【技术干货】激光雷达协助实现真正的自动驾驶功能

与传统的摄像头和雷达相比，LiDAR能够在各种光照和天气条件下，准确地捕捉周围环境的细节，这一特点使其成为实现真正的自动驾驶功能的关键要素。通过精确的距离测量和物体识别，LiDAR不仅提升了车辆的导航和避障能力，还增强了整体行驶安全性和可靠性。

LiDAR在自动驾驶应用中的发展历程，是一个从早期探索到现在广泛应用的过程。早期的LiDAR系统主要用于科学研究和军事用途，用于地形测绘和目标探测。随着技术的发展，LiDAR逐渐被引入自动驾驶领域。但一开始，LiDAR主要还是用于概念验证和实验环境中的测试。

第一代LiDAR系统主要由高成本和大体积的设备组成，通常安装在车顶。这些系统通过旋转镜头或旋转激光器来覆盖360度的视野，生成车辆周围的点云数据。然而，这些早期的LiDAR系统由于成本高昂、体积庞大且功耗较高，使其难以大规模商业化应用。

随着技术的进步，LiDAR传感器的成本逐渐下降，尺寸变得更小，性能也不断提升。固态LiDAR的出现是一个重要的里程碑，这种技术通过减少机械部件的使用，降低了系统的复杂性和成本，同时提高了可靠性和耐用性。微机电系统（MEMS）LiDAR和光学相控阵（OPA）LiDAR等新技术也开始出现，进一步推动了LiDAR在自动驾驶中的应用。

在技术成熟度提升的同时，各大汽车制造商和科技公司开始进行大规模的路测和验证工作。Waymo、Uber、Tesla和其他公司纷纷投入巨资，在实际道路条件下测试LiDAR系统的性能和可靠性。这些测试不仅验证了LiDAR在复杂交通环境中的感知能力，也推动了自动驾驶算法的进步和优化。

近年来，LiDAR技术已经逐渐走向商业化应用，越来越多的自动驾驶汽车和高级驾驶辅助系统（ADAS）开始搭载LiDAR传感器。一些领先的LiDAR厂商，如Velodyne、Luminar、Innoviz等，已经推出了多款适用于量产车型的LiDAR产品。这些产品在提高安全性、增强车辆环境感知能力，和实现高度自动化驾驶方面发挥了重要作用。

随着LiDAR技术的不断进步和成本的进一步下降，预计LiDAR将在自动驾驶汽车中发挥越来越重要的作用。未来的LiDAR系统将更加小型化、低成本、高性能，并与其他传感器（如摄像头、雷达）协同工作，实现更全面和可靠的环境感知。这将为实现完全自动驾驶铺平道路，推动汽车行业的深刻变革。

看好LiDAR的应用市场需求，安森美与汽车行业领先的LiDAR制造商――Innoviz合作，合作推出InnovizOne，这是Innoviz首款面向汽车市场的商用LiDAR产品。InnovizOne是一款采用LiDAR传感技术的产品，该产品可与摄像头和雷达等其他传感器模式相结合，可在乘用车中实现真正的手可离开方向盘、眼睛可不必关注路面的自动驾驶功能。 

InnovizOne采用了安森美ArrayRDM-0112的12通道硅光电倍增管（SiPM）阵列，用于检测返回的激光脉冲，从而测量到周围环境的距离，这标志着该行业取得了重大进步。SiPM技术植根于大批量CMOS硅铸造工艺，其与成本更高的1550 nm短波红外激光雷达中的探测器相比，具有明显的优势。SiPM利用非常高的增益来检测单光子，这使其优于限制激光雷达测距距离的低灵敏度雪崩光电二极管探测器。

Innoviz主要致力于以尽可能低的成本提供高性能LiDAR，以使其能够被汽车OEM更广泛地采用，这得益于他们使用基于905 nm的近红外直接飞行时间（dToF）的LiDAR架构。

在2018年，宝马（BMW）与麦格纳（Magna）联合选择InnovizOne作为未来乘用车平台激光雷达技术的提供商。经过几年的开发，InnovizOne于2023年进入批量生产，宝马为其旗舰7系乘用车（如i7）配备了激光雷达，以实现BMW个人驾驶 —— 真正的3级“闭眼”自动驾驶，并于2024年春季于德国推出。Innoviz最近还宣布，宝马在主流5系汽车平台上将InnovizOne扩展到中国市场，这一令人兴奋的发展标志着LiDAR成为不仅适用于高端豪华车，还适用于主流车款，为大众市场提供安全的自动驾驶传感器。

InnovizOne是一款专为需要汽车级、可大规模生产的固态LiDAR传感器解决方案，专为实现自动驾驶的汽车制造商和机器人出租车、班车和送货公司而设计。该汽车级传感器专为坚固耐用、经济实惠、可靠、低功耗、轻量化、高性能而设计，可无缝集成到3-5级自动驾驶车辆中，以确保乘客和行人的安全。

InnovizOne可适应阳光和天气条件，能够在最远250米的距离上提供丰富的3D点云。当与Innoviz的感知软件结合使用时，该传感器能够以无与伦比的角度分辨率实现卓越的物体检测、分类和跟踪。 

InnovizOne可和感知软件无缝集成，其设计和开发均符合汽车行业的最高标准，并且Innoviz已获得必要的认证和批准，包括已通过ISO 9001:2015认证，并从早期阶段就在其元器件（ASIC、探测器和MEMS），以及LiDAR硬件和软件系统中实施ISO 26262（功能安全）。Innoviz还选择了整个供应链的制造商来满足IATF 16949的要求，并遵循ASPICE标准进行软件开发。

InnovizOne支持0.1°x0.1°（HxV）的角度分辨率，具有10或15 FPS的预配置帧速率，以及1m至250m的检测范围，支持115°x25°（HxV）的最大视野，尺寸为45x111.4x97.9 mm（高x宽x深），符合ISO 26262标准的ASIL B(D)等级。

InnovizOne可在LiDAR视场中心包含一个预先配置的感兴趣区域（ROI），激光能量集中在该区域中以增加检测范围。ROI尺寸为20°x8°（HxV），且不会影响数据接口的带宽、分辨率或帧速率。InnovizOne可返回每个像素的多次反射，并记录和存储3D环境中的多个点。当激光脉冲击中雨滴、雪花或路径上的多个物体时，这一点非常重要。

且由于支持像素连续特性，InnovizOne的LiDAR扫描模式没有间隙，这对于构建安全的自动驾驶车辆感知系统至关重要。如果没有这一点，系统可能会错过道路表面上与碰撞相关的小物体，或位于3D点云数据间隙内的人体，从而造成灾难性的后果。

InnovizOne具有均匀分布的垂直视场（FOV），在整个垂直视场提供统一的分辨率。这使得系统相较于其他仅关注中心（地平线），并丢失向边缘移动的数据的传感器，将能够获取更多数据。InnovizOne的垂直视场还具有平移功能，以支持安装公差，以及车辆负载等不同的驾驶条件。InnovizOne并能够适应阳光和天气条件，例如直射阳光和迎面驶来的汽车发出的炫目灯光，以及下雨等恶劣天气条件，能够适应各种环境光源。InnovizOne可应用于消费类车辆、机器人出租车、班车和送货、卡车运输、后勤、人行道送货、工业无人机、重型机械等领域。

安森美推出的硅光电倍增管 (SiPM) ── ArrayRDM-0112A20-QFN是一款适用于汽车的NIR增强型LiDAR应用。SiPM是一种高增益、单光子敏感传感器，用于检测可见光到近红外波长，ArrayRDM−0112A20−QFN则是基于市场领先的RDM工艺的单片1 × 12 SiPM像素阵列。RDM工艺经过专门开发，旨在创建在905/940nm的NIR波长下实现高PDE（光子检测效率）的产品，这些产品通常用于LiDAR和3D dToF测距应用。

ArrayRDM−0112A20−QFN阵列采用坚固的QFN封装，可访问12个单独的像素。为了满足汽车LiDAR应用的要求，该产品将符合AEC-Q102标准。ArrayRDM-0112A20-QFN具有高增益和检测效率，并符合汽车标准，其采用1 x 12像素阵列格式，在905 nm处的PDE为16%，采用30 V偏置电源，像素尺寸仅有0.47 mm x 1.12 mm，采用QFN封装（10 mm x 5.2 mm）。

安森美还为此产品开发了评估板（ArrayRDM−0112A20−GEVB），以加快产品的开发速度。ArrayRDM-0112A20-QFN可应用于3D测距和传感、汽车激光雷达、工业激光雷达、消费类3D成像与机器人技术，常见的最终产品为扫描激光雷达系统。

LiDAR在自动驾驶中的发展历程，体现了技术进步与市场需求的相互驱动。从早期的高成本实验设备到如今的量产应用，LiDAR正在不断突破技术瓶颈，为实现真正的自动驾驶目标提供坚实的支持。安森美推出的SiPM适用于汽车NIR增强型的LiDAR应用，能够降低自动驾驶技术的应用成本，并增强激光雷达性能，以及与其他车辆系统的集成，将是开发自动驾驶应用的理想选择。