自动驾驶基础(四十五)--激光雷达公司 Velodyne 简介

Posted 2021-04-27 模拟世界

今天介绍一下 目前可以提供成熟激光雷达产品的最主要的公司Velodyne （威力登）。目前几乎所有的利用激光雷达研发自动驾驶技术的公司的方案都采用的Velodyne的激光雷达产品。

Velodyne是从音响起家的，1983年成立。老板David Hall开摩托的时候没有一个好用的重低音音响，遍寻所有品牌最后决定自己做了一个。他是真正的第一代硅谷创业人，在自己的车库做了重低音音箱。家里看到潜力，组了公司投了20万美金，没想到越做越好，到现在为止仍然是音响界公认的专业级产品。

威力登声学公司成立后，推出的产品以创新的设计、精细的作工、独到的声音表现，受到声学专家、发烧听友、及剧院系统的爱好者许多赞赏。公司创始人David Hall的产品设计目标在于：降低及限制扬声器输出所产生的失真。而这一部份也正是他的专长，研发出的高增益伺服控制系统于1983年，第一次应用于测量及控制大型低音单体的动作上，由此而推出的ULD系列伺服控制超低音喇叭，其重要性被拿来与杜比实验室的噪声消除技术相提并论。此专利技术将扬声器的失真由15-30%降至1%以下，威立登自此成为沉稳、精准、富动态超低音扬声器的代名词。

2005年机缘巧合，专注研究激光雷达。07年便推出了64线激光雷达产品，2010年谷歌首测的无人驾驶汽车用的激光雷达就是Velodyne提供的。

现在整个公司大概有三个分支，音响这部分还有存续，而且卖得不错。第二部分Lidar，第三部分是船，虽然三个部分看起来风马牛不相及，其实都是依据同一个原理：测距，音响是音频测距、Lidar是激光测距，船也是测距，细节我们就不谈了。

目前Velodyne全部员工为250人，80%是技术人员。2016年8月份，Velodyne LiDAR业务获得福特汽车与百度1.5 亿美元的共同投资并拆分成立新公司Velodyne LiDAR独立发展。用Velodyne官方的话说，凡涉及自动驾驶研发投入的主机厂、地图厂商以及自动驾驶运营项目几乎都是Velodyne激光雷达产品的客户。

2015年，Velodyne激光雷达的出货量为3000多，而到了2016年，Velodyne激光雷达的出货量则激增至2万个，2017年的交货量差不多在20万个。据公开资料，不仅谷歌、百度、Uber、福特、通用、奔驰等知名的无人驾驶技术代表，四维图新、微软Bing、Here、高德、TomTom等高精度地图厂商，以及新加坡政府、台湾的智慧小镇等项目都采用了Velodyne的激光雷达方案。

然后要谈Velodyne的三款产品，64线、32线，16线。到现在为止随着每款产品推出，都还在说64线是为无人车设计，其他产品并不是专为无人车设计。作为一个科学家和发明人，前瞻是很重要的，DavidHall具有很高的前瞻性，他在十年前就看到了Lidar的需要，很明确提出64线甚至更高线数的激光雷达，是未来无人车发展所需要，现实也在一步一步证明这件事。它家生产的激光雷达是全球各自动驾驶公司测试车上的标配，其外形酷似KFC全家桶的64线雷达的售价高达几十万人民币，不由得让人印象深刻。

目前，Velodyne主要有64线、32线、16线3类产品在售，官方定价分别为8万美金（约合52.3万人民币）、4万美金（约合26万人民币）和8千美金（约合5.23万人民币）。

上图从左到右依次为64线、32线和16线雷达.Velodyne 64 线最早用于地图及相关行业，32 线主要用于固定翼无人机。

首先谈谈64线产品比较重要的地方：

1)  就是业界一直在说赞美它也好，垢病它也好，就是360度高速旋转。每秒要达到20转的速度，在高速旋转的情况下，每秒钟发射出一束激光，发射到120米，甚至现在200米的距离，返回信号再把接收器打开收进来，这是有点难度的。

2)  就是在UDP包里含有“密度”数据，这是对现在无人车发展非常重要的信息，因为它可以很有效地转化成“反射率”信息。前面有这么多块牌子，根据反射率的信息，就可以知道哪一块是交通标志相关，使摄像头免去阅读所有环境信息，对计算起到了很大作用。

3)  能量问题。64线是符合人眼安全标准的民用产品，这个能量有所限制，怎么能够在现有能量限制范围之下让64束的激光发射200米，再有效地收回这些信息，这是核心技术的第三点，也保证我们的产品到目前为止得到了业界的认可。

64线产品推出之后，汽车行业没有使用，相反地图行业开始购买。现在所有做基础地图的企业，全部采用Velodyne的Lidar，为后来的无人车打下基础。同时在地图行业之外，安防领域开始大规模使用，安防领域实现技术相对简单，因为安防无人车可以定义为封闭环境无固定路线的驾驶，在安防行业运用无人车有相当长的时间了，并不是像大家想象的现在才开始，无人车的控制技术已经比较成熟。现在更多关注的是人身安全的问题是怎么避免，99.999%的安全是无人驾驶推广的关键性问题。

除了安防行业的特种车辆以外，对64线产品比较热衷的是互联网行业。互联网行业从Google开始，到Google衍生出来的所有玩家，比如国内最著名的百度，都是基于64线Lidar做无人驾驶，这也导致了传统汽车行业感觉到压力，目前，Velodyne和全世界所有的汽车厂商都达成了一对一的合作，或是深度合作，或是产品测试的合作。

随着无人驾驶的概念在近年的升温，汽车行业未来将成为一大需求来源。说起自动驾驶普及的难题，很多人都将矛头指向了昂贵的机械式激光雷达，认为这种产品价格昂贵、难以量产且不符合车规，因此很难推动自动驾驶汽车的普及，这也是很多激光雷达创业公司锁定的3个突破点。激光雷达，尤其是多线数产品本身就是汽车行业的新事物，目前就没有相关的要求。

为此，Velodyne早就找过车厂去询问相关的车规要求，但是厂家也是一头雾水不知道答案。无奈之下，Velodyne拉来美国的科技公司、网约车公司和整车厂成立了一个车载激光雷达俱乐部，询问他们对于车载激光雷达的要求，共同来探索车载激光雷达到底该满足哪些指标。经过一段时间的摸索，该俱乐部制定出了一套标准，并由Velodyne来将其做成产品，即现在的VLP-32C激光雷达，编号中的32即代表32线，C是Club的缩写，代表上述俱乐部。这款32线测距200米的通用版本，尺寸大小和原来的16线一样，福特就已在其第三代自动驾驶车型上使用了 Velodyne 的这款最新的激光雷达测距传感器（LiDAR）。

LiDAR进行物体扫描的时候，是采用作为“感知系统的硬件+计算功能的软件”做成，增加激光线数后，可以减轻软件的计算负担。硬件内部的每一条线都有一对激光发射器和接收器组成，其以20圈每秒的速度旋转，放出的激光要达到 100 米至 200 米的距离，而为保证精确测距，需要保证激光在完成这100-200米的路程后，刚好能让发射出去的激光要被成对的接收器收到。

另外，为了保证人眼安全，Velodyne的激光雷达发射的激光线束是采用了人眼安全1级激光，平时对肉眼不可见，不过如果你采用和激光频率接近的硬件拍摄Velodyne的这款雷达，是可以看见激光线束的。

下面是Velodyne产品的路线图和计划。

2017年6月，Velodyne在加州圣何塞的新工厂正式投入生产，总占地2万平米，采用了大量工业机器人，最高产能可达到100万台/年。与此同时，不管是在中国还是海外，自动驾驶公司目前都还没有成为Velodyne的最主要客户。目前，Velodyne的多数雷达其实都卖到了地图、保险、安防、科研等领域，自动驾驶公司的需求量目前还比较小。这一点不难理解，因为目前的自动驾驶公司都还处于研发阶段。像是进度最快的谷歌Waymo，也就只有100多台车，其他中小公司也就只有几台测试车，每年对激光雷达的需求量满打满算也就几百台的量。

在地图行业，很多公司都在拿激光雷达来制作高精地图；保险公司用激光雷达来做灾害检测，例如用激光雷达扫描牧场的过渡放牧，或是农田的损毁情况；科研机构用激光雷达来监测泥石流等。

上图是高德的高精地图采集车。

在探索机械式激光雷达该符合什么要求的同时，Velodyne也在研发更容易过车规的Velarray系列固态激光雷达和MCLM系列芯片级激光雷达，两者的目标客户分别是车厂与Tier1供应商，具体交由他们去完成车规认证即可。下图是Velodyne的产品规划。

Velodyne表示，其已经和某国际一线汽车配件供应商达成合作，自2019年起就会生产出满足车规的固态激光雷达。

国外最著名的手机叫车公司认为，将来他们不需要基础地图，他们有这么多的车在街上跑，每个车带一个Lidar，就可以随时更新这些地图。他们提出32线线数还不够，希望能做得更高。最近比较明确提出2020款产品要做成128线，中间的阵列可以做到最多9乘9行，覆盖60度到120度。这样就可以很容易地把它装到汽车里面去，出租车车顶要装旋转的可以装旋转的。未来的无人驾驶出租车公司会有一支庞大的无人车队，如果这些车队装配有高线束、可360度旋转的机械式激光雷，其就能够实时获得例如道路状况、交通流量、建筑物变化等多种城市信息，进而在交通服务之外产生更多的价值。128线激光雷达能够扫描大量细节，如下图。这就是Velodyne仍然继续研究多线数机械式激光雷达的原因。

Velodyne圣何塞的新工厂目前已经投入使用，最高产能可以达到100万个/年, 完全可以满足市场的需求。

与此同时，最新的VSL、Velarray以及MCLM系列都是按照自动化生产的要求设计的产品，一旦起量，其产品价格可以压得足够低。如果能接到10万台的订单，VLS 128线产品的价格能够做到1000美金以内，VLS 32线的产品在650美金左右。而32线的Velarry固态激光雷达在量产时则能做到500美金，8线产品则能做到150美金。相比现在，这是一个具有“质变”效应的价格。

关于自动驾驶的技术文章，可以参考前文，下面是链接：

关于ADC和DAC转换器电路的基本知识， 可以点击文末左下角链接阅读。