这是“汽车人参考”第344篇原创内容
“推动智能电动汽车向前进”
激光雷达扫描方式的技术路线很多，当前以机械式和MEMS半固态为主，而在纯固态的技术路线，Flash一直都比较神秘。一方面技术壁垒比较高，另一方面做的人家也比较少，这里汽车人参考分享其中一家代表公司Ouster的相关信息。
机械还是固态？
机械旋转式激光雷达最明显的优势是视场，安装在汽车顶部便可以获得360度的感知；而固态激光雷达（MEMS/OPA/Flash），视场角一般在120度以内，因此一般需要4个雷达才能达到相同的覆盖范围。
固态激光雷达都面临着远距离探测的挑战，MEMS的微型扫描镜能透射的激光数量有限，远处物体反射的激光被探测到的难度很大；光学相控阵OPA产生的光束发散性更大，很难兼顾长距离、高分辨率和宽视角的要求；而Flash泛光成像的激光雷达，每次发射的光线会散布在整个视场内，意味着只有一小部分激光会投射到某些特定点。
也就是无论哪种技术路线的激光雷达，都需要关注以下同样的性能指标，谁能实现平衡，谁就能胜出，也不在乎是哪种技术路线。
Ouster本质是一家芯片公司
Ouster成立于2015年，今年3月份通过SPAC在北美上市，员工200人左右，目前已经到第二代128线产品，重量400克。
主流激光雷达厂家推出的产品一般是尺寸是越做越小，而Ouster开辟了新思路，其外形和重量完全一样，依赖内部芯片的升级，使得激光雷达的性能提高。
其技术核心是两块芯片加光学结构，在发射端采用的垂直腔面发射激光器VCSEL芯片，在接收端采用的单光子雪崩二极板SPAD芯片。
一般Flash技术，如同照相机闪光灯一样，会向整个环境发射一面“光墙”来照射整个场景，但采用泛光会照明到很多不必要的区域，会造成激光功率很大的浪费。
Ouster采用的是Multi-beam Flash（多光束闪光），通过将多个VCSEL激光器集成在一颗半导体芯片上，采用更精确的多光束而不是泛光来探测物体，使发射端的效率有了提升。
不同于传统采用905纳米、940纳米、1550纳米的激光波长（根据太阳光谱，在这三段波长下，太阳光通量比较低，激光更能克服环境光的影响），但Ouster采用的是850纳米的波长。
850纳米波长具有更低的水汽吸收性，使得在潮湿环境下激光能量能被较少吸收；更重要的是，硅基的探测器在850纳米处灵敏度更高，使得其能检测到更多的反射回光。即使考虑到太阳光谱影响，但Ouster的“有效光通量”还是远低于传统激光雷达发射器。
而在接收端，基于定制化的CMOS探测器，采用SPAD阵列，SPAD具有单光子灵敏度、低噪声、优异的时间分辨率等优点。
相比于模拟激光雷达只能测量整体信号强度和输出非结构化的数据，SPAD可以测量单个光子的信号强度，直接输出原始的、更精确的3D数字信号，省去了数模转换，而与摄像头的2D数据对应，能节省数据标注的时间，提高机器学习的效率。
激光雷达性能不断提升，背后核心其实VCSEL和SPAD两块芯片的快速发展，这两块芯片配合着不同的光驱镜头，一方面使得激光雷达有了类似于相机的功能，即Flash路线，另外一方面可以实现不同距离的探测。
与苹果手机的产业链一样
Ouster最大的背书其实来自于苹果，苹果在iPhone12和Pad Pro已经引入了激光雷达，其采用的技术路线与Ouster如出一辙。
Ouster两块芯片的产业链与苹果手机激光雷达基本相同，而两块芯片在苹果手机上的应用，能够加速VCSEL和SPAD芯片产业化和技术的进步。
但苹果手机激光雷达的探测距离大概是5米左右，因此为了扩大探测距离，Ouster还有设计了光学部件，可以将探测距离提高到240米。
此外，Ouster还需要解决发射端VCSEL容易受到功率限制而无法用于远距离探测，而接收端SPAD阵列化难度非常高这两大难题。
由于Flash激光雷达的核心聚焦成为了芯片，因此，芯片的发展决定了雷达的发展，特别是SPAD芯片，随着技术不断成熟，依然还有很大的提升空间，这就给Ouster留下了无限的想象力。
汽车人参考小结
激光雷达的核心究竟是什么？从Flash路线发展来看，似乎芯片才是其核心。机械旋转式激光雷达拥有独特的优势，在接下来十年将继续保持一定的市场地位，而绝大部分的激光雷达系统将逐步转为固态方案。
在固态路线上，因为苹果公司的加入（考虑到苹果同时也在造车），有望加速Flash技术路线的产业化进展。当然Ouster量产时间也要到2024年，从消费到车规，到装车量产有很长路要走。
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