在汽車安全應用領域，雷達已不是最新技術，而聲納已被淘汰出局。現在，鐳射雷達（LiDAR）成為了遙感領域新寵，在自動駕駛汽車、智慧城市、安防監控、入侵探測和其它領域有著廣闊的應用前景。
鐳射雷達製造商們的產品出現在機器人計程車、自動駕駛卡車、送貨無人機、停車場、公共交通工具、交通訊號燈和電線杆，在數千平方英尺的空間內展示出一座智慧城市的縮影。
鐳射雷達技術已為主流安全應用做好準備？
鐳射雷達具有建立高解析度3D影象的優勢，這些影象可識別探測範圍內所有物體的尺寸、方向和速度。相比傳統視覺感測器，鐳射雷達可在任何光照條件下正常工作，且較難被“非法入侵”或“愚弄”，這是另一項極具吸引力的優勢。
安全技術與系統整合開發商則持保守態度，認為鐳射雷達的發展不會如此迅速。儘管這項技術極具吸引力且價格已有所下降，但與其它可替代技術相比，鐳射雷達的高昂成本使其依然只適用於小眾或對安全性要求很高的應用。以下是有關汽車鐳射雷達的發展對安全性應用影響的最新訊息。
揭示各類鐳射雷達技術
鐳射雷達技術與雷達和聲納技術類似，通過發射光波，計算其返回所需時間並讀取其中資訊以識別物體的尺寸、輪廓以及它們隨著時間變化的方向，這就是行業中常常提到的“飛行時間法”（Time-of-Flight, ToF）。然而，另一種源於汽車雷達技術的調頻連續波（FMCW）鐳射雷達的解決方案也開始引起大家的關注。鐳射雷達使用鐳射脈衝，與雷達使用的無線電波和聲納使用的聲波有所不同。
所有3D鐳射雷達技術都會建立3D點雲，以構建如車輛、建築物和行人等物體的形狀與特徵。它有幾種不同的展現形式。
機械旋轉式鐳射雷達。旋轉式系統一直是鐳射雷達技術的主流表現形式，最具代表性的就是網聯汽車車頂上的“全家桶”。據美國知名科技部落格媒體Ars Technica報道，“Velodyne於2007年左右就推出了鐳射雷達，該裝置將64顆鐳射器垂直堆疊，並以每秒多次的速度旋轉整個鐳射雷達。Velodyne的這一舉措開啟了現代鐳射雷達產業的發展。”旋轉式鐳射雷達雖然可以遠距離探測廣闊的視場範圍，但體積笨重且成本高昂，運動部件還需要定期維護。
來自另一家旋轉式鐳射雷達製造商Ouster的Damon Lavrinc稱，儘管機械旋轉式系統仍是"黃金標準"，但該技術已從使用巨集觀的運動部件演進為矽基晶片。他說：“我們把傳統鐳射雷達公司使用的所有巨集觀可見的運動部件以微型晶片的形式完成。”摩爾定律也在鐳射雷達中充分體現，短短几年內，鐳射雷達的線束從16線束到32線束再到64線束，保持著成倍增長。“在CES 2020上，我們推出了128線束的高解析度鐳射雷達。”Lavrinc補充道。
Postmates的自動送貨機器人依賴於Ouster的鐳射雷達，該公司最近完成了6000萬美元的股權和債務融資。去年年底，Postmates推出了第一代“自動漫遊者”（即智慧服務車）。該車輛使用攝像頭和鐳射雷達實現人行道導航，並配備了後勤人員遠端監控流動站，在有需要時進行實時控制。
總部位於加州森尼維爾的Quanergy也是一家旋轉式鐳射雷達製造商。該公司首席營銷官Enzo Signore稱，儘管他們在高階應用領域的光學相控陣（OPA）鐳射雷達上進行了創新，但旋轉式鐳射雷達M8依然適用於安全性應用。他表示，該產品具有360°的水平視場，每秒產生130萬脈衝的點雲資料。Signore表示，與Qortex機器學習軟體配合使用，該解決方案旨在對行人和車輛進行分類，如在機場安檢處統計人流量。Signore舉例：一家制藥公司準備在距倉庫400米圍欄設定安防措施，而雷達有干擾問題，運動感測器會受到大風天氣影響，最後選擇了鐳射雷達。“即使入侵者在70米以外，鐳射雷達也可以探測到入侵者，並分配一個身份ID，使用者就可以隨時追蹤他。假如入侵者闖入禁區，如離電子開關太近，則可以直接用攝像機對準他。”
但是，旋轉式鐳射雷達正在被固態鐳射雷達所取代，即基於晶片技術的解決方案，這種技術無需任何運動部件。開發商們正在對固態鐳射雷達進行研究，如微機電系統（MEMS）鐳射雷達、閃光（Flash）鐳射雷達和光學相控陣（OPA）鐳射雷達。
MEMS鐳射雷達。MEMS鐳射雷達中的光束操縱機構是一面可快速轉動的MEMS反射鏡，通過MEMS反射鏡的轉動實現對視場內物體的掃描探測。Luminar、AEye、Innoviz、Sagitar聚創、禾賽科技、鐳神智慧、一徑科技和Blickfeld等MEMS鐳射雷達代表企業參加了CES 2020。MEMS鐳射雷達廠商指出，與機械旋轉式鐳射雷達相比，MEMS鐳射雷達成本更低、磨損更少，但MEMS反射鏡鏡面尺寸較小，限制了MEMS鐳射雷達的視場範圍。
MEMS鐳射雷達代表企業均表示會積極開發價格便宜的車規級產品（必須具備實時處理所有方向資料的功能），將有利於車規安全級鐳射雷達的發展，但現在還處於早期。AEye業務發展和戰略計劃副QuattroporteAkram Benmbarek表示，他們的產品專注於實現遠距離探測、擴大視場範圍、提高解析度。智慧城市移動市場規模很大，因此該公司取消了安全性應用的優先順序戰略發展規劃。出於成本原因，Benmbarek表示，“現階段最適用安全性應用的客戶是需要保障基礎設施安全的企業以及政府機構。它們因面臨高風險，需要有效的防護措施和冗餘的入侵探測。”
公司總部位於加州都柏林的AEye表示，他們的“Agile LiDAR”能夠實現掃描、收集和處理資料智慧化，探測範圍超過300米，遠遠超出了其它大部分鐳射雷達的探測範圍。Benmbarek聲稱，這項技術可以“動態調整掃描模式，在單幀中聚焦於‘目標區域’，使其探測物體的能力是僅使用鐳射雷達產品的10到20倍。”
Florian Petit博士是鐳射雷達公司Blickfeld的創始人之一，該公司總部位於德國慕尼黑，已經開發出一種特殊的MEMS反射鏡，可以大幅擴大探測視場。Petit稱，為自動駕駛汽車開發所獲得的進步現已用於工業安全領域。客戶已經使用這項技術進行周界防護和入侵探測。他說道：“我們可以探測入侵者的位置和移動範圍，MEMS鐳射雷達可以沿著防護周界探測並識別入侵者的舉動。”
隱藏在指標背後的故事
縱觀鐳射雷達產品的規格，極易眼花繚亂，對某反射率物體的探測距離、垂直和水平解析度、每秒點數、鐳射波長、角度精度、光束髮散角、視野範圍等。要比較這些繁雜的引數資訊存在較大難度。與所有安全設定一樣，資料只有在對具體應用正確理解後才能發揮作用。
位於Palo Alto的Luminar發言人Erin Freeley提供了一種機械解決方案，該解決方案表示“使用非MEMS技術讓一面較大的反射鏡對準鐳射束並接收物體的反射光”。這有助於探測和識別250米以內的物體。儘管大多數鐳射雷達使用905 奈米鐳射（部分出於對人眼安全的考慮），但Luminar和AEye都使用1550奈米鐳射，這使鐳射雷達的探測距離更遠或解析度更高。
Flash鐳射雷達。根據德州儀器（TI）釋出的《汽車鐳射雷達介紹》（An Introduction to Automotive LiDAR），Flash鐳射雷達的工作原理類似數碼相機，使用閃光燈捕捉返回的反射光。該方法不易產生影象抖動，資料捕獲速度更快。但是，德州儀器也指出了Flash鐳射雷達的兩方面不足。首先，反射光會使鐳射雷達“致盲”。其次，全部照亮前方場景需要超強功率的光源，尤其是遠距離探測時。由大陸汽車（Continental Automotive）和LeddarTech等製造商生產的Flash鐳射雷達正應用於自動駕駛汽車。
位於北卡羅來納州達勒姆的Sense Photonics是個例外。該公司的業務發展總監Erin Bishop介紹稱，Sense Photonics帶來了針對工業應用的解決方案Sense One，該解決方案稱可在室外40米的範圍內對大型工作區域及其周邊環境成像，垂直解析度是其它鐳射雷達的7.5倍，垂直視野（75°）是其它鐳射雷達（30°）的2.5倍。
Sense Photonics的Sense One解決方案適用於工業應用，可在室外40米的範圍內對大型工作區域及其周邊環境成像，垂直解析度是其它鐳射雷達的7.5倍，垂直視野（75°）是其它鐳射雷達（30°）的2.5倍。
OPA鐳射雷達。Ars Technica的解釋是“OPA晶片集成了一排發射器，可以通過調整發射器間訊號的相對相位來改變電磁波束的方向。”Quanergy是使用這種方法的少數幾家公司之一，該公司剛剛推出了用於門禁控制和人流量計數的鐳射雷達S3-2。力策科技的OPA鐳射雷達採用“單一OPA發射+多通道OPA接收”，滿足鐳射雷達對解析度、重新整理率和視場角（FOV）等各項引數的要求，預計在2020年6~7月輸出鐳射雷達三維點雲。
鐳射雷達成為主流應用尚需時日
安全技術與系統整合開發商和一些鐳射雷達製造商雖然對極力吹捧鐳射雷達的優勢，但同時也表示鐳射雷達作為主流應用的成熟時機尚未到來。位於中國北京的一徑科技的Tim Leckey承認：“攝像頭、雷達和聲納的成本仍遠低於鐳射雷達。”該公司致力於生產汽車MEMS鐳射雷達。Leckey表示：“一旦汽車鐳射雷達產量提高，價格就會隨之降低。”來自Ouster的Lavrinc也認為，對汽車鐳射雷達的資金投入和研究將使其更輕巧、便宜，從而為安全性應用“帶來和平利益”。
在對數十種鐳射雷達開展價格調查時發現，即便是在安全性應用中最便宜的型號，其價格也介於500至1000美元之間。具有卓越探測範圍和解析度的旋轉式鐳射雷達，起售價約為3500美元，價格以此為分界點一路飆升。
“這種新興技術除了在特殊應用領域外，還未被真正使用。”Safeguards ConsultingQuattroporteMark Schreiber說道。來自Convergint Technologies的Darin Dillon也同意這一觀點，他將鐳射雷達與雷達和其它入侵探測技術進行了比較，他表示鐳射雷達價格“非常昂貴”，“多數感測器的價格在1500至15000美元之間。”
鐳射雷達也有其真正顯著的優勢。Schreiber指出，鐳射雷達的主要優勢在於“它為物理環境帶來了其它感測器無法實現的高水準細節”，並將其與彩色視訊和黑白視訊進行了對比。鐳射雷達專家兼Visual Plan Security執行長Kelly Watt對鐳射雷達的前景持更為樂觀的態度，他表示：“鐳射雷達價格的不斷下降確實為安全性應用帶來了機遇。”
Schreiber說，鐳射雷達非常適合入侵探測和監控應用。“使用者可以明確知道任意時間點物體發生的移動或變化，如某個人何時進入了某個區域。如果部署合理，它可以為使用者提供對人和物體的物理測量。”他說道，這項極具潛力的應用技術可以讓人們與美術館中的精美作品保持禮貌距離。
合作伙伴
Schreiber表示，正如很多公司已經行動的那樣，成功的鐳射雷達公司將與洞悉市場需求的安全公司合作。Quanergy已與Milestone以及Genetec展開合作。總部位於加州聖何塞的鐳射雷達製造商Cepton與CNL Software聯手，後者開發物理安全資訊管理平臺軟體。Velodyne與迪拜、捷克共和國和南韓的安全合作伙伴合作。AEye和一徑科技等汽車鐳射雷達公司也正在尋求安全合作伙伴。“使用者不會專門為鐳射雷達去建立全新的系統。”Schreiber說道，鐳射雷達必須與合適的應用相匹配，並與其它技術有效整合。