对于自动驾驶汽车来说,激光雷达的优点和缺点都非常明显。在车顶上安装一个镭射器,汽车每秒都可以捕获到上百万信息点,迅速形成对周围环境的3D影像。但一个重大的问题是,激光雷达组件的价格比汽车还要贵。谷歌早期汽车上搭载的高性能激光雷达价格为70000美元;激光雷达先驱Velodyne制造的光谱较短、视角较窄的设备仍需要上千美金。

实践中总有一些其他方法可以替代激光雷达。比如特斯拉的汽车就使用较为便宜的雷达、摄像机和超声波传感器。但是今年夏天Model S的那场致命事故也说明,这种替代方式跟理想的状态依然相差甚远。

自动驾驶汽车制造商们真正需要的是一种便宜而可靠性强的传感器来替代雷达和摄像机。如今,以色列初创公司Oryx Vision也许能提供一种合适的方法。

Oryx的技术——相干光雷达,抹去了雷达和激光雷达之间的差别。这种雷达既像激光雷达,使用激光来探测前方道路;但它又兼具雷达的特性,将反射回来的信号当做波而非粒子来进行处理。

这种激光器属于长波红外激光器,因为其操作时的频率特点,也被叫做太赫兹(THz)激光器。因为人眼无法识别出这种频率的光线,Oryx可以采用比激光雷达更高的功率水平。同时,长波红外光被水吸收的比率很低,也很少受到太阳辐射的影响,所以这个系统跟激光雷达系统和摄像机一样,不会因为大雾或强光直射环境下失效。

Oryx的技术相对而言可能会减少成本,因为系统使用的激光不需要机械镜面或一系列通道来引导激光、捕捉环境。只需要发出激光束来照亮汽车前方道路即可(Oryx 没有说明系统的视野范围,但是如果它不像车顶的激光雷达一样具有360度视野的话,那Oryx还需要提供其他组件来观察不同方位的情况)。

其实最关键的一点在于光束反射回到传感器的过程,这也是目前为止没有人掌握该技术的原因。在这个过程中,第二套光学仪器能将入射光导引到大量的微型整流纳米天线中。这项技术就是Oryx合伙人David Ben-Basat花费6年时间研究发明的。

入射光在整流的天线中会产生一个交流响应(AC response),也就是说,入射光被转化成一个直流信号(DC signal)。Oryx另一个合伙人Rani Wellingstein说,“这个系统比传统的激光雷达系统灵敏度高出百万倍。因为天线将入射光作为波来处理,它们可以探查到多普勒频移(Doppler shift,物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生的变化),因此可以检测到道路周围高速移动的物体。”

系统中每个纳米天线约为5平方微米大小;它们最终会通过薄膜芯片制造工艺装配进一个集成电路中。这样,它就可以使信号传输进机器学习系统中,识别场景中的物体。

Oryx目前制造了上百万实验性的纳米天线,但要制造出最终能输出单像素信息的传感器,并加以验证其的话,这点产品还远远不够。在未来的一到两年中,Oryx打算先制造出300像素级别的样机,再发展出几十万纳米天线组成的上万像素的系统,最终目标是制造出百万级纳米天线的十万像素级别设备,供汽车使用。

Wellingstein说道:“目前,雷达可以探测150-200米的距离,但是它的像素不够高。激光雷达有着较高的像素水平,但是视野范围只有大约60米,在强光下只有30米。”他希望Oryx的相干光雷达技术可以观测到道路上60米内的碎片、100米内的行人和150米内的摩托车。这样的技术是对现今传感器系统性能的一次巨大提升。

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Oryx如果能打破性能提升障碍,实现量产,它将会是在范围和像素两方面成为最好的。图片来源:Oryx

同时,Oryx系统成本也会随之降低。如果该公司可以实现其制造工艺的规模化生产(当然目前还无法实现),也许制造一个百万级别的纳米天线只会比制造半导体芯片的工艺复杂一点点。目前,Oryx公司宣布他们已经获得了A轮融资的170万美元,并已经与包括Nutonomy(该公司在新加坡发布了首个无人驾驶出租车)在内的很多无人驾驶汽车公司进行谈判。

一位曾在多家汽车创业公司进行自动驾驶研究的工程师Joe Funke说道:“这个想法看起来很可行。更便宜、视野范围更广的传感器永远有着广泛应用的前景,因为它可以提高汽车运行速度。但是在他们做出样机之前,我仍然保持怀疑态度。”

但是不要太早对激光雷达失去希望。在收到福特和百度1.5亿美元的投资后,Velodyne汽车专用激光雷达或许可以使该系统的应用呈指数型增长。同时,技术的成本也在下降,Velodyne计划将最新的小型激光雷达降低到500美元。

另外,固体激光雷达也在考虑范围内,包括Quanergy、Innoluce和另一家以色列创业公司Innoviz在内的许多固体激光雷达制造商们正在研发低于100美元的设备。制造商Osram近期宣布,最早在2018年,他们可以向市场上投放出50美元以下的固体激光雷达,并且这个信用卡大小的激光雷达可以识别出70米范围内的行人。

这些系统也许没有Oryx设想的那么好,但是除了高速路上超快速的驾驶外,已经可以满足日常驾驶需要了。而如果这一点真能实现,激光雷达完全控制自动驾驶汽车的时代,也许很快将要终结了。