智能化汽車時(shí)代的到來也帶來了各類車載傳感器的爆發(fā),激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭是公認(rèn)的三大無人車核心傳感器。為了達(dá)到更高階的自動(dòng)駕駛,激光雷達(dá)無疑是最重要的增量配件,谷歌、奧迪、福特和百度等公司研發(fā)的無人車均已配備了激光雷達(dá),威馬、蔚來、智己、小鵬和哪吒等造車新勢(shì)力也都在今年發(fā)布了基于激光雷達(dá)的產(chǎn)品和發(fā)展路線圖。目前,激光雷達(dá)正逐漸向產(chǎn)品化和大規(guī)模商業(yè)化過渡,并正在為無人車的最終量產(chǎn)鋪平道路。

據(jù)中金預(yù)測(cè),未來五年內(nèi)中國(guó)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將從50億元快速攀升至近400億元。到2025年,全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模有望從目前的150億美元左右上升至千億級(jí)別。激光雷達(dá)之所以將全面爆發(fā),從根本上來講,是因?yàn)檐囕d激光雷達(dá)比攝像頭、毫米波雷達(dá)等在測(cè)距精度、抗干擾等方面有更好的表現(xiàn)。值得一提的是,當(dāng)前車載激光雷達(dá)逐步從導(dǎo)入期進(jìn)入成長(zhǎng)期,不確定性開始增大,未來技術(shù)路線的選擇、量產(chǎn)客戶的開拓、融資能力等都將左右激光雷達(dá)的競(jìng)爭(zhēng)格局。

美國(guó)、德國(guó)、以色列等國(guó)的公司從事激光雷達(dá)的開發(fā)起步較早,技術(shù)較成熟。由于技術(shù)壁壘高,國(guó)內(nèi)主攻研發(fā)用于無人駕駛汽車的激光雷達(dá)賽道“玩家”不多。

但激光量子鬼成像雷達(dá),中國(guó)技術(shù)走在了國(guó)際前沿。

量子成像從1995年首次實(shí)現(xiàn)至今已有20多年的歷史。目前,量子成像已經(jīng)徹底拋棄了糾纏光源、走出了條件要求嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,同包括壓縮感知在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域形成了多學(xué)科交叉,并進(jìn)一步被引入了激光探測(cè)的領(lǐng)域。激光量子鬼成像雷達(dá)能夠傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的框架下在光學(xué)探測(cè)的過程中實(shí)現(xiàn)不依賴GPU或AI芯片的視場(chǎng)分割和目標(biāo)識(shí)別,能夠顯著提升惡劣天氣條件下目標(biāo)的成像和識(shí)別效果,而其低劑量高靈敏度的探測(cè)性能則可為未來無人車流情況下的設(shè)備和人眼安全提供有力保障。在此基礎(chǔ)上,量子鬼成像的又可同可尋址VCSEL陣列相結(jié)合,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光鬼成像雷達(dá)的真固態(tài)與可量產(chǎn)。

近日,36氪接觸到一家激光量子鬼成像雷達(dá)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)創(chuàng)新企業(yè)深圳億維瑞光科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“億維瑞光”)。

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的韓申生研究員是國(guó)際公認(rèn)的量子鬼成像雷達(dá)領(lǐng)域的權(quán)威專家。王霄鵬博士基于此前和韓申生研究員在量子成像領(lǐng)域的學(xué)術(shù)合作發(fā)起創(chuàng)立了億維瑞光,并吸納了包括國(guó)際一線激光雷達(dá)公司市場(chǎng)和銷售團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的一批行業(yè)“老兵”。

王霄鵬團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)這一具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線將成為關(guān)鍵突破口。固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)將為市場(chǎng)帶來真正固態(tài)的、可量產(chǎn)的、更安全的產(chǎn)品,大幅緩解現(xiàn)有無人車算力緊張、保障無人車流場(chǎng)景中的人眼安全和設(shè)備安全,并為無人物流行業(yè)提供價(jià)格低、高可靠、全天候、全天時(shí)的成像激光雷達(dá)。

激光雷達(dá)的技術(shù)壁壘和現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn),會(huì)由中國(guó)人突破嗎?帶著對(duì)這個(gè)前沿技術(shù)領(lǐng)域的諸多問題,36氪和億維瑞光創(chuàng)始人王霄鵬進(jìn)行了一次深入的探討。

在車前放一個(gè)易拉罐,無人車如何判斷它是什么?對(duì)于一臺(tái)配備有高級(jí)別輔助和自動(dòng)駕駛功能的車輛,它首先會(huì)由車載相機(jī)和激光雷達(dá)對(duì)其進(jìn)行掃描和成像,然后再對(duì)獲得的圖像和點(diǎn)云進(jìn)行融合。融合完畢后的數(shù)據(jù)被進(jìn)一步送入車載GPU或者AI芯片中,由預(yù)先訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行判斷并得出它究竟是個(gè)杯子,是個(gè)手機(jī),還是個(gè)易拉罐。

由于無人車所面對(duì)的路況往往非常復(fù)雜,所以其所需要處理的數(shù)據(jù)量十分龐大。據(jù)國(guó)內(nèi)某一線L4自動(dòng)駕駛公司核心技術(shù)人員透露,目前車載計(jì)算平臺(tái)約60%以上的算力都消耗在了感知算法對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云的處理上,用以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的車流和路況。因此在進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)算法對(duì)資源和算力消耗的同時(shí),各大公司對(duì)更高性能的GPU或AI芯片都給予了非常高的關(guān)注和期待。英偉達(dá)、特斯拉和英特爾每年都推陳出新、發(fā)布更強(qiáng)的車載芯片,而如地平線、寒武紀(jì)等國(guó)產(chǎn)后來者也不甘示弱,算力不斷提升,同時(shí)推漲了估值。

固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)可解決無人車對(duì)車載芯片算力的高要求

無人車對(duì)車載芯片算力的高要求的根本在于激光雷達(dá)的實(shí)時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)量過于龐大,因而其傳輸和處理都受到了硬件性能的限制。不同于某些現(xiàn)有的激光雷達(dá)公司的簡(jiǎn)易方案(激光雷達(dá)不輸出點(diǎn)云而輸出簡(jiǎn)單的識(shí)別結(jié)果),億維瑞光的固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)將原本運(yùn)行在GPU或者AI芯片上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搬運(yùn)到了光學(xué)探測(cè)的過程中,一邊探測(cè)一邊對(duì)視場(chǎng)進(jìn)行分割、對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別,進(jìn)而免去了對(duì)于點(diǎn)云的硬件傳輸和車載芯片上的處理,極大地緩解了無人車對(duì)車載芯片的算力要求。

億維瑞光固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)所依賴的技術(shù)基礎(chǔ),就是王霄鵬博士和韓申生研究員課題組在2016至2017年間合作完成的工作:“當(dāng)時(shí)韓老師和我在測(cè)試通信領(lǐng)域誤差控制編碼在成像場(chǎng)景中重構(gòu)目標(biāo)的性能。然而在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中我們意識(shí)到其實(shí)這個(gè)帶有學(xué)科交叉特色的idea本質(zhì)上是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搬到了光學(xué)探測(cè)的過程中,” 王霄鵬進(jìn)一步解釋:“不同于市面上已有的線掃模式激光雷達(dá)產(chǎn)品,我們的量子鬼成像雷達(dá)可以不對(duì)車、對(duì)人或者對(duì)障礙物做任何空間信息的解算,通過探測(cè)光場(chǎng)中各節(jié)點(diǎn)信息的組合,對(duì)車、人、路面或者障礙物進(jìn)行光端的類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算,直接得到這些目標(biāo)的分割和識(shí)別結(jié)果。這是量子鬼成像雷達(dá)最具特色的性質(zhì)之一?！?/p>

根據(jù)掃描類型進(jìn)行劃分,目前市場(chǎng)上常見的激光雷達(dá)產(chǎn)品有機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描式、MEMS掃描式、旋轉(zhuǎn)反射和折射棱鏡掃描式、光學(xué)相控陣OPA掃描式和閃光照相Flash式。根據(jù)測(cè)距的原理進(jìn)行劃分,目前市場(chǎng)上常見的激光雷達(dá)產(chǎn)品有脈沖測(cè)距型TOF類,調(diào)頻連續(xù)波FMCW類,三角測(cè)距類等。本質(zhì)上來說,固態(tài)激光雷達(dá)就是掃描機(jī)構(gòu)完全沒有移動(dòng)部件的激光雷達(dá),一般不特指某種具體的測(cè)距原理。

目前在市面上比較受資本關(guān)注的是基于MEMS原理的、OPA原理的和Flash模式的激光雷達(dá)。從目前的情況來看,MEMS和基于旋轉(zhuǎn)折反射器件原理的激光雷達(dá)仍然沒有完全符合車規(guī)級(jí)量產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn),這一點(diǎn)也是跟這些雷達(dá)或多或少都有一些或大或小尺寸的移動(dòng)部件有關(guān)。OPA和Flash模式的激光雷達(dá)則更有希望成為無人車配套的車規(guī)級(jí)傳感器,但是前者始終存在系統(tǒng)效率低的難題,而后者也同樣面臨著核心器件供應(yīng)受限的難題。高性能多通道SPAD陣列同樣也把持在像索尼、安森美和濱松等壟斷巨頭的手中。

可尋址VCSEL陣列光源

在這樣一個(gè)背景下,億維瑞光的固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)的另一個(gè)突出特點(diǎn)是:不同于已有的激光雷達(dá)產(chǎn)品,量子鬼成像雷達(dá)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是基于可編程陣面光源和單像素接收器。因此對(duì)于線掃方案而言,可編程陣面光源的引入在保證固態(tài)的同時(shí)解決了點(diǎn)云空間信息的獲取問題,而對(duì)于Flash方案而言,單像素接收的使用則解除了對(duì)于國(guó)外廠商高性能多通道面陣探測(cè)器的依賴。作為可編程面陣光源的典型代表,億維瑞光的研發(fā)團(tuán)隊(duì)具備可尋址VCSEL陣列光源的豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

“在國(guó)內(nèi)成熟的電信級(jí)加工和封測(cè)能力的加持下,”王霄鵬補(bǔ)充道:“我們的固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)將會(huì)為市場(chǎng)帶來真固態(tài)、可量產(chǎn)、可靠低價(jià)的產(chǎn)品?！?/p>

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的逐步鋪開,越來越多安裝著激光雷達(dá)的無人車出現(xiàn)在公眾的視野里。在可預(yù)見的2-3年內(nèi),無人車流這一現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)在道路上。假設(shè)一臺(tái)無人車裝備有3臺(tái)激光雷達(dá),那么將會(huì)伴隨著無人車流一同出現(xiàn)的是密度極大的激光雷達(dá)點(diǎn)云,這時(shí)候不僅是人眼的安全,交通相機(jī)或者公安的音視頻采集設(shè)備都會(huì)面臨很大的安全威脅,激光雷達(dá)之間的串?dāng)_也會(huì)變得十分顯著。不夸張地說,彼時(shí)的場(chǎng)景很可能將會(huì)是,不同無人車之間由于激光雷達(dá)的相互干擾變得不可靠,路邊已有的交通和公安的設(shè)備頻頻受到干擾而變得不可用,甚至行人和人類司機(jī)的視覺也會(huì)受到威脅。

“不同于現(xiàn)有的激光雷達(dá)方案,量子鬼成像雷達(dá)先天性地具備低照度條件下的探測(cè)能力,”王霄鵬解釋道:“這一點(diǎn)我們團(tuán)隊(duì)成員早期在研究所的實(shí)驗(yàn)室里即做了理論和實(shí)驗(yàn)上的充分論證,相關(guān)成果還曾被Science雜志報(bào)道。我們的實(shí)測(cè)結(jié)果顯示,在量子鬼成像雷達(dá)體制下,我們可以利用千分之一的輻射劑量即可完成同樣質(zhì)量的目標(biāo)圖像獲取。換句話說,安裝使用激光量子鬼成像雷達(dá)可以顯著降低無人車流所產(chǎn)生的高密度點(diǎn)云對(duì)行人、司機(jī)和路邊音視頻采集設(shè)備的不良影響,真正做到安全?！?/p>

而對(duì)于激光量子鬼成像雷達(dá)而言,由于其基于光場(chǎng)的時(shí)空相關(guān)性探測(cè)方式的特殊性,所以理論上同一時(shí)刻除自身發(fā)射的照射光之外不存在其他具備關(guān)聯(lián)性的信號(hào)。因此,激光量子鬼成像雷達(dá)同樣能夠應(yīng)對(duì)伴隨著無人車流出現(xiàn)的激光雷達(dá)互串?dāng)_難題。

據(jù)王霄鵬介紹,在實(shí)際應(yīng)用過程中,市場(chǎng)上激光雷達(dá)產(chǎn)品的性能會(huì)受到所處工作環(huán)境的顯著影響。在天氣晴好的條件下都能比較正常地發(fā)揮出自身的性能,但在較惡劣的情況下,如臺(tái)風(fēng)、暴雨、霧霾、大雪或者沙塵等,已有的激光雷達(dá)產(chǎn)品測(cè)量距離顯著降低、出現(xiàn)難以識(shí)別的眾多假目標(biāo),在一些極端情況下還會(huì)出現(xiàn)完全致盲的情況,導(dǎo)致無人車感知系統(tǒng)性能驟降,甚至完全失效,車輛應(yīng)急停車。

固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)的全天候探測(cè)能力

對(duì)于很多營(yíng)運(yùn)車輛或者私家車來說,在惡劣天氣條件下可能并不需要冒險(xiǎn)出行,但對(duì)于物流、應(yīng)急、救災(zāi)和國(guó)防等特殊應(yīng)用場(chǎng)景而言全天候工作性能則是一個(gè)基本要求。億維瑞光的固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)可以充分發(fā)揮量子成像高維探測(cè)的特點(diǎn),對(duì)惡劣天氣條件下出現(xiàn)的光場(chǎng)衰減、散射和湍流即便都具備較好的抵抗性?！斑@一特點(diǎn)我們團(tuán)隊(duì)的核心成員也曾在國(guó)家十二五的研發(fā)框架下進(jìn)行過真實(shí)環(huán)境下短、中、近三種尺度上外場(chǎng)測(cè)試,效果明顯?！蓖跸鳄i談到。

在市場(chǎng)策略上,王霄鵬注重實(shí)際:“雖然我們基于的是量子技術(shù),但在考慮市場(chǎng)的時(shí)候我們其實(shí)聚焦的領(lǐng)域是物流。這里所說的物流包括干線貨運(yùn)、轉(zhuǎn)運(yùn)配送車以及無人倉(cāng)儲(chǔ)等。這些細(xì)分領(lǐng)域的共同特點(diǎn)是市場(chǎng)規(guī)模大、集中度高并且容易大規(guī)模推廣和普及。同時(shí),物流這個(gè)市場(chǎng)的要求也很簡(jiǎn)單粗暴,便宜、可靠、量產(chǎn)并且要全天候?！?/p>

“其實(shí)對(duì)于無人車這項(xiàng)技術(shù)我本身十分看好,深信它一定是未來十年甚至二十年能夠改變?nèi)祟惿鐣?huì)形態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)之一,”王霄鵬繼續(xù)解釋:“對(duì)于今天的中國(guó)而言,特別是經(jīng)歷過新冠肺炎疫情、鄭州暴雨等各種自然災(zāi)害之后,中國(guó)的物流網(wǎng)絡(luò)所展現(xiàn)出來的物資高效存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)運(yùn)、集中和配送已經(jīng)標(biāo)志著這個(gè)行業(yè)成為國(guó)計(jì)民生的重要支撐。構(gòu)建一張高效的、可靠的、穩(wěn)健魯棒、全天時(shí)、全天候的無人物流網(wǎng)是具有重大戰(zhàn)略意義的。因此,在這樣一個(gè)大背景下,具備全天候探測(cè)能力的固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)同無人物流的深度結(jié)合是必然。”

據(jù)《末端無人配送賽道研究報(bào)告》,目前,末端無人配送最主要的場(chǎng)景是快遞和即時(shí)配送,后者包括外賣、生鮮、商超、零售等,無論是哪個(gè)場(chǎng)景,都蘊(yùn)含著巨大的市場(chǎng)價(jià)值。報(bào)告認(rèn)為,2021年我國(guó)末端配送市場(chǎng)規(guī)模將超3000億元,無人配送商業(yè)模型已經(jīng)初步形成,技術(shù)已經(jīng)能夠支撐部分場(chǎng)景需求,行業(yè)進(jìn)入批量商業(yè)應(yīng)用前夜。報(bào)告預(yù)判,全球首個(gè)超千臺(tái)規(guī)模的無人車隊(duì)將于今年率先誕生在無人配送賽道。未來3年,無人配送整車成本會(huì)逐步下降至10萬(wàn)元以內(nèi),無人配送賽道將率先迎來爆發(fā)。這就給了億維瑞光的“固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)” 產(chǎn)品極佳的切入路徑,“我們希望市場(chǎng)占有率超過10%,” 王霄鵬說:“但在商業(yè)邏輯上,我們也不排除跟合作伙伴一起,進(jìn)入具有優(yōu)勢(shì)的其他領(lǐng)域?！?/p>

在商業(yè)化落地方面,億維瑞光計(jì)劃于2022年底面向國(guó)內(nèi)外主要無人物流和配送企業(yè)推出其第一代中短距固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)。在優(yōu)先滿足成本、可靠性和量產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上逐步向市場(chǎng)提供具備全天候探測(cè)能力和光端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算能力的升級(jí)產(chǎn)品。同時(shí),伴隨著L3級(jí)自動(dòng)駕駛的全面鋪開和L4級(jí)Robotaxi的商用化,億維瑞光計(jì)劃在2024年前后將產(chǎn)品范圍進(jìn)一步擴(kuò)大至乘用車市場(chǎng)。

億維瑞光的核心技術(shù)啟發(fā)自王霄鵬博士在澳大利亞悉尼大學(xué)留學(xué)期間與中科院光機(jī)所的量子雷達(dá)國(guó)際第一梯隊(duì)——韓申生團(tuán)隊(duì)的合作研究。國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)賽道的頭部玩家眾多,如上海的禾賽、深圳的速騰、北京的北科天繪,去年華為、大疆也宣布入場(chǎng),但固態(tài)激光量子鬼成像雷達(dá)技術(shù)路線目前只有億維瑞光一家。

億維瑞光的市場(chǎng)與銷售團(tuán)隊(duì)均出自國(guó)際一線激光雷達(dá)公司,從業(yè)多年,熟悉OEM和Tier1等客戶群體。同時(shí),億維瑞光還吸納了具備豐富工程經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì),有多位博士和海歸高端人才,平均從業(yè)經(jīng)驗(yàn)超過五年時(shí)間,具備可實(shí)施化項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

據(jù)悉,億維瑞光近期已正式啟動(dòng)天使輪融資,資金計(jì)劃用于樣機(jī)生產(chǎn)、武漢光谷和上海研發(fā)基地的技術(shù)投入、全國(guó)市場(chǎng)和客戶開發(fā)等,快速推進(jìn)量產(chǎn)和行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的落地。億維瑞光的愿景是成為加速大規(guī)模量子成像技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用場(chǎng)景落地的前沿科技企業(yè),徹底解決行業(yè)長(zhǎng)期存在的上述痛點(diǎn),給激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)帶來技術(shù)升級(jí)。

據(jù)全球知名經(jīng)濟(jì)咨詢機(jī)構(gòu)IHS環(huán)球透視汽車部門預(yù)測(cè),2025年自動(dòng)駕駛汽車出貨量預(yù)計(jì)達(dá)5400萬(wàn)輛,屆時(shí),激光雷達(dá)裝車量預(yù)計(jì)達(dá)1500萬(wàn)輛,約合1000億人民幣。億維瑞光希望在這期間快速覆蓋市場(chǎng),成為激光雷達(dá)行業(yè)固態(tài)量產(chǎn)產(chǎn)品的先行者。