2022年開年,1月3日,美股激光雷達概念股維視圖像(MVIS.US)漲8.38%,Luminar(LAZR.US)漲超5%,Velodyne(VLDR.US)漲4.95%。
國金證券在《放量在即,激光雷達開啟前裝元年》報告中預(yù)測,激光雷達有望通過規(guī)模量產(chǎn)+技術(shù)進步快速降價,2030年超230億美元,2021-2030 年復(fù)合增速近90%,總體前裝滲透率達45%。
2020年開啟激光雷達上市潮,產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)Velodyne、Luminar等相繼上市,已宣布的2022年計劃量產(chǎn)激光雷達車型達15款,小鵬、蔚來、上汽、奔馳等車企都相繼對激光雷達新品車型作了預(yù)告。
整車廠已宣布搭載激光雷達量產(chǎn)車型價格區(qū)間、產(chǎn)量預(yù)測(臺)來源:國金證券研究所全球市場研究與戰(zhàn)略咨詢公司Yole Development也在《2021年汽車與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達應(yīng)用報告》預(yù)測,ADAS(Advanced Driver Assistance Systems,高級駕駛輔助系統(tǒng))和機器人車輛將推動雷達市場從2020年的18億美元增長到2026年的57億美元?!胺叛廴?,所有激光雷達廠商都還處于攀升階段。預(yù)計大概2035年左右,整車的激光雷達市場將會達到130億到135億美元的區(qū)間,”近日,Velodyne首席商務(wù)官Sinclair Vass接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)采訪時表示。
當(dāng)下,激光雷達還沒有到大規(guī)模量產(chǎn)階段,眾多技術(shù)路線仍在探索中,處于百花齊放的狀態(tài)。目前激光雷達的技術(shù)發(fā)展有哪些趨勢?在自動駕駛感知層面上分野的“視覺派”與“激光雷達派”未來會如發(fā)展?
激光雷達的不同技術(shù)路線:機械式與固態(tài)化
激光雷達最早發(fā)明于1960年代,早期主要用于太空探測、地形勘測、武器制導(dǎo)等,在1971年激光雷達曾跟隨阿波羅15號完成了月面測繪。此后的2005年,Velodyne在美國 DARPA挑戰(zhàn)賽上首次給自動駕駛車輛搭載激光雷達,2007年Velodyne生產(chǎn)出首臺商用3D動態(tài)掃描激光雷達,由此激光雷達的商業(yè)化落地進程開始了。目前,激光雷達廣泛應(yīng)用于自動駕駛、物流運輸、高精地圖、智慧交通、機器人、工業(yè)自動化、無人機、測繪等領(lǐng)域。
來源:汽車人參考,國金證券研究所激光雷達利用可見光和近紅外光發(fā)射一個信號,經(jīng)目標反射后被接收系統(tǒng)收集,通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。據(jù)國金證券《放量在即,激光雷達開啟前裝元年》報告,較短波長及主動激光技術(shù)賦能激光雷達測量分辨率高、探測距離遠、探測角度大、夜間工作能力強、抗干擾能力強等優(yōu)勢,可直接獲取距離、角度、反射強度、速度等信息。
激光雷達主要顯性參數(shù) 來源:禾賽科技招股書激光雷達常以線數(shù)區(qū)分,線數(shù)指激光發(fā)射的光源數(shù),如128線產(chǎn)品有128個光源。按掃描方式劃分,激光雷達掃描方式有無機械轉(zhuǎn)動部件可以分為機械式、半固態(tài)、固態(tài)。混合固態(tài)分為 MEMS、轉(zhuǎn)鏡,純固態(tài)分為相控陣 OPA、Flash。激光雷達在測距原理、激光發(fā)射、激光接收、光束操縱及信息處理等五個方面均存在不同技術(shù)路線。
來源:國金證券研究所“不同的架構(gòu),如機械、MEMS和固態(tài),對于不同的應(yīng)用有不同的優(yōu)勢和劣勢。然而,實際上極其重要的是所實現(xiàn)的特定光學(xué)設(shè)計性能、生產(chǎn)的質(zhì)量和大規(guī)??尚行砸约皩崿F(xiàn)有吸引力的價格點的能力。此外,將激光雷達硬件與高性能感知軟件(例如Vella平臺)相結(jié)合的能力是一個主要的差異化因素。”Sinclair Vass說道。目前在激光雷達領(lǐng)域已經(jīng)有一個明顯趨勢,技術(shù)成熟、探測性能優(yōu)秀但高成本、低壽命、大體積的機械式激光雷達向固態(tài)激光雷達的方向演進。
據(jù)《2021年汽車與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達應(yīng)用報告》稱,2020年后,機械式(包括旋轉(zhuǎn)式、轉(zhuǎn)鏡式等)激光雷達技術(shù)路線將逐漸式微,由于上游元器件的成熟度和成本優(yōu)勢,MEMS和Flash技術(shù)路線將逐漸趨于主流。
機械式指在垂直方向上排布多束激光器、通過電機帶動光電結(jié)構(gòu)360°旋轉(zhuǎn),從而化點為線形成三維點云方案。其線數(shù)與分辨率成正比,具有高分辨率、高測距的特點,是目前最成熟的方案,產(chǎn)量也最高。但其成本高昂,同時為實現(xiàn)高頻準確轉(zhuǎn)動,其機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,平均失效時間僅1000-3000小時,與車規(guī)要求的最低13000小時差距明顯,難以實現(xiàn)前裝量產(chǎn)。
激光雷達定價 來源:產(chǎn)業(yè)調(diào)研,國金證券研究所固態(tài)指指無任何機械運動部件的激光雷達類型,可細分為 OPA、Flash、電子掃描等形式,目前技術(shù)成熟度較低。以O(shè)PA(光學(xué)相控陣技術(shù))舉例,OPA利用電壓調(diào)節(jié)制造發(fā)射陣列間的相位差實現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn),兼具掃描快、精度高、體積小及強可控、強抗振等優(yōu)勢,技術(shù)突破后成本較低、量產(chǎn)標準化程度高,被部分業(yè)界專家認為是激光雷達最終的主流形態(tài)?!半m然ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))市場需要更長的時間才能實現(xiàn)大規(guī)模部署,我相信固態(tài)激光雷達將用于許多擁有ADAS應(yīng)用的高容量市場?!盫elodyne首席商務(wù)官Sinclair Vass表示。
Velodyne于1983年成立于美國硅谷,最早以音響業(yè)務(wù)起家,隨后業(yè)務(wù)拓展至激光雷達等領(lǐng)域,以高線數(shù)機械式激光雷達聞名。超半數(shù)獲加州DMV自動駕駛路測牌照公司為其客戶。
2007年,Velodyne發(fā)布第一款可商用的激光雷達并在地圖行業(yè)大量商業(yè)應(yīng)用,這也是激光雷達行業(yè)的起點。Velodyne業(yè)務(wù)涉及工業(yè)機器人、智慧城市及ADAS等領(lǐng)域,合作方如百度、阿里巴巴、圖森、小馬智行等。2020 年10月,Velodyne于納斯達克SPAC上市,成為激光雷達第一股。
“我們不想具體評論未來幾年的市場價格趨勢,但在Velodyne,我們認識到這點,一個有吸引力的激光雷達價格將有效促使對其大量應(yīng)用的快速興起。我們的目標是通過具有吸引力的價格路線圖,使許多終端市場都能用到激光雷達,同時我們強調(diào)為客戶提供完整的解決方案,包括感知軟件?!盨inclair Vass說道。
據(jù)國金證券研究所報告,短期內(nèi),激光雷達將往混合固態(tài)發(fā)展;長期來看,F(xiàn)MCW、OPA、Flash均有可能成為主導(dǎo)路線。激光雷達上車存在成本及車規(guī)兩大阻礙,可通過技術(shù)進步、建設(shè)流水線解決。
自動駕駛的感知層:“視覺派”與“激光雷達派”
《2021年汽車與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達應(yīng)用報告》認為,到2026年,汽車與工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的激光雷達市場規(guī)模預(yù)計將達57億美元,在2020年至2026年間的年復(fù)合增長率將達到21%。值得注意的是,ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))領(lǐng)域在2026年的市場占比率預(yù)計將達到41%,成為激光雷達最大的細分市場,而這一數(shù)據(jù)在2020年僅為1.5%。
自動駕駛基本的三要素是感知-決策-控制。對周圍環(huán)境的周密感知是所有決策的基礎(chǔ),也是自動駕駛汽車的安全保障。在了解周圍環(huán)境中物體的位置、速度和方向、路面的性質(zhì)、路緣石的位置、信號(交通、道路標志)等之后,自動駕駛系統(tǒng)則要開始做計劃和控制:首先是其他移動物體在接下來的短時間會做什么,然后是根據(jù)整體計劃(比如規(guī)劃的通向目的地路線)計劃自己要做什么,最后就是告訴汽車要做什么。
目前用于感知的傳感器主要包括:激光雷達、攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達等。毫米波雷達存在無法探測行人、靜止物體等弱點,車載攝像頭則存在過度依賴光線環(huán)境、訓(xùn)練樣本等弱點。在智能駕駛系統(tǒng)的感知層中,激光雷達可增強感知系統(tǒng)的冗余性,補充毫米波雷達、攝像頭缺失的場景,與高精地圖配合發(fā)揮定位作用。
不同傳感器對比 來源:汽車人參考,中汽中心在高階自動駕駛方案中,激光雷達的點位還可通過和高精地圖數(shù)據(jù)匹配來實時定位車輛信息。但是,同時存在成本較高、受惡劣天氣影響較大、工作壽命較短等問題,有望通過技術(shù)進步、規(guī)模量產(chǎn)解決。
隨著自動駕駛級別提高,激光雷達配備數(shù)量需求增加。來源:麥姆斯咨詢,國金證券研究所在自動駕駛感知層有一個明確的分野,“視覺派”與“激光雷達派”。這個分野如此被廣為知曉主要因為特斯拉CEO伊隆·馬斯克(Elon Mask)曾在采訪中多次表達“傻瓜才用激光雷達”,并長期堅持利用人工智能和深度學(xué)習(xí)來構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“純視覺”技術(shù)路線,甚至棄用激光雷達。特斯拉是最先實現(xiàn)自動駕駛車輛量產(chǎn)的公司,在當(dāng)時一輛七萬美元左右的特斯拉幾乎與激光雷達價格差不多。目前特斯拉Model 3的自動駕駛攝像頭成本只需65美元左右。
純視覺派認為單純依靠攝像頭就可以完成自動駕駛所需要的周圍環(huán)境感知,青睞純視覺感知方案的如特斯拉、極氪、百度。激光雷達派則以激光雷達為主導(dǎo),配合毫米波雷達、超聲波傳感器、攝像頭多傳感器融合完成周圍環(huán)境感知,商湯AR小巴、文遠知行等使用激光雷達方案。
“‘視覺’能不能實現(xiàn)自動駕駛,我認為是可以的。但是,需要考慮的是實現(xiàn)了自動駕駛以后,對于乘客和道路行人的安全保護到底能夠達到什么程度?對道路行人的安全性到能提升到什么程度?對于乘客來說,是否可以在車內(nèi)非常舒適地乘坐,且可以同時做其他事情?”Sinclair Vass提出了這樣的思考角度。
Sinclair Vass認為,如果要達到乘客擁有非常好的舒適程度,并且保證道路行人的安全性,那么,車輛能看得更遠、看得更全面,就變成了一個很重要的要求。單純視覺畢竟有局限性,比如說雨雪天氣,光線和不同角度。激光雷達因為其實時性和全方位360度掃描的透視能力,可以讓車看得更遠,看得更全面。
“以視覺為主的自動駕駛技術(shù),無論是硬件還是算法都比較成熟,優(yōu)缺點以及技術(shù)瓶頸都比較了解??偨Y(jié)起來就是技術(shù)門檻比較低,價格便宜,但也面臨比較大的瓶頸,想做高級別L3以上自動駕駛的難度會比較高?!盨inclair Vass總結(jié)道。
對于自動駕駛的純視覺路線和激光雷達路線問題,商湯智能駕駛研發(fā)總監(jiān)李怡康曾對澎湃新聞(www.thepaper.cn)表示,“無論是純視覺方案還是多傳感器融合的方案最終都是有可能實現(xiàn)L4或L5級別的自動駕駛的,區(qū)別在于,引入激光雷達實際上是把問題變簡單了,因為我們引入了很多額外的信息,而且這些信息跟視覺很互補,有些信息,比如深度,它可以估算得很準確。假如最后兩條路徑都能實現(xiàn)L5級自動駕駛,那我相信多傳感器融合這條路線可能會更快一些。當(dāng)然,感知只是決定自動駕駛是否實現(xiàn)的因素之一?!?/p>
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