数字化:全场景激光雷达的最后一块拼图

MEMS 2025-01-07 00:03

“全球首款千线超长距数字化激光雷达”

“全球首款机器人全固态数字化激光雷达”

“全球首款192线半球形数字化激光雷达”

“用数字化在硬件层面实现激光点云与视觉信息融合”……


在2025年全球首场AI机器人发布会“Hello Robot”上,RoboSense速腾聚创发布了一系列新品,其中作为机器人视觉的激光雷达和全新品类Active Camera解决方案,都用上了“数字化”的前缀。


数字化激光雷达,是用数字方法检测和处理光子信息,区别于传统激光雷达用连续 “波” 探测,省去了“模拟-数字”转换过程,保留了更多的检测信息,提升了分辨率、精度、集成度以及感知融合能力,并在系统层面带来了更多增益。


RoboSense速腾聚创CEO邱纯潮在发布会上表示:“激光雷达已全面进入数字化时代。在全面数字化之后,激光雷达已经收敛到一个成熟稳定的架构中,即将在汽车、机器人与无人机市场加速渗透和普及。”

数字化激光雷达,哪里变了?


数字化激光雷达的变化,可以类比照相机从胶片进化到数码,其核心环节,在于数字化激光雷达采用了能以“单光子”形态检测激光的单光子雪崩二极管器件(SPAD),它让信号以离散状态呈现在接收端,并直接输出数字信号,达成信号感知的数字化。



不仅如此,SPAD输出的数字信号可径直进入处理环节,无需借助一系列传输器件;同时,信号的处理、储存、乃至激光器件的控制,均可凭借算法集成到芯片上进行,在提高运算效率的同时,降低对物理零部件的依赖。数字化的感知信息就像数字化的音乐,算法和编码让音质愈发清晰丰富的同时,播放器体积与功耗却日趋轻小。

数字化,助力激光雷达突破性能天花板


在智能化产品的多元生态里,机器人相较其他产品展现出更高的复杂度。它们形态尺寸多样,应用于商业服务、家庭陪护、医疗、教育、探索考察等诸多领域,所承载的功能需求也更丰富。而步入2025年,智能驾驶迈入下半场,智能感知的普及也成为重要课题。


这些都对车载及机器人领域的核心感知元件 —— 激光雷达,提出更高的性能要求。而数字化,便是激光雷达突破性能天花板的关键。


  • 高分辨率,精准感知万象


机器人的应用场景丰富,往往需要频繁应对环境的的突然变化,比如室内室外穿梭的光照变化,小动物或临时堆放的障碍物在路线上突然出现。作为通用感知部件,激光雷达需要具备足够高的分辨率,才能在最大程度上降低识别对象遗漏风险,为实际应用保驾护航。


在数字化激光雷达中,一个SPAD单元对应一个光点,当数个SPAD单元整齐排列时,生成的点云图将像计算机图片一样,由紧密、有序排列的像素点组成。SPAD单元的排列密度与数量越大,单位时间内的采样点数量便越多,进而提升点云图的分辨率。此外,相比小面阵,大面阵SPAD芯片在分辨率、探测距离上优势更显著,但也会面临数据量庞大、通路复杂、发热管控难度高等诸多挑战。


RoboSense速腾聚创突破大面阵技术难关,成功自研出全球首款激光雷达专用数字化SPAD-SoC芯片,并率先在行业内实现搭载该款芯片的数字化激光雷达E平台产品的规模化量产。这款芯片像元超过25万,确保RoboSense数字化产品的卓越点云质量,其出点数高,点云排列规整,能精准捕捉各种光线条件下的动静态大小障碍物。

  • 高精度,信息精准无误


精准感知是实现智能机器人时代更复杂规划及操作的基础,在智能化进程不断深化的今天,这将确保机器人在各类场景中顺利执行任务。



SPAD芯片能够精确记录光子到达的时间,采样时间分辨率可达到皮秒级,这对以检测飞行时间差为基本工作原理的激光雷达而言至关重要。同时,数字信号不需要经过模数转换,避免了转换过程中可能引入的噪声、失真和量化误差等问题,可有效保障信号传输的完整性和处理的准确性。


  • 通用灵活,规格严格


机器人形态尺寸各异,尤其在家庭服务场景中的机器人,正朝着轻量化、小体积的方向发展,因此它对感知器件小型化的需求也非常强烈。除此之外,机器人需要在高温、冷冻、雨水、浓雾等极端工况下执行任务,比如户外巡检机器人,不仅工作环境复杂,还需要长时间独自作业,对感知器件的可靠性和低功耗需求强烈。


RoboSense速腾聚创数字化激光雷达取消复杂的收发器件,只用VCSEL和SPAD芯片作为核心收发器件,内部结构极致压缩。在这个基础上,RoboSense进一步采用3D堆叠技术连接SPAD与SoC,使得数字信号的接收和处理能够在同一架构体系内完成,进一步集成内部架构的同时降低功耗,确保信息完整不丢失。极简的架构,也保障了激光雷达的使用寿命和稳定性。


作为全球最早实现车规级固态激光雷达量产的企业,RoboSense速腾聚创将车规级量产的严苛要求沿用到数字化新品的开发中。比如E平台数字化激光雷达产品,严格符合车规级可靠性,既适合作为汽车的补盲激光雷达,也可作为低速产品——如机器人与无人机的主雷达,从容应对剧烈振动、高低温差等工作条件。


  • 为融合而生


具身智能时代,跨领域融合成为技术发展的突破口,不仅机器人需要通过感知融合完成更多复杂需求,AI也对多元融合敞开怀抱。作为另一种底层技术,未来各项技术的发展大概率都将与AI携手,创造出更智能,更通用的形态。而数字化激光雷达,正是为技术融合而生。


经由SPAD输出的规整点云数据,天然具备和数字图片的像素数据融合的优势,直接输出的高质量数字信号,也更容易和IMU等其他传感器数据融合。此外,和已经发展高度成熟的图像和视频数据一样,数字化激光雷达产出的原始点云数据也可以直接输入神经网络参与AI算法,甚至和时空维度上精准对齐的视频数据在神经网络中进行融合,开启“3D主动视觉+AI”的无限想象空间。

此外,在正积极探索不同技术路线的人形机器人领域,数字化激光雷达也能凭借其高集成度、感知软硬件融合便利及深度学习友好适配等优势,为机器人感知领域的创新发展提供有力支持。


如果说,之前需要模数转换的激光雷达,是打着手语和其他部件及技术交流,现在的数字化激光雷达,终于可以直接“说话”,与各部件间,其他传感器之间,乃至与其他技术之间进行同频沟通,一同高效协同运作。

引领行业全面迈入数字化时代


RoboSense速腾聚创引领激光雷达全面进入数字化时代,在E平台的研发过程中成功自研全球首个SPAD-SOC芯片,掌握数字化芯片的核心技术;在产品上引领行业率先实现数字化激光雷达产品量产。此次CES期间RoboSense速腾聚创发布的新品从短距到超长距已经全系数字化,未来还将推出多款数字化新品,提供满足各类高低速智能机器人需求的终极感知方案。


当激光雷达技术路线随着数字化时代的到来走向收敛,RoboSense速腾聚创也驶向更宽广的星辰大海:以AI驱动,为智能机器人提供增量零部件及解决方案,赋能智能机器人行业一同向具身智能的未来加速演进。


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评论
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