢 測(cè)，同時(shí)在車四周環(huán)繞成本相對(duì)較低的低線束激光雷達(dá)或毫米波雷達(dá)進(jìn)行視野補(bǔ)充

攝像頭擁有輕巧低成本和符合車規(guī)的特點(diǎn)，高分辨率高幀率意味著其能提供更豐富的 環(huán)境信息，同時(shí)視頻數(shù)據(jù)也最接近人眼所感知的環(huán)境。但攝像頭的二維圖像相比三維信息 更難挖掘，需要設(shè)計(jì)更強(qiáng)大的算法、大量數(shù)據(jù)的積累和更長(zhǎng)期的研發(fā)投入。在 L4 級(jí)自動(dòng) 駕駛傳感器選型上，純視覺(jué)解決方案會(huì)存在精度、穩(wěn)定性和視野等方面的局限性（如表 4）， 無(wú)法滿足高級(jí)自動(dòng)駕駛對(duì)于傳感器的性能要求。

與以攝像頭為主傳感器的自動(dòng)駕駛方案“輕感知、重計(jì)算”相比，以激光雷達(dá)為主傳 感器的自動(dòng)駕駛方案最明顯的特征是“重感知、輕計(jì)算”，“堆疊激光雷達(dá)”的方案會(huì)適 當(dāng)降低感知數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)對(duì)運(yùn)算能力的要求，從而加快 L4 級(jí)自動(dòng)駕駛汽車商業(yè)化部署進(jìn) 程。所以盡管目前安裝激光雷達(dá)會(huì)大幅提高傳感器方案成本，但對(duì)于安全可靠性要求極高 的 L4 來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)不可或缺，以成本換安全將會(huì)是一個(gè)更優(yōu)的選擇。

工作原理：“發(fā)射-反饋”系統(tǒng)如何形成三維點(diǎn)云信息？

與雷達(dá)工作原理類似，激光雷達(dá)通過(guò)測(cè)量激光信號(hào)的時(shí)間差和相位差來(lái)確定距離，但 其最大優(yōu)勢(shì)在于能夠利用多譜勒成像技術(shù)，創(chuàng)建出目標(biāo)清晰的 3D 圖像。激光雷達(dá)通過(guò)發(fā) 射和接收激光束，分析激光遇到目標(biāo)對(duì)象后的折返時(shí)間，計(jì)算出到目標(biāo)對(duì)象的相對(duì)距離（圖 6），并利用此過(guò)程中收集到的目標(biāo)對(duì)象表面大量密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等 信息，快速得到出被測(cè)目標(biāo)的三維模型以及線、面、體等各種相關(guān)數(shù)據(jù)，建立三維點(diǎn)云圖， 繪制出環(huán)境地圖，以達(dá)到環(huán)境感知的目的。由于光速非?？?，飛行時(shí)間可能非常短，因此 要求測(cè)量設(shè)備具備非常高的精度。從效果上來(lái)講，激光雷達(dá)維度（線束）越多，測(cè)量精度 越高，安全性就越高。

相比于可見(jiàn)光、紅外線等傳統(tǒng)被動(dòng)成像技術(shù)，激光雷達(dá)技術(shù)具有如下顯著特點(diǎn)：一方 面，它顛覆傳統(tǒng)的二維投影成像模式，可采集目標(biāo)表面深度信息，得到目標(biāo)相對(duì)完整的空 間信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理重構(gòu)目標(biāo)三維表面，獲得更能反映目標(biāo)幾何外形的三維圖形，同時(shí)還 能獲取目標(biāo)表面反射特性、運(yùn)動(dòng)速度等豐富的特征信息，為目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別、跟蹤等數(shù)據(jù) 處理提供充分的信息支持、降低算法難度；另一方面，主動(dòng)激光技術(shù)的應(yīng)用，使得其具有 測(cè)量分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)、抗隱身能力強(qiáng)、穿透能力強(qiáng)和全天候工作的特點(diǎn)。

激光雷達(dá)主要包括激光發(fā)射、掃描系統(tǒng)、激光接收和信息處理四大系統(tǒng)，這四個(gè)系統(tǒng) 相輔相成，形成傳感閉環(huán)。首先激光發(fā)射系統(tǒng)中激勵(lì)源周期性地驅(qū)動(dòng)激光器，發(fā)射激光脈 沖，激光調(diào)制器通過(guò)光束控制器控制發(fā)射激光的方向和線數(shù)，最后通過(guò)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，將 激光發(fā)射至目標(biāo)物體；掃描系統(tǒng)負(fù)責(zé)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所在平面的掃描，并 產(chǎn)生實(shí)時(shí)的平面圖信息；激光接收系統(tǒng)中光電探測(cè)器接受目標(biāo)物體反射回來(lái)的激光，產(chǎn)生 接收信號(hào)；信息處理系統(tǒng)中接收信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)由信息處理模塊計(jì)算， 獲取目標(biāo)表面形態(tài)、物理屬性等特性，最終建立物體模型。

激光雷達(dá)的各個(gè)環(huán)節(jié)幾乎都有不同的執(zhí)行方式（如圖 9），單從測(cè)距這一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)看， 就存在基于時(shí)間的飛行時(shí)間法和不基于時(shí)間的相位式等方法，不同環(huán)節(jié)的組合構(gòu)成了激光 雷達(dá)的近二十種分類方法。

在評(píng)價(jià)激光雷達(dá)的性能時(shí)，可以用到多個(gè)技術(shù)指標(biāo)。線束、方位角、掃描幀頻、角分 辨率、測(cè)量精度、探測(cè)距離、數(shù)據(jù)率是七個(gè)常用的激光雷達(dá)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。下面以禾賽 Pandar128 為例進(jìn)行解析。

產(chǎn)品體系：機(jī)械式 vs 固態(tài)式，未來(lái)趨勢(shì)如何？

根據(jù)結(jié)構(gòu)，激光雷達(dá)分為機(jī)械式激光雷達(dá)、混合固態(tài)激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。機(jī)械 式激光雷達(dá)以一定的速度旋轉(zhuǎn)，在水平方向采用機(jī)械 360°旋轉(zhuǎn)掃描，在垂直方向采用定 向分布式掃描以搜集動(dòng)態(tài)信息；混合固態(tài)激光雷達(dá) MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）微鏡把所有的機(jī) 械部件集成到單個(gè)芯片上，利用半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，不需要機(jī)械式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，而是以電的方 式來(lái)控制光束；固態(tài)激光雷達(dá)分為 OPA 固態(tài)激光雷達(dá)和 Flash 固態(tài)激光雷達(dá)，其中 OPA 技術(shù)原理與相控陣?yán)走_(dá)類似，它由元件陣列組成，通過(guò)控制每個(gè)元件發(fā)射光的相位和振幅 來(lái)控制光束，無(wú)需任何機(jī)械部件；Flash 面陣式激光雷達(dá)不同于以上三種逐點(diǎn)掃描的模式， 它利用激光器同時(shí)照亮整個(gè)場(chǎng)景，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行光覆蓋，一次性實(shí)現(xiàn)全局成像。

目前以 Robotaxi 等高級(jí)自動(dòng)駕駛玩家為主的主流選手更傾向于選擇傳統(tǒng)的機(jī)械式產(chǎn) 品。在自動(dòng)駕駛“跨越式”的演變歷程中，機(jī)械式雷達(dá)率先發(fā)展起來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷迭代，目 前機(jī)械式激光雷達(dá)的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，同時(shí)高線束的機(jī)械式激光雷達(dá)能夠獲得更高的分 辨率與測(cè)距距離，所以其目前會(huì)獲得高級(jí)自動(dòng)駕駛商的青睞。

但使用傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)，也要面臨高昂的裝車成本問(wèn)題，和產(chǎn)品低穩(wěn)定性帶來(lái) 的安全風(fēng)險(xiǎn)和維護(hù)成本。目前僅有法雷奧的一款 4 線機(jī)械式激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了車規(guī)級(jí)的量產(chǎn) 搭載。對(duì)于 RoboTaxi 車隊(duì)來(lái)說(shuō)，高昂的雷達(dá)成本在一定程度上阻礙了車隊(duì)的規(guī)模擴(kuò)張；而對(duì)于 L3 乘用車來(lái)說(shuō)，過(guò)高的激光雷達(dá)成本和潛在風(fēng)險(xiǎn)也不在主機(jī)廠可接受范圍之內(nèi)。

     未來(lái)固態(tài)激光雷達(dá)會(huì)代替現(xiàn)有的機(jī)械式激光雷達(dá)，因?yàn)楣虘B(tài)激光雷達(dá)可以很好的解決 機(jī)械式激光雷達(dá)面臨的物料成本高+量產(chǎn)成本高的問(wèn)題（表 7）。固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在 于，能夠最大程度地減少了例如電機(jī)、軸承等可動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來(lái)磨損，同時(shí)也消除了光電 器件因?yàn)闄C(jī)械旋轉(zhuǎn)可能造成故障，其與生俱來(lái)的特性使得雷達(dá)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布局更加合理， 使整體散熱及穩(wěn)定性相比于機(jī)械式激光雷達(dá)有質(zhì)的飛躍。

在固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)演技路線層面，基于 MEMS 方式的固態(tài)激光雷達(dá)是最有希望快 速落地的成熟方案，OPA 與 Flash 則是明日之星?；?OPA 的固態(tài)激光雷達(dá)盡管有著 掃描速度快、精度高、可控性好的優(yōu)點(diǎn)，但其生產(chǎn)難度較高；而 Flash 雷達(dá)雖然穩(wěn)定性和 成本不錯(cuò)，但其探測(cè)距離較近；相比之下，通過(guò)微振鏡的方式改變單個(gè)發(fā)射器的發(fā)射角度 進(jìn)行掃描，由此形成面陣掃描視野的 MEMS 激光雷達(dá)，不僅技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)，價(jià)格也 更加可控，因此被主機(jī)廠一致看好。

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：海外廠商存在先發(fā)優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)勢(shì)力正逐步崛起

從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)看，激光雷達(dá)所處環(huán)節(jié)積聚了大量?jī)r(jià)值，具有很強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)附加值。 激光雷達(dá)是下游導(dǎo)航、繪測(cè)等應(yīng)用的核心部件，目前產(chǎn)能稀缺導(dǎo)致供不應(yīng)求，呈現(xiàn)賣方市 場(chǎng)，對(duì)下游有很強(qiáng)的定價(jià)權(quán)，因此該產(chǎn)業(yè)鏈主要附加值在于激光雷達(dá)部分，行業(yè)整體盈利 空間較大。

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈中，海外廠商在上游和中游都存在著領(lǐng)跑的優(yōu)勢(shì)（如圖 20），在技術(shù) 和客戶群等方面都領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)廠商，但國(guó)內(nèi)廠商近年來(lái)奮起直追，取得了許多突破性的進(jìn) 展，中國(guó)勢(shì)力正在逐步崛起。

近年來(lái)國(guó)家出臺(tái)了一系列政策來(lái)推動(dòng)自動(dòng)駕駛的發(fā)展，這也進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)激光雷 達(dá)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。截至 2019 年底，全國(guó)共有 25 個(gè)城市出臺(tái)自動(dòng)駕駛測(cè)試政策；2020 年 2 月，中國(guó)國(guó)家發(fā)展改革委牽頭發(fā)布《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，這是繼《中國(guó)制造 2025》 之后又一個(gè)重磅的戰(zhàn)略發(fā)布；2020 年，國(guó)家發(fā)改委首次官方明確“新基建”七大板塊， 激光雷達(dá)作為終端傳感器設(shè)備，在自動(dòng)駕駛、車路協(xié)同等智能交通、智慧城市領(lǐng)域的作用 不斷凸顯。中國(guó)政府對(duì)自動(dòng)駕駛的支持，也將對(duì)全球激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到積極的推動(dòng)作 用。

上游情況：核心元器件海外壟斷明顯，國(guó)產(chǎn)自研勢(shì)力涌現(xiàn)

上游主要包含激光發(fā)射、激光接收、掃描系統(tǒng)和信息處理四大部分，這四大部分中大 量的光學(xué)和電子元器件，構(gòu)成了激光雷達(dá)的基礎(chǔ)。其中，激光發(fā)射部分包含了激光器和發(fā) 射光學(xué)系統(tǒng)，激光接收部分包含了接收光學(xué)系統(tǒng)和光電探測(cè)器，激光掃描部分除了傳統(tǒng)旋 轉(zhuǎn)電機(jī)和掃描鏡，核心是 MEMS 微鏡，信息處理部分主要包含放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及 軟件算法。上游的核心元器件廠商，無(wú)論是光學(xué)元器件和電子元器件，涉及精密儀器、芯 片的加工和制造，目前基本被國(guó)外大的廠家所壟斷。

2017 年及以前，國(guó)內(nèi)廠商在上游核心元器件的技術(shù)尚未發(fā)展起來(lái)，與之相關(guān)的專利 技術(shù)申請(qǐng)數(shù)量極少。截至 2017 年，全球一共申請(qǐng)了 3 萬(wàn)多項(xiàng)與汽車激光雷達(dá)有關(guān)的專利， 其中與激光雷達(dá)產(chǎn)品本身直接相關(guān)的專利近7000項(xiàng)，這些專利由2000多名申請(qǐng)實(shí)體提交。這些專利主要集中在邊緣發(fā)射激光器、發(fā)光二極管 LED、垂直腔面發(fā)射激光器、 雪崩光 電二極管和單光子雪崩二極管、 Flash 面陣式激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)五大領(lǐng)域；幾乎所 有的國(guó)際零部件廠商、主機(jī)廠、初創(chuàng)企業(yè)都在大量囤積激光雷達(dá)的相關(guān)專利，鞏固自身優(yōu) 勢(shì)，但根據(jù)一家德國(guó)咨詢機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)初創(chuàng)企業(yè)相關(guān)專利數(shù)量非常少。

但近年來(lái)國(guó)內(nèi)廠商也通過(guò)自研在上游核心元器件領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，如掃描系 統(tǒng)、激光器和光源接收器等領(lǐng)域涌現(xiàn)出一批中國(guó)創(chuàng)業(yè)型企業(yè)。此外，中國(guó)市場(chǎng)上的激光雷 達(dá)芯片，特別是信號(hào)處理所需的元器件主要依賴進(jìn)口，這在一定程度上抬高了激光雷達(dá)的 生產(chǎn)成本，因此多家國(guó)內(nèi)的芯片企業(yè)都在爭(zhēng)取通過(guò)各自的優(yōu)勢(shì)技術(shù)填補(bǔ)上國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在此領(lǐng) 域的空白。

中游格局：Velodyne 成功上市一馬當(dāng)先，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)百花齊放

激光雷達(dá)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，Velodyne、Quanergy、Ibeo 等是國(guó)外代表激光雷達(dá)公司， 技術(shù)成熟；在國(guó)內(nèi)，以速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、北科天繪、鐳神智能等國(guó)產(chǎn)企業(yè)也先后崛起。

作為未來(lái)自動(dòng)駕駛核心傳感器的代表，激光雷達(dá)核心技術(shù)主要掌握在 Velodyne、 Quanergy、Ibeo 三家國(guó)外企業(yè)中。美國(guó) Velodyne 成立于 1983 年，其機(jī)械式激光雷達(dá)起 步較早，技術(shù)領(lǐng)先，同時(shí)與谷歌、通用汽車、福特、Uber、百度等全球自動(dòng)駕駛領(lǐng)軍企業(yè)建立了合作關(guān)系，占據(jù)了車載激光雷達(dá)大部分的市場(chǎng)份額。Quanergy 成立于 2012 年，2014 年推出其第一款產(chǎn)品 M8-1，并在奔馳、現(xiàn)代等公司的實(shí)驗(yàn)車型上得到應(yīng)用，M8 之后 Quanergy 相繼發(fā)布的產(chǎn)品都開(kāi)始走固態(tài)路線，采用了 OPA 光學(xué)相控陣技術(shù)，規(guī)模量產(chǎn)后 將大幅降低傳感器價(jià)格。Ibeo 成立于 1998 年，是全球第一個(gè)擁有車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)的企業(yè)， 其于 2017 年推出了全固態(tài)激光雷達(dá) A-Sample 樣機(jī)。

Velodyne 是自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)行業(yè)的領(lǐng)頭羊，其日前與納斯達(dá)克掛牌的特殊目的并 購(gòu)公司（SPAC）Graf Industrial Corp.（美股代碼：GRAF）合并從而實(shí)現(xiàn)借殼上市， Velodyney 的成功上市為全球激光雷達(dá)廠商樹(shù)立了良好的典范。受此消息影響，Graf 股 價(jià)大漲 48.23%，市值達(dá)到 6.26 億美元。Velodyne 表示，合并后的公司市值約為 18 億美 元，同時(shí)能從新的機(jī)構(gòu)投資者及 Graf Industrial 現(xiàn)有股東那里籌集 1.5 億美元融資。通過(guò) 此次交易，Velodyne 的資產(chǎn)負(fù)債表上將有約 1.92 億美元現(xiàn)金，此次交易后，Velodyne 創(chuàng) 始人 David Hall 及支持者福特、百度，現(xiàn)代摩比斯和尼康公司持有合并后公司 80%的股份。

從產(chǎn)品布局上來(lái)看，機(jī)械激光雷達(dá)市場(chǎng)是 Velodyne 的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其在此領(lǐng)域擁有廣 泛的產(chǎn)品布局，此外 Velodyne 也在前裝固態(tài)激光雷達(dá)市場(chǎng)蓄勢(shì)待發(fā)。機(jī)械激光雷達(dá)方面， Velodyne 主要有 64 線、32 線、16 線 3 類產(chǎn)品在售，官方定價(jià)分別為 8 萬(wàn)美金（約合 52.3 萬(wàn)人民幣）、4 萬(wàn)美金（約合 26 萬(wàn)人民幣）和 8 千美金（約合 5.23 萬(wàn)人民幣）。而從 2017 年開(kāi)始，Velodyne 就在 Vela-系列產(chǎn)品上開(kāi)始加大投入：Velodyne 希望通過(guò) Vella 軟件 + 低成本固態(tài)激光雷達(dá)組合打進(jìn) ADAS 市場(chǎng)。作為全球激光雷達(dá)第一股，Velodyne 在上 市后將手握數(shù)億美金現(xiàn)金，這些現(xiàn)金將繼續(xù)支持其投入更大規(guī)模的新產(chǎn)品新技術(shù)研發(fā)及大 規(guī)模量產(chǎn)。

高研發(fā)投入（圖 26）意味著激光雷達(dá)是一門(mén)技術(shù)壁壘較高的生意，早期技術(shù)布局和 后期大量資本的融入能進(jìn)一步助力 Velodyne 在此領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。站在新的十年的開(kāi)端，大 量的資本儲(chǔ)備和固態(tài)激光雷達(dá)將為 Velodyne 開(kāi)辟全新的戰(zhàn)場(chǎng)奠定基礎(chǔ)。Velodyne 的盈 利情況和現(xiàn)金流情況有望從 2022 年開(kāi)始扭虧為盈，三費(fèi)支出比率也料將隨著出貨量不斷 增加而攤?。▓D 25、圖 26-28）。

近年來(lái)興起自動(dòng)駕駛浪潮后，國(guó)內(nèi)也同步出現(xiàn)了一批激光雷達(dá)公司，速騰聚創(chuàng)、禾賽 科技、北科天繪、鐳神智能等國(guó)產(chǎn)企業(yè)先后崛起，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，呈現(xiàn)出百花齊放的 市場(chǎng)格局。

國(guó)內(nèi)玩家早期分為兩個(gè)流派，一類研發(fā)機(jī)械式激光雷達(dá)與 Velodyne 等老牌玩家搶市 場(chǎng)，另一類則直接鎖定固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品，目標(biāo)是在 2020 年之后登上前裝市場(chǎng)。

禾賽科技和速騰聚創(chuàng)是選擇與 Velodyne 相同發(fā)展路徑的代表廠商，產(chǎn)品以機(jī)械旋轉(zhuǎn) 雷達(dá)為主，但都在逐步向前裝固態(tài)領(lǐng)域覆蓋，這兩家公司在滿足車規(guī)級(jí)要求同時(shí)主打性價(jià) 比，核心策略是以價(jià)格優(yōu)勢(shì)搶占 Velodyne 市場(chǎng)份額。機(jī)械式激光雷達(dá)產(chǎn)品的價(jià)格目前仍 然較高，但相比之下同樣線束的國(guó)產(chǎn)機(jī)械式激光雷達(dá)能夠比 Velodyne 便宜 1/3-1/2，價(jià)格 優(yōu)勢(shì)非常明顯。在最頂級(jí)的 64 線和 128 線產(chǎn)品線上，Velodyne 此前的 64 線激光雷售價(jià) 為五十至六十萬(wàn)元，而禾賽的 64 線產(chǎn)品僅為二十多萬(wàn)；在 16 線雷達(dá)市場(chǎng)，Velodyne 的 產(chǎn)品需要數(shù)萬(wàn)元，而速騰聚創(chuàng)的同類產(chǎn)品只需 2-3 萬(wàn)。

比較禾賽科技和速騰聚創(chuàng)這兩家公司，其產(chǎn)品定位也存在較大差別。在高速自動(dòng)駕駛 領(lǐng)域（相對(duì)低速無(wú)人車來(lái)說(shuō)），禾賽市場(chǎng)占有率較高，百度、文遠(yuǎn)知行、AutoX、元戎啟 行等公司都在使用。而在低速自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，速騰聚創(chuàng)則是主要玩家，新石器、京東、菜 鳥(niǎo)物流、高仙機(jī)器人等公司都主要使用速騰的 16 線激光雷達(dá)產(chǎn)品，同時(shí)其 16 線、32 線 產(chǎn)品也被圖森未來(lái)、嬴徹科技、AutoX 等部分高速自動(dòng)駕駛公司采用。

而另一方面，隨著 2020 年起將逐步量產(chǎn) L3 級(jí)自動(dòng)駕駛乘用車，市場(chǎng)對(duì)車規(guī)級(jí)固態(tài) 激光雷達(dá)的需求將迎來(lái)一個(gè)小的高潮，大疆、華為等消費(fèi)電子硬件巨頭相繼拿出了自己的 激光雷達(dá)新品，直接加入了前裝量產(chǎn)裝車的戰(zhàn)局。

2020 年 8 月大疆宣布公司首個(gè)實(shí)現(xiàn)了車用自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)價(jià)格降到千元級(jí)別，而 且能量產(chǎn)供應(yīng)，大疆旗下孵化品牌覽沃科技日前在美國(guó) CES 發(fā)布兩款高性能激光雷達(dá)傳 感器：Horizon 和 Tele-15，適用于 L3/L4 級(jí)別自動(dòng)駕駛方案。Horizon 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)至 260 米、反射率為 80% 的物體探測(cè)，其水平視場(chǎng)為 81.7°，可以輕松覆蓋 10 米外的 4 條 車道，在城市路況下，Horizon 可以幫助自動(dòng)駕駛汽車看得更寬。Livox Tele-15 在 905 納 米波段下，能夠做到人眼安全且同時(shí)達(dá)到 500 米（反射率為 80%）探測(cè)距離，可以讓自 動(dòng)駕駛汽車看得更遠(yuǎn)。Horizon 和 Tele-15 的產(chǎn)品組合構(gòu)成一套完整的激光雷達(dá)解決方 案。

可以預(yù)見(jiàn)，新的技術(shù)變革趨勢(shì)，以及巨頭的入場(chǎng)，將讓激光雷達(dá)市場(chǎng)在未來(lái) 3~5 年的 競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，行業(yè)也將出現(xiàn)第一次大幅洗牌。

產(chǎn)業(yè)前景：市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大，固態(tài)化、智能化成剛需

市場(chǎng)空間：?jiǎn)诬噧r(jià)值量下降，2030 年市場(chǎng)規(guī)模有望超百億美元

CES（2020）展出激光雷達(dá)產(chǎn)品梳理顯示，大部分激光雷達(dá)供應(yīng)商新推出的激光雷達(dá) 價(jià)格都降至 1000 美元以下，平均每車裝載 5 個(gè)激光雷達(dá)，單車預(yù)計(jì) 5000 美元以下，而 機(jī)械雷達(dá)和固態(tài)雷達(dá)將采取不同的方式降低自身產(chǎn)品成本。在機(jī)械雷達(dá)方面，飲冰科技通 過(guò)采取通道芯片集成技術(shù)來(lái)降低成本：公司事先在芯片層面把多個(gè)通道進(jìn)行了集成，不再 需要進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試和校準(zhǔn)，縮小了多線激光雷達(dá)的體積、降低了光調(diào)成本，這使得飲冰的 32 線激光雷達(dá)大概與同行的 16 線雷達(dá)同價(jià)。而在固態(tài)激光雷達(dá)層面，行業(yè)著重在芯片側(cè) 發(fā)力以此來(lái)減小成本，相關(guān)芯片廠商正在固態(tài)激光雷達(dá)的三條技術(shù)路線上（MEMS、OPA、 Flash）各施所長(zhǎng)，以此來(lái)解決相關(guān)技術(shù)難題。

未來(lái)隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)一步普及，激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，而單車價(jià) 值量下降將會(huì)進(jìn)一步有利于激光雷達(dá)的量產(chǎn)使用，預(yù)計(jì) 2030 年全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將 超百億。咨詢機(jī)構(gòu) Yole 預(yù)計(jì)，激光雷達(dá)應(yīng)用是目前汽車行業(yè)增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。從出貨 量來(lái)看：Yole 預(yù)計(jì) 2020 年全球激光雷達(dá)出貨量約 34 萬(wàn)個(gè)，2025 年全球激光雷達(dá)出貨量 約 470 萬(wàn)個(gè)，2030 年全球激光雷達(dá)出貨量約 2390 萬(wàn)個(gè)。從銷售額來(lái)看：預(yù)計(jì) 2020 年全 球激光雷達(dá)銷售額約 12.95 億美元，2025 年全球激光雷達(dá)銷售額約 61.9 億美元，2030 年全球激光雷達(dá)銷售額約 139.32 億美元。

盡管激光雷達(dá)市場(chǎng)增長(zhǎng)前景廣闊，但整個(gè)市場(chǎng)對(duì)其持有的態(tài)度逐漸回歸客觀冷靜，投 融資熱度相較于前幾年有所減弱。從全球融資情況來(lái)看，2017 年成為投融資事件發(fā)生最 為頻繁的一年，中國(guó)的投融資高峰相比全球晚一年。2017 年之后，激光雷達(dá)通過(guò)車規(guī)的 難度被更清醒地認(rèn)識(shí)，投融資熱度逐漸“退燒”，該產(chǎn)業(yè)回歸理性。

發(fā)展前景：固態(tài)雷達(dá)成新戰(zhàn)場(chǎng)，智能化成新挑戰(zhàn)

車載激光雷達(dá)的應(yīng)用根據(jù)需求被分成兩個(gè)派系。一是以 Robo-Taxi 為代表的“革命性” 路線需求：直接應(yīng)用于 L4~L5 完全自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)，追求高性能的機(jī)械式激光雷達(dá)；二是以 自動(dòng)駕駛乘用車(私家車)為代表的“漸進(jìn)式”路線需求：逐漸應(yīng)用于乘用車 L2+/L3 (ADAS 高級(jí)輔助駕駛/ AD 自動(dòng)駕駛)的車規(guī)激光雷達(dá)，對(duì)尺寸、價(jià)格、生產(chǎn)制造性、穩(wěn)定性有嚴(yán) 格要求，性能方面“夠用就好”。根據(jù)咨詢機(jī)構(gòu) Yole 的預(yù)測(cè)，不同領(lǐng)域市場(chǎng)對(duì)于機(jī)械式雷 達(dá)和固態(tài)雷達(dá)需求不一樣。

其中在 ADAS 領(lǐng)域，固態(tài)占主導(dǎo)：Yole 預(yù)計(jì)固態(tài)激光雷達(dá)和 Flash 激光雷達(dá)出貨量 從 2021 年起逐漸增多，2025 年，固態(tài)/Flash 約為 50 萬(wàn)個(gè)，機(jī)械式約 290 萬(wàn)個(gè)，比例為 1：5.8；從 2029 年開(kāi)始，固態(tài)/Flash 出貨量超過(guò)機(jī)械式激光雷達(dá)，到 2030 年，固態(tài)/Flash出貨量約為 1200 萬(wàn)個(gè)，機(jī)械式約 730 萬(wàn)個(gè)，比例為 1.64：1；從銷售額的角度，2025 年 固態(tài)/Flash 約為 2230 萬(wàn)美元，機(jī)械式達(dá)到 13.12 億美元；而到了 2030 年，固態(tài)/Flash 銷售額約為 45.83 億美元，機(jī)械式增加到 28.09 億美元。在 Robotic Cars 領(lǐng)域，機(jī)械式 占主導(dǎo)，前期以機(jī)械式激光雷達(dá)為主，Yole 預(yù)計(jì)固態(tài)激光雷達(dá)和 Flash 激光雷達(dá)出貨量 在 2023 年起逐漸增多：2025 年，固態(tài)/Flash 約為 5 萬(wàn)個(gè)，機(jī)械式約 120 萬(wàn)個(gè)，比例為 1：24；到 2030 年，固態(tài)/Flash 出貨量約為 54 萬(wàn)個(gè)，機(jī)械式約 400 萬(wàn)個(gè)，比例為 1：7.4；從銷售額的角度，2025 年固態(tài)/Flash 約為 7300 萬(wàn)美元，機(jī)械式約 45.82 億美元；到 2030 年，固態(tài)/Flash 銷售額約為 6.46 億美元，機(jī)械式約 58.94 億美元?？偟膩?lái)看，根據(jù) Yole 預(yù)測(cè)，固態(tài)激光雷達(dá)的銷售額占比將會(huì)從 2025 年的 4.78%增加到 2030 年的 37.25%，銷 量占比將會(huì)從 2025 年的 11.83%增加到 2030 年的 52.6%。

傳統(tǒng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)系統(tǒng)雖然性能高，但由于物理極限和成本高等因素限制，難 以滿足自動(dòng)駕駛大規(guī)模車規(guī)量產(chǎn)需求。自動(dòng)駕駛行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，“革命性”路線準(zhǔn)備商 業(yè)化量產(chǎn)，“漸進(jìn)式”路線追求更高級(jí)的自動(dòng)駕駛，兩派的需求將走向統(tǒng)一。在車規(guī)量產(chǎn) 和高性能需求下，固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)快速發(fā)展。目前，激光雷達(dá)正從機(jī)械旋轉(zhuǎn)式，到混合 固態(tài)，再到純固態(tài)方向演進(jìn)。

除了關(guān)注價(jià)格和車規(guī)外，激光雷達(dá)真正要進(jìn)入量產(chǎn)車，智能化和軟件感知算法將是更 大的挑戰(zhàn)。對(duì)于自動(dòng)駕駛環(huán)境感知，傳感器硬件通常只完成了數(shù)據(jù)收集的工作，要真正獲 取交通參與者方位、類別、速度、姿態(tài)等信息，必須經(jīng)過(guò)感知算法的實(shí)時(shí)計(jì)算分析。感知 算法的優(yōu)劣直接決定對(duì)交通參與者的檢出率、感知準(zhǔn)確度和感知距離。如果感知算法性能 不足，即使雷達(dá)硬件線數(shù)再高，也無(wú)法獲得優(yōu)質(zhì)的感知結(jié)果，所以說(shuō)感知算法是激光雷達(dá) 感知系統(tǒng)的“第二個(gè)核心”。感知系統(tǒng)的剛需揭示了一個(gè)被掩蓋在激光雷達(dá)硬件光環(huán)下的 核心需求, 相比信息“收集器”，自動(dòng)駕駛需要更聰明的信息“收集+理解者”。一個(gè)典型 的行業(yè)案例是速騰聚創(chuàng)在智能版的 MEMS 固態(tài)激光雷達(dá) RS-LiDAR-M1 Smart 中嵌入 AI 感知算法與專用計(jì)算芯片組，可以同時(shí)輸出三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與障礙物檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤，路 面交通標(biāo)示等路況信息，充分保證決策層在冗余的信息基礎(chǔ)上完成正確的駕駛決策，幫助 車輛實(shí)現(xiàn) Level3~Level5 高級(jí)自動(dòng)駕駛與 ASIL-D 高級(jí)安全性。

總的來(lái)說(shuō)，自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模有望超百億美元，預(yù)計(jì)行業(yè)整體將會(huì)向“低成 本化”、 “量產(chǎn)化”、“固態(tài)化”、“智能化”發(fā)展，同時(shí)國(guó)產(chǎn)勢(shì)力近年來(lái)逐步崛起， 未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展值得期待。