固态LiDAR与机械LiDAR该如何选择
velodyne在2000年代中期发明了现代3d（三维）lidar（激光雷达）扫描仪。但近年来，传统观念认为，velodyne的设计（将64个激光器安装于一个旋转平台）很快将被新一代固态lidar传感器淘汰，这类固态传感器仅使用单个固定激光器进行场景扫描。但是一家名为ouster的创业公司正试图挑战这一观点，正以极具竞争力的价格销售类似velodyne的旋转式机械lidar。
近期，我们有幸与ouster首席执行官angus pacala进行了对话，他对旋转式和固态lidar之间的优劣权衡有着独到的专业见解，因为pacala之前曾是固态lidar最著名的创业公司——quanergy的联合创始人。在我们的谈话中，pacala拒绝了评价其前任公司。但行动胜于雄辩。我们可以认为，作为quanergy的联合创始人，pacala肯定非常了解固态lidar技术的优缺点。而当他决定创建另一家lidar公司时，他决定不再做固态lidar，这或许能说明一些问题。“固态lidar”实际上是一类涵盖几种非旋转式机械lidar设计的总称。
主要可分为三种技术方案：一种为mems（微机电系统）方案，采用微型mems扫描镜来控制激光束；另一种，采用称为光学相控阵的技术来控制激光束，而无需任何运动部件；第三种，则被称为泛光（flash）成像lidar，无需光束转向，只需一次闪光即可照明整个场景，再通过类似于数码相机的二维阵列图像传感器探测返射回来的光线。pacala此前创办的quanergy虽然没有详细公开解释其技术细节，但是根据报道判断，该公司主要采用的是光学相控阵方案。由于很微小或没有移动部件，所有这三种设计方案都可能带来更坚固、更经济的lidar传感器。
从长远来看，业内倡导将几乎所有的电子器件（包括激光器本身、光束控制电路、检测器和运算支持）都集成封装在一起。因而，未来消费类产品中的固态lidar很可能将不像旋转式机械lidar那样，必须突兀地安装在汽车顶部才能正常工作。这在理论上听起来不错，pacala在2012年联合创立quanergy公司时大概也是这么认为的。但是，后来他显然改变了想法，因为他的第二次lidar创业，采用了更传统的旋转式机械lidar方案。
旋转式机械lidar有其独特优势pacala指出了传统旋转式机械lidar设计的几大优势。其中，最明显的优势是其360°视场。 我们可以在汽车顶部固定安装一个激光雷达，从而360°地感知汽车周围的情况。相比之下，固态lidar需要固定在某些适当的位置（例如车身前后方或四角），视场角一般在120°或以内。因此，自动驾驶汽车采用固态lidar传感器，至少需要4台才能达到跟旋转式机械lidar一样的覆盖范围。另一个不太明显的优势是，人眼安全法规允许运动的激光源发射比固定激光源更高的功率。
据pacala介绍，所有1级安全系统的设计必须确保人员不眨眼直视激光设备数秒钟，仍然不会受到伤害。当采用固态扫描单元时，如果人眼处于激光扫描器几英寸的地方，可能会导致100%的激光射入眼内。但是如果采用旋转式lidar传感器时，激光只集中于某个特定的方向，只有360°旋转的一小部分。因此，旋转式lidar可以为每个激光脉冲提供更高的功率，而不会造成眼睛损伤。这样可以更容易地检测到返射光，因此在可预见的未来，旋转式lidar单元可能要比固态lidar单元具有更大的探测范围优势。
上图为谷歌早期的自动驾驶原型车。车顶有一个巨大的旋转式lidar传感器，前翼子板上有个黑色的雷达（共4个），后轮上安装有“车轮编码器”，车内还有视频摄像头。这款原型车装配的各类传感器总价高达15万美元同时，大部分领先的固态lidar设计，都面临着“远距离探测”这个显著的挑战。mems系统中的微型扫描镜能投射的激光量有限。这使得远处物体反射激光束并被探测的难度很大。光学相控阵方案相对于其它技术，产生的光束发散性更大，因此很难兼顾长距离、高分辨率和宽视场。
而对于泛光成像lidar，每次发射的光线会散布在整个视场内，这意味着只有一小部分激光会投射到某些特定点。此外，光电探测器阵列中的每个像素都必须非常小，限制了它可以捕捉的反射光量。“固态lidar方案挑战很大，” pacala表示。他提出，传统旋转式lidar技术拥有独特的优势，在接下来的十年将继续保持一定的市场地位，尤其是在高端市场。据pacala预测，绝大部分lidar系统将在未来十年逐步转为固态方案，但是，仍将会有一些具有真正高性能和高价值的旋转式机械lidar传感器。pacala用硬盘市场做了一个有趣的比喻。
15年前左右，固态存储设备越来越受欢迎，特别是在移动设备中。然而，时至今日仍然有大量具有旋转磁盘的传统硬盘驱动器正在销售。因为，这种设计提供了高容量和低成本的完美组合。同样，pacala预计未来的低端激光雷达设备将大多采用固态设计，就像今天的大部分移动设备都采用固态存储一样。但对于要求最苛刻的应用（包括自动驾驶汽车），他预计高端旋转lidar还将占据重要的市场位置，提供远距离、高分辨率和更宽广的视野。ouster对velodyne带来了价格压力虽然ouster采用了与velodyne相同的基本技术方案，但ouster提供了透明且激进的定价方案，这可能会让velodyne略感头疼。
64线os-1在展会现场的实时演示据麦姆斯咨询此前报道，ouster目前提供了三种lidar型号：一款低端的16线lidar传感器os-1，售价3500美元，一款64线os-1版本，售价12000美元，以及一款探测距离更长的64线传感器os-2，售价24000美元。
那velodyne的产品售价如何？velodyne的16线lidar“传感冰球”的售价为4000美元，这与ouster的3500美元16线机型大致相当。就在去年12月，福布斯报道称，velodyne老款64线机型的售价仍然高达75000美元，仅比10年前的85000美元略有降幅。当velodyne总裁marta hall被问及velodyne的hdl-64e与64线os-1的价格比较时，她回答道：“velodyne的hdl-64e是十年前开发的产品，自那时起，velodyne已经做出了很多改进。请将ouster 的lidar产品跟velodyne最新的128线lidar传感器vls-128比较才够合理，vls-128的批量定价将是12000美元或以下。”的确，vls-128比ouster的os-1拥有更惊人的参数规格。velodyne这款高端lidar单元具有更大的探测范围，比ouster售价24000美元的os-2更加吸引人。
拥有一台vls-128的成本将是多少？hall表示它目前“尚未定价销售。”当然她也没有明确表示大批量客户现在是否可以拿到12000美元或更低的价格。说到底，lidar单元的单价并不重要。所有这些lidar厂商的长期目标，是以数千甚至数百万台为单位出售这些传感器，用于消费级车辆。批量采购lidar的汽车制造商，肯定能从单个价格中获得很大折扣。但是，像ouster那样公布立即交付的具体价格有助于建立信誉。我们相信velodyne将会尽一切努力在未来的某个时间点，匹配ouster打出的12000美元价格牌。
但是，未来要做到这一点，与今天能够做到这一点并不是一回事，不是吗？lidar创业公司luminar首席执行官austin russell对于lidar成本问题，也表示：“对于消费级汽车来说，这类lidar系统的售价的确需要低至小几千美元或以下”，并承诺价格对luminar来说不是问题。听austin russell的意思，luminar的lidar传感器似乎还没有达到“小几千美元”的价格目标，目前实际上可能要比那个目标数字更高。
总的来说，通过与ouster首席执行官pacala的交流，使我对lidar成本很快能够得到大幅降低持谨慎乐观态度。不过，价格确实正在下降，正如velodyne今年宣布16线产品降价50%。如果你愿意接受探测范围略小、分辨率更低的lidar解决方案，你可以找到售价几千美元甚至几百美元的lidar单元。
但是，市场上最好的lidar单元（可能也是唯一能真正支持全自动驾驶汽车的那些lidar单元），仍然需要花费数万美元。值得注意的是，另一个lidar技术主要竞争厂商waymo。这家alphabet（谷歌）子公司近十年一直在研究自动驾驶汽车，他们已经从使用velodyne的lidar系统转为采用他们自己生产的lidar技术。并且，该公司仍在使用相同的传统旋转式机械lidar方案，但据报道，waymo已经研究出如何将lidar单元的成本降低10倍。由于市场没有公开waymo的原始成本数据，因此无法判断其产品的具体价格，但可以肯
定的是，waymo的lidar单元成本不会超过8500美元，并且有可能少于这个数字。如果你不是一家像waymo这样的公司，那自己解决这个问题可能很困难。一款产品再复杂，只要产量上去了，价格自然会下降。目前，lidar传感器的市场需求只是未来五到十年内的一小部分，到了那时无人驾驶出租车公司将开始大举扩大车队规模。随着lidar生产规模的扩大，制造技术的不断改进以及规模经济所带来的影响，lidar传感器势必会越来越便宜。
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主要可分为三种技术方案：一种为mems（微机电系统）方案，采用微型mems扫描镜来控制激光束；另一种，采用称为光学相控阵的技术来控制激光束，而无需任何运动部件；第三种，则被称为泛光（flash）成像lidar，无需光束转向，只需一次闪光即可照明整个场景，再通过类似于数码相机的二维阵列图像传感器探测返射回来的光线。pacala此前创办的quanergy虽然没有详细公开解释其技术细节，但是根据报道判断，该公司主要采用的是光学相控阵方案。由于很微小或没有移动部件，所有这三种设计方案都可能带来更坚固、更经济的lidar传感器。
从长远来看，业内倡导将几乎所有的电子器件（包括激光器本身、光束控制电路、检测器和运算支持）都集成封装在一起。因而，未来消费类产品中的固态lidar很可能将不像旋转式机械lidar那样，必须突兀地安装在汽车顶部才能正常工作。这在理论上听起来不错，pacala在2012年联合创立quanergy公司时大概也是这么认为的。但是，后来他显然改变了想法，因为他的第二次lidar创业，采用了更传统的旋转式机械lidar方案。
旋转式机械lidar有其独特优势pacala指出了传统旋转式机械lidar设计的几大优势。其中，最明显的优势是其360°视场。 我们可以在汽车顶部固定安装一个激光雷达，从而360°地感知汽车周围的情况。相比之下，固态lidar需要固定在某些适当的位置（例如车身前后方或四角），视场角一般在120°或以内。因此，自动驾驶汽车采用固态lidar传感器，至少需要4台才能达到跟旋转式机械lidar一样的覆盖范围。另一个不太明显的优势是，人眼安全法规允许运动的激光源发射比固定激光源更高的功率。
据pacala介绍，所有1级安全系统的设计必须确保人员不眨眼直视激光设备数秒钟，仍然不会受到伤害。当采用固态扫描单元时，如果人眼处于激光扫描器几英寸的地方，可能会导致100%的激光射入眼内。但是如果采用旋转式lidar传感器时，激光只集中于某个特定的方向，只有360°旋转的一小部分。因此，旋转式lidar可以为每个激光脉冲提供更高的功率，而不会造成眼睛损伤。这样可以更容易地检测到返射光，因此在可预见的未来，旋转式lidar单元可能要比固态lidar单元具有更大的探测范围优势。
上图为谷歌早期的自动驾驶原型车。车顶有一个巨大的旋转式lidar传感器，前翼子板上有个黑色的雷达（共4个），后轮上安装有“车轮编码器”，车内还有视频摄像头。这款原型车装配的各类传感器总价高达15万美元同时，大部分领先的固态lidar设计，都面临着“远距离探测”这个显著的挑战。mems系统中的微型扫描镜能投射的激光量有限。这使得远处物体反射激光束并被探测的难度很大。光学相控阵方案相对于其它技术，产生的光束发散性更大，因此很难兼顾长距离、高分辨率和宽视场。
而对于泛光成像lidar，每次发射的光线会散布在整个视场内，这意味着只有一小部分激光会投射到某些特定点。此外，光电探测器阵列中的每个像素都必须非常小，限制了它可以捕捉的反射光量。“固态lidar方案挑战很大，” pacala表示。他提出，传统旋转式lidar技术拥有独特的优势，在接下来的十年将继续保持一定的市场地位，尤其是在高端市场。据pacala预测，绝大部分lidar系统将在未来十年逐步转为固态方案，但是，仍将会有一些具有真正高性能和高价值的旋转式机械lidar传感器。pacala用硬盘市场做了一个有趣的比喻。
15年前左右，固态存储设备越来越受欢迎，特别是在移动设备中。然而，时至今日仍然有大量具有旋转磁盘的传统硬盘驱动器正在销售。因为，这种设计提供了高容量和低成本的完美组合。同样，pacala预计未来的低端激光雷达设备将大多采用固态设计，就像今天的大部分移动设备都采用固态存储一样。但对于要求最苛刻的应用（包括自动驾驶汽车），他预计高端旋转lidar还将占据重要的市场位置，提供远距离、高分辨率和更宽广的视野。ouster对velodyne带来了价格压力虽然ouster采用了与velodyne相同的基本技术方案，但ouster提供了透明且激进的定价方案，这可能会让velodyne略感头疼。
64线os-1在展会现场的实时演示据麦姆斯咨询此前报道，ouster目前提供了三种lidar型号：一款低端的16线lidar传感器os-1，售价3500美元，一款64线os-1版本，售价12000美元，以及一款探测距离更长的64线传感器os-2，售价24000美元。
那velodyne的产品售价如何？velodyne的16线lidar“传感冰球”的售价为4000美元，这与ouster的3500美元16线机型大致相当。就在去年12月，福布斯报道称，velodyne老款64线机型的售价仍然高达75000美元，仅比10年前的85000美元略有降幅。当velodyne总裁marta hall被问及velodyne的hdl-64e与64线os-1的价格比较时，她回答道：“velodyne的hdl-64e是十年前开发的产品，自那时起，velodyne已经做出了很多改进。请将ouster 的lidar产品跟velodyne最新的128线lidar传感器vls-128比较才够合理，vls-128的批量定价将是12000美元或以下。”的确，vls-128比ouster的os-1拥有更惊人的参数规格。velodyne这款高端lidar单元具有更大的探测范围，比ouster售价24000美元的os-2更加吸引人。
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但是，未来要做到这一点，与今天能够做到这一点并不是一回事，不是吗？lidar创业公司luminar首席执行官austin russell对于lidar成本问题，也表示：“对于消费级汽车来说，这类lidar系统的售价的确需要低至小几千美元或以下”，并承诺价格对luminar来说不是问题。听austin russell的意思，luminar的lidar传感器似乎还没有达到“小几千美元”的价格目标，目前实际上可能要比那个目标数字更高。
总的来说，通过与ouster首席执行官pacala的交流，使我对lidar成本很快能够得到大幅降低持谨慎乐观态度。不过，价格确实正在下降，正如velodyne今年宣布16线产品降价50%。如果你愿意接受探测范围略小、分辨率更低的lidar解决方案，你可以找到售价几千美元甚至几百美元的lidar单元。
但是，市场上最好的lidar单元（可能也是唯一能真正支持全自动驾驶汽车的那些lidar单元），仍然需要花费数万美元。值得注意的是，另一个lidar技术主要竞争厂商waymo。这家alphabet（谷歌）子公司近十年一直在研究自动驾驶汽车，他们已经从使用velodyne的lidar系统转为采用他们自己生产的lidar技术。并且，该公司仍在使用相同的传统旋转式机械lidar方案，但据报道，waymo已经研究出如何将lidar单元的成本降低10倍。由于市场没有公开waymo的原始成本数据，因此无法判断其产品的具体价格，但可以肯
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