固态化热潮下 一款“经济型”128线激光雷达横空出世

和64线产品一样的质量和尺寸，实现了两倍的分辨率和点云密度

据麦姆斯咨询报道，高分辨率激光雷达传感器领先制造商Ouster，近日宣布推出最新款128线“多光束闪光（Multi-beam flash）”激光雷达（LiDAR）传感器OS-1-128，售价仅为市场同类竞争产品的六分之一。OS-1-128是目前市场上分辨率最高的激光雷达，与Ouster在2017年12月发布的64线激光雷达OS-1-64（售价12000美元）相比，在产品尺寸、质量、功耗或坚固性等方面没有任何妥协，并在其多光束闪光激光雷达架构下延续了摩尔定律的性能提升。

OS-1-128售价18000美元，Ouster预计将于2019年夏季开始批量供应。

OS-1 64激光雷达传感器的即时定位与地图构建（SLAM）

OS-1-128和Ouster其它产品一样采用了Ouster核心的多光束闪光激光雷达技术，但具有更密集的点云和其他性能改进：

更大的垂直视场，OS-1-128具有市售高性能激光雷达最大的45°垂直视场。非常适用于自动驾驶汽车等安全性很重要的机器人应用。目前在这些应用领域，最大限度地减少激光雷达盲点已经成为急需解决的挑战。凭借OS-1-128，激光雷达传感器首次实现远距离探测的同时，能够“看到”汽车轮胎等黑色或低反射物体。

更高的角分辨率，凭借整个视场0.35°的垂直角分辨率和均匀的间距，OS-1-128能够生成一致且密集的点云。同样，这一性能非常适于那些需要目标分类的安全关键应用，并且，对于需要更精细细节的测绘应用来说也是巨大的优势。

最高质量的深度、强度和环境成像，凭借水平方向每0.18°发射的128个信道堆叠，OS-1-128每秒能够捕捉2621440个点。利用64线OS-1-64，Ouster已经能够实现独有的完美关联的3D和2D深度图像、强度图像和相机般的环境成像。最新款的OS-1-128更是将垂直分辨率提高了一倍，从而使成像提升到了一个新的高度，进一步革新了在3D点云数据上应用2D深度学习算法的速度。

从上至下分别为环境成像、强度图像、深度图像和点云图，所有图像都由OS-1-64激光雷达同时实时输出

全面兼顾的性能改善，Ouster认为激光雷达的真正创新和性能提升，并不意味着尺寸、质量、功率、可制造性和可靠性的妥协，并通过OS-1-128实现了这一目标。即使激光束增加一倍，新款128信道激光雷达仍保持和其它产品完全相同的尺寸、质量以及相同的14~20W功耗，是对其他OS-1产品的即插即用型升级。

不走寻常路的工作波长

虽然Ouster的技术适用于各种波长，但其激光雷达传感器的一个独特特点是采用了850 nm工作波长。激光雷达传感器中的激光器必须克服周围的环境光才能“看”到障碍物。因此，激光雷达工程师通常会选择低太阳光通量区域的工作波长，以简化系统设计。而Ouster与这一趋势背道而驰，选择了在850 nm波长下工作。

上图为地面太阳光子通量与波长的关系曲线，在850 nm波长处的太阳光比传统激光雷达系统的工作波长905 nm、940nm、1550 nm分别高约2倍、10倍和3倍

由于Ouster的波长选择与产业其它厂商背道而驰，因而其产品呈现了许多特色的外观。但是，Ouster突破性的专利技术之一便是出色的环境光抑制性能，即使考虑太阳光谱的差异，也使Ouster传感器探测到的有效环境光通量远低于其他厂商其他波长的激光雷达传感器。Ouster的专利技术把通常不利的因素转变成了许多关键优势：

1、湿度环境下更好的性能表现；

2、改善CMOS灵敏度；

3、高品质的环境成像；

4、得以采用更低功耗、更高效率的技术方案。

Ouster的技术专注于化繁为简，以更低的成本、更低的功耗、更小的尺寸和更少的组件来实现更好的性能。

“多光束闪光”核心技术

在过去的三年中，Ouster开发了许多核心专利技术来解决过去使单芯片技术被排除在激光雷达之外的挑战，最终通过“多光束闪光”激光雷达架构，充分发挥了垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser， VCSEL）和单光子雪崩二极管（Single Photon Avalanche Diode， SPAD）的优势。在其核心技术中，“闪光”指的是传感器中的每个像素都被激光照射，并同时像带闪光灯的相机一样有效收集光线，“多光束”指的是用精确的光束而非大量的泛光来照明整个场景。

第二点可以追溯到Ouster对效率的专注研究：传统闪光激光雷达中的泛光照明，虽然更容易开发，但却会在探测器“看不到”的区域浪费激光功率。通过仅向探测器能“看到”的区域发射精确光束，Ouster实现了比传统激光雷达更大的效率提升。

此外，目前的VCSEL和SPAD并没有现在已在使用的高成本传统技术那样高效，但是它们在原始性能方面的几乎所有其他指标都具有完胜优势，例如：可靠性、耐用性、低噪音、高温运行、电气效率、紧凑性、成本、与外围组件的直接集成、由消费电子产业推动的大规模外围研发，以及基本性能方面的巨大改进空间。

最后一点非常重要，与其他技术不同，VCSEL和SPAD可以将基本性能提高10倍，Ouster正与合作伙伴一起投资研发，不断改善这些器件的核心特性。Ouster无疑已处于这一方向的最前沿，能够提供具有高清分辨率的紧凑型激光雷达传感器。

单颗OS-1 64激光雷达传感器的点云输出

Ouster采用VCSEL，因为它们比其他激光器技术更小、更轻、更耐用、更快、更易于制造，并且功率效率更高。目前激光雷达系统中使用的某些类型的脉冲激光器（例如，1550 nm光纤激光器），可能需要花费数千美元并且功耗达到数十或数百瓦，而Ouster的VCSEL成本要低几个数量级，功耗仅为数瓦，且尺寸更小巧。此外，随着全球上千亿颗VCSEL出货，Ouster还在性能、批量和成本方面遵循摩尔定律改进曲线。

同时，Ouster的VCSEL与光学鼠标或智能手机中使用的器件不同。Ouster开发了定制化的VCSEL模块，将所有激光器整合在一颗半导体芯片上。此外，Ouster在VCSEL设计的每个层面都取得了突破，将VCSEL有效亮度提高了几个数量级，同时还将光脉冲缩短至几个纳秒。

Ouster的单芯片VCSEL具有大幅降低系统复杂性和成本的附加优势。其他激光雷达传感器需要在电路板上精密排布数十甚至数百个昂贵的激光器芯片和激光驱动电路，Ouster的传感器仅需要使用单颗激光驱动器和激光器芯片。因此，OS-1-64在每个方向上实现140米的探测距离，仅需要一块不超过一粒米大小的玻璃片。

“Ouster不断推动激光雷达的性能极限。我们的多光束闪光激光雷达架构使我们能够持续提高产品性能，同时保持低成本、高可靠性、最小化的尺寸、重量和功耗，以及批量生产能力，” Ouster首席执行官Angus Pacala表示，“对于高要求的激光雷达市场，所有这些指标都很重要，任何一个指标都可能影响产品交付。在这方面，Ouster一直提供毫不妥协的性能表现。”Pacala之前曾是激光雷达著名创业公司Quanergy的联合创始人。