全固态激光雷达新配方,欧瑞达推国产单光子阵列技术方案。

近日,深圳奥瑞达科技有限公司(以下简称?奥里达?)正式发布单光子面阵固态激光雷达技术方案(以下简称?方案?)。该方案创新性地集成了VCSEL和SPAD技术架构,在分辨率和探测距离上实现了重大突破,在功耗、体积等工程特性上有着突出表现。

值得关注的是,ORDARY原型ORDARY的实测演示视频也首次在官网亮相。视频展示了Ordarray实时重建百米内实时路况云图的过程。

图注:欧瑞达全固态激光雷达Ordarray样本

V CSEL+SPAD技术实现长距离单光子探测

在全固态激光雷达领域,目前主流的技术路线有OPA光学相控阵技术和Flash闪光技术。其中OPA光学相控阵技术技术难度高,成本高;而闪光灯闪光技术由于其发射面阵光源的物理特性,在能量上是分散的,所以探测距离有限。

Aurida的激光雷达采用创新的VCSEL+SPAD技术方案。其中,多段VCSEL(可寻址VCSEL通过可控多光束扫描技术发射VCSEL激光器的点阵多光束光源;同时,探测器可以打开发射对应的区域,接收目标的反射光;最后通过电子扫描,完成全视场的激光雷达点云采集。

图注:VCSEL+SPAD可控多光束扫描技术图解。

这种可控的多光束扫描光源称为可寻址VCSEL。与闪光方案相比,可寻址VCSEL激光器的峰值功率密度和信噪比都有显著提高。这也意味着在相同功率下,Aurida的激光雷达方案可以实现更远的探测距离。此外,这种扫描方式有助于芯片化和小型化,最大限度地降低外围电路的复杂度,实现全固态扫描。

在接收端,Aurida的方案采用了SPAD(单光子雪崩二极管)阵列传感器,使得激光雷达具备了单光子探测的能力,大大提高了探测灵敏度。

在实际探测过程中,Aurida的激光雷达探测系统可以使用可寻址VCSEL光源,在亚毫秒/毫秒时间段内射出数百个光脉冲。目标反射的激光脉冲信号被相应区域的SPAD像素接收,触发像素发生一定概率的雪崩事件,完成光子计数。最后,系统通过整理和累加,形成能够完成接收脉冲信号波形重构的直方图,从而实现对目标的距离测量。

图注:智能汽车传感器示意图

TCSPC动态调整并合理分配系统容量。

从技术角度来说,脉冲光信号发射和接收的次数越多,波形重构越精确,系统的测距能力越强。但是积累次数太多也会导致系统帧率下降。

因此,Aurida的激光雷达方案可以通过调整TCSPC(时间相关单光子计数)频率动态来设置不同探测区域的测距性能。

在实际驾驶过程中,智能汽车在不同视角、不同环境下的测距要求是不同的。在需要更多深度信息的区域,Ordarray可以打印更多的脉冲光信号;在边缘区域,Ordarray可以合理降低信号发送和接收的频率,从而通过动态调整合理分配系统容量。

目前Aurida已经完成了全套技术环节的验证。Aurida的单光子面阵激光雷达技术基于业界先进的标准CMOS半导体工艺制造的量产VCSEL激光器、SPAD阵列传感器和芯片,在体积小、功耗小的条件下,以高帧率攻克了激光发射、接收和信号处理的各种技术难关。

图注:Ordarray在静态和行驶状态下生成的点云图像。

值得一提的是,基于单光子面阵雷达的特殊成像模式,Ordarray可以与激光雷达、高清相机等其他高精度传感器协同工作,大大降低了旋转和混合固态激光雷达与其他异构传感器之间的数据校准和融合难度,使智能汽车处理中心能够完成各种传感器的数据预融合。在多传感器的帮助下,Ordarray可以全面提升智能汽车对行人、障碍物和小物体的检测能力,从而提高自动驾驶的安全性、冗余性和容错率。

全固体模块化设计,更小,更灵活,更容易装载。

目前Aurida已经成功实现了大型固态阵列激光雷达的一体化设计。Ordarray采用全固态结构设计,机身内部没有机械旋转运动部件。这直接降低了车载激光雷达产品的体积和故障率,全面提高了产品的可靠性。

Ordarray还采用模块化创新设计,对发射模块、接收模块、信息处理模块等内部空间进行了重构,以满足不同型号对激光雷达的探测需求。Aurida设计了多种收发镜头,接口完全兼容。根据不同的性能要求,只需更换光学镜头,就能准确获得不同视场和探测范围的点云数据,大大降低了厂商的改装成本。

图注:奥瑞达Ordarray的摄像头可以拆卸更换,满足不同需求。

为了解决固态激光雷达的量产问题,Aurida在多年3D视觉产品量产经验的基础上,自主研发了机器视觉的自动装配调整方案,减少了繁琐的人工校准程序,轻松实现了激光雷达的装配调整,大大提高了激光雷达的量产性。

对于固态激光雷达,Aurida今年将在技术和产品上进行两轮迭代;在推进产品研发的同时,奥瑞达的汽车级工厂和生产线也提上日程。预计到2022年,符合IATF 16949标准的轿车级生产线将逐步投产。

图注:奥瑞达通过自动装配和调整方案提高产品的量产性。

深圳市奥瑞达科技有限公司是欧比中广科技集团有限公司的控股子公司,作为国内领先的车载3D视觉传感器解决方案提供商,奥瑞达自2019年4月成立以来,一直致力于激光雷达和车载3D相机创新底部核心部件和新型架构的设计。该公司的产品包括用于移动机器人行业和汽车行业的激光雷达和车载3D TOF相机。@2019