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苹果为什么选择在iPad Pro上使用数字激光雷达

2020-04-03 10:10
智车科技IV
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近期苹果发布了一款最新的iPad Pro,首次将激光雷达组件应用于VR/AR体验。至今,激光雷达已经在自动驾驶、重工业自动化、机器人、无人机、安防等领域有了广泛的应用,苹果使用激光雷达对市场来说是一个明确的信号——激光雷达正在从工业自动化的应用中逐渐进入主流消费级应用。

值得注意的是,苹果选择了激光雷达而非摄像头解决方案。激光雷达能够为AR体验提供关键性能,而这些性能是摄像头所无法提供的。相比摄像头,激光雷达获取的是3D信息,更可靠,且能够在黑夜中正常工作。 苹果对数字激光雷达的选择iPad Pro搭载的是一款闪光激光雷达(Flash Lidar,固态激光雷达的一种)。顾名思义,就如照相机的闪光灯一样,闪光激光雷达是通过发射一面光墙来实现对物体的探测, 而不是传统机械旋转式激光雷达的激光束逐点扫描。

与Ouster的激光雷达一样,苹果的激光雷达采用了垂直腔面发射激光器(VCSEL, vertical cavity surface emitting laser)来发射激光,激光在遇到物体之后返回的光则采用单光子雪崩二极管(SPAD, single photon avalanche diodes)进行接收,同样的技术也应用在了苹果的Face ID上。

VCSELs和SPADs是数字激光雷达的两大技术基础,也是实现商业化的理想选择,因为:

1. VCSELs和SPADs能够提供更优的性能、结构和成本效益。与其他发射激光器相比,VCSELs更小、更轻、更耐用、更易于制造;不同于传统模拟激光器,例如APDs或SiPMs(难以搭载到消费级产品中), SPADs通过计算单独的光子,能够获得更简单、更小、更可靠的数字化结构,SPADs本身还具有单光子灵敏度、低噪声和极佳的时间分辨率等特点;

2.   VCSELs和SPADs都能够集成到芯片上,大幅减少了内部零件,由此形成的激光雷达系统更加可靠稳定;

3. VCSELs和SPADs更容易实现量产,成本也会随之不断降低;其性能会随着摩尔定律不断提升,而生产更便宜;传统模拟技术APDs或SiPMs虽然比较成熟但发展的空间十分有限。

Ouster早在三年前便实现了VCSEL+SPAD方案的商业化

苹果对数字激光雷达的选择,与Ouster在成立之初设计高性能数字激光雷达时的选择一致。2015年,Ouster成为了第一家使用这一技术方案的激光雷达公司,也拥有了这一领域的基础专利技术,并成功在2017年发布了第一款芯片化的激光雷达。Ouster见证了这一方案的成本、可靠性和性能逐年不断提升。而此次苹果引入数字激光雷达,促使了这项技术更广泛的应用。

商用激光雷达和消费级激光雷达分辨率对比,由红外相机拍摄

以APDs或SiPMs为基础的激光雷达长久以来多被用于研发,而难以突破实现商业化。这些过时的系统由上百个发射激光器、接收激光器以及其他器件组成,并且都需要手工装配和标定,成本高达25万元,无法满足商业化的成本和可靠性要求。 而Ouster和苹果使用的数字激光雷达系统只需要两块芯片,更简单可靠、成本更低。Ouster的所有产品都通过了车规级别的冲击和振动测试,其防水等级为IP68和IP69K,这是市场中现有激光雷达中等级最高的。

Ouster的激光雷达正在进行振动测试 

苹果构建了一个能够实现数米探测距离的数字激光雷达,但对于商业应用来说,如自动驾驶、工业、3D地图等,激光雷达必须拥有更高的性能,例如探测距离需要达到几百米。为了获得200米以上的探测能力,Ouster在相同的底层数字激光雷达技术上,研发了一个更加先进的、自有专利的光学系统。

左:室内地图,右:高分辨率SLAM,OS1-128实测点云

产品性能将随着芯片升级不断提升 苹果将VCSELs和SPADs应用于iPad Pro的决定,将会吸引更多来自供应链的投资,从而获得快速的技术提升。随着VCSELs和SPADs性能的不断提升,Ouster的数字激光雷达将获得更高的分辨率、更远的探测距离以及更高的精度,而其系统结构不会发生任何改变。

OS0-128,由红外相机拍摄

实际上,自从2015年Ouster首次设计了数字激光雷达之后,其中VCSELs 和SPADs 的性能就已经提升了~1000%。 2020年初,Ouster推出了第二代数字激光雷达,实现了128线的垂直分辨率,其精度也得到了成倍的提升,同时最远探测距离提升至了240 m,但却仍然保持了市场最低价。这样的性能提升会在未来继续发生,且成本会越来越低。Ouster正在持续为客户提供更高性能、更高可靠性、更具竞争力价格的激光雷达产品。苹果对数字激光雷达的应用,是对Ouster技术的有力背书。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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