16、自动驾驶领域的ToF LiDAR全球玩家剖析

自动驾驶领域的ToF LiDAR全球玩家剖析

1. 全球LiDAR行业概况

在过去十年里，LiDAR成为了一个新兴的工业领域，吸引了众多参与者，包括专注于LiDAR的初创公司、传感器制造商、一级供应商，甚至像华为这样的电信公司和大疆（Livox）这样的无人机制造商。LiDAR行业的蓬勃发展与自动驾驶的发展相伴而行，大多数LiDAR玩家都瞄准了自动驾驶车辆这一巨大市场。

不同地区的LiDAR公司具有各自的特点：
- 美国 ：受硅谷氛围的影响，大多数美国LiDAR玩家是在过去10年成立的初创公司，对新技术较为敏感。
- 欧洲 ：主要是传统的传感器制造商和一级汽车供应商。它们具备大规模生产能力、成熟的营销和销售团队，并且与汽车制造商关系密切，因此较容易找到客户，但美国初创公司可能面临巨大挑战。

以下是全球LiDAR玩家的分布情况：
|地区|特点|代表公司|
| ---- | ---- | ---- |
|美国|初创公司多，对新技术敏感|Velodyne、Ouster、Quanergy等|
|欧洲|传统制造商和一级供应商为主|SICK、Valeo、Bosch等|
|加拿大|提供传感器融合和感知平台解决方案|LeddarTech|

2. 美国LiDAR公司

• Velodyne ：
  • 发展历程 ：1983年由David Hall创立，最初是一家专注于低音炮技术的音频公司。2005年受DARPA Grand Challenge启发，开始涉足LiDAR业务。2007年为DARPA Urban Challenge开发了带有64个激光旋转扫描环境的新型LiDAR，帮助五支团队完成比赛。2010年，谷歌开始在旧金山湾区街道上测试自动驾驶车辆时使用其LiDAR。2016年，其LiDAR部门从Velodyne Acoustics分拆出来，成立Velodyne LiDAR，并获得福特和百度1.5亿美元投资。2019年削减在中国的业务，2022年11月与Ouster合并。
  • 主要产品 ：
    • HDL - 64E ：是最著名的产品，开创了一个行业。采用典型的机械旋转机制，水平视场角360°，垂直视场角26.8°，帧率5 - 20 Hz（取决于不同版本），使用64个固定安装的激光器实现64线垂直分辨率，每秒数据超过130万个点，测量距离可达120米，精度<2厘米，激光发射器为905 nm的典型脉冲半导体激光二极管。2019年宣布退役。
    • HDL - 32E和Puck系列 ：体积更小、分辨率更低，提供了更具成本效益的选择。
    • Velarray ：最新的LiDAR系列，为固态LiDAR，采用Velodyne的微激光雷达阵列（MLA）架构，体积非常小。

graph LR
    A[Velodyne] --> B[HDL - 64E]
    A --> C[HDL - 32E]
    A --> D[Puck系列]
    A --> E[Velarray]

• Ouster ：2015年在旧金山成立，专注于高分辨率和数字3D LiDAR。其LiDAR使用VCSEL作为激光源，工作在850 nm波长区域。与其他典型波长相比，850 nm波长具有独特优势，如大气水汽吸收低，硅探测器在该波长下灵敏度更高，可实现更长的测量距离。该公司使用定制的阵列垂直腔面发射激光器（VCSELs）、单光子雪崩二极管（SPAD）和专利微光学技术实现纯固态并提高性能，宣称是第一家将高性能SPAD和VCSEL方法商业化的公司。
• Quanergy ：2012年在加利福尼亚州桑尼维尔成立，是第一家宣布专注于OPA技术并推出价格低至100美元的基于OPA的LiDAR的公司。OPA技术可实现无移动部件的固态LiDAR，但由于高光学损耗和非线性，基于OPA的LiDAR实现大规模生产具有很大挑战。2021年宣布交付采用可扩展CMOS硅制造工艺的行业首个基于OPA的固态LiDAR，但似乎错过了自动驾驶的黄金市场机会。2022年12月申请第11章破产保护。
• Luminar ：2012年成立，总部位于佛罗里达州奥兰多。2017年4月首次展示其原型。其Iris LiDAR工作在1550 nm波长，很可能采用调频连续波（FMCW）方式测量距离。采用光纤激光器作为激光源，使用InGaAs探测器接收返回激光，具有高灵敏度和动态范围。采用双轴扫描镜作为扫描仪，视场角为120° × 28°，相机般的分辨率>300点/平方度。还定制了混合信号ASIC芯片以提高性能并显著降低成本，最大测量范围对于较大和较亮物体可达600米，对于较小和反射率较低的物体可达250米。与梅赛德斯 - 奔驰和沃尔沃建立了合作伙伴关系。
• Innovusion ：2016年成立于硅谷，专注于用于自动驾驶车辆和高级驾驶辅助系统（ADAS）的图像级LiDAR。其LiDAR架构与Luminar相似，使用1550 nm光纤激光器作为发射器，双轴镜作为扫描仪以实现长测量范围和宽视场角。根据披露的专利，一轴转向通过多面旋转多边形镜实现，另一轴转向通过MEMS微镜、检流计镜或多边形镜等扫描光学元件完成。由蔚来资本资助，其Falcon LiDAR被选为蔚来ET7自动驾驶系统的标准配置。
• Aeva ：2017年成立于硅谷，专注于用于自动驾驶和工业应用的4D LiDAR技术。其LiDAR工作在1550 nm波长，采用FMCW方式测量距离，使用DFB二极管作为激光源，输出激光耦合到光纤中并由EDFA（掺铒光纤放大器）放大，扫描仪由旋转多边形镜组成。目标是通过其4D LiDAR - on - chip技术塑造传感和感知的未来，将所有关键传感器组件集成到硅光子模块中，无需光纤光学元件。2021年3月通过与InterPrivate Acquisition完成业务合并成为上市公司。
• Aurora（Blackmore） ：是一家位于宾夕法尼亚州匹兹堡和加利福尼亚州山景城的自动驾驶车辆技术公司。Blackmore是一家传感器技术公司，率先将多普勒LiDAR（FMCW）用于汽车应用。2019年1月宣布推出世界上第一款用于自动驾驶车队的多普勒LiDAR，可提供超过450米物体的瞬时速度和距离数据。2019年5月被Aurora收购，Aurora将其LiDAR集成到自动驾驶堆栈中。
• Cepton ：2016年成立于硅谷，专注于面向大众市场消费车辆ADAS的LiDAR。使用其专利的微运动技术（MMT）和905 nm激光源创建高性能、可靠且低成本的LiDAR传感器。MMT是一种无镜、无旋转和无摩擦的3D LiDAR成像方法，基于MMT的LiDAR并非完全固态，其扫描仪包含两组机械驱动的平台。产品具有高达0.05° × 0.05°（感兴趣区域）的高分辨率、10%反射率下200米的长距离和120° × 25°的宽视场角。与日本照明供应商小糸建立了早期合作关系，并在2021年赢得为通用汽车未来各种生产车辆项目供应传感器的合同。2022年2月通过与Growth Capital Acquisition Corp.完成业务合并成为上市公司。
• AEye ：2013年成立于加利福尼亚州都柏林，开发用于自动驾驶车辆、ADAS和机器人视觉应用的人工智能驱动的LiDAR系统。创建了一种长距离LiDAR系统，将可放大的1550 nm激光与基于MEMS的扫描仪相结合。据其宣称，其LiDAR可检测1000米外的车辆和200米外的人。德国国际一级供应商大陆集团将其长距离LiDAR技术集成到其全栈自动化和自动驾驶解决方案中。
• Waymo ：是一家自动驾驶技术公司，开发了自己的LiDAR，名为“Laser Bear Honeycomb”。前身为谷歌自动驾驶汽车项目，2016年独立成立为自动驾驶技术公司。2017年初开始自行制造LiDAR传感器以大幅降低自动驾驶车辆业务成本。2019年宣布开始销售其LiDAR，但2021年停止该业务，关于其LiDAR的公开技术资料较少。
• MicroVision ：总部位于华盛顿州雷德蒙德的汽车LiDAR技术公司。其LiDAR扫描仪采用基于电磁和PZT驱动技术的双轴MEMS。自1997年以来一直在开发MEMS技术以满足激光束扫描应用的成本和尺寸要求。其LiDAR工作在905 nm，采用直接飞行时间（ToF）方式测量距离。公司采用集成方法，利用其专有技术为ADAS以及非汽车应用（包括工业、智能基础设施和机器人）提供汽车LiDAR传感器和解决方案。2023年初完成对德国LiDAR技术公司Ibeo的收购，期望扩大与德国著名汽车零部件制造商ZF的合作伙伴关系。
• Neuvition ：2016年成立于圣克拉拉，致力于LiDAR传感器的制造和设计，为自动驾驶、智能交通、3D测绘、体积测量和工业机器视觉提供定制解决方案。全球总部现位于中国苏州，其LiDAR基于MEMS，工作在1550 nm，使用光纤激光器作为光源。目前在采矿和智能交通领域有应用案例，但尚未应用于自动驾驶车辆。
• Insight LiDAR ：2016年成立于拉斐特，专注于芯片级、超高分辨率FMCW LiDAR传感器。根据其专利披露，采用衍射元件和广泛可调谐激光器实现光束转向，将所有激光传输、控制和检测置于光半导体或光子集成电路（PICs）上，以减少光纤的损耗和使用。
• SiLC ：2018年成立于蒙罗维亚，是一家基于硅光子技术提供芯片级相干LiDAR解决方案的技术公司。其LiDAR工作在1550 nm，采用FMCW方式测距。与大多数使用EDFA放大种子激光的FMCW源解决方案不同，采用半导体光放大器（SOA）放大种子激光。SOA的增益通常低于EDFA，但可与基于PIC的收发器集成以实现芯片级收发器，光纤尾纤模块连接到位于不同位置的扫描单元。

3. 加拿大LiDAR公司

• LeddarTech ：2007年成立，是加拿大领先的光学和光子学研究机构成功分拆出来的汽车解决方案公司。早期专注于LiDAR相关技术，目标是开发固态LiDAR模块。现在为高级驾驶辅助系统（ADAS）和高度自动驾驶提供传感器融合和感知平台解决方案。其产品分辨率不如其他竞争对手，高端模块Leddar M16系列只有16个分段。该公司使用多个LED或LD发出的漫射光以短脉冲形式照亮场景，十六个探测器排列成阵列接收返回的光线并分割场景。工作在905 nm的LD版本比工作在940 nm的LED版本能够检测更长的距离。

产品类型	分辨率	照明方式	工作波长及检测距离特点
高端模块Leddar M16系列	16个分段	多个LED或LD短脉冲漫射光	905 nm（LD版）检测距离长于940 nm（LED版）

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    A[LeddarTech] --> B[Leddar M16系列]
    B --> C[LED版本: 940 nm]
    B --> D[LD版本: 905 nm]

4. 欧洲LiDAR公司

• SICK ：1946年成立，总部位于德国瓦尔基尔希，是一家为工业应用提供传感器和传感器解决方案的全球制造商。与上述LiDAR高科技初创公司不同，它是一家传统的全球传感器制造商。以其激光扫描仪而闻名，在2004年和2005年的DARPA Grand Challenges中用于自动驾驶车辆的距离检测。LMS 291 LiDAR在2005年的DARPA Grand Challenge中声名鹊起，其出色表现启发了Velodyne创始人开发HDL - 64E。LMS 291可以在180°弧范围内测量长达80米的距离，通过45°倾斜的旋转镜完成光束扫描，是工作在905 nm的直接飞行时间（ToF）LiDAR。阵列式的LMS 291 LiDAR不同指向帮助斯坦福大学赛车队打造的Stanley赢得比赛和200万美元奖金。该公司过去以单线分辨率的2D LiDAR闻名，现在有多线分辨率产品，广泛应用于工厂自动化、物流自动化和过程自动化领域。
• Valeo ：总部位于法国巴黎的全球汽车一级供应商，为汽车制造商和售后市场提供广泛的产品。Scala 3D激光扫描仪（第一代）是其首款LiDAR产品，也是世界上首款汽车级LiDAR。工作在905 nm，包含三个有源面积为160 μm × 595 μm的雪崩光电二极管（APD）元件。采用旋转镜作为扫描仪，每次扫描可获得三层垂直分辨率，每两次扫描可获得四层有效分辨率，扫描速率为25 Hz，典型检测距离为150米。2017年底，奥迪推出重新设计的A8轿车，其关键传感器是法雷奥提供的Scala LiDAR，奥迪宣布这是汽车行业首款三级自动驾驶汽车，这标志着汽车制造商开始在车辆上使用LiDAR。
• Bosch ：总部位于德国格平根的另一家全球汽车一级供应商。据博世媒体报道，目前正在致力于使LiDAR传感器具备量产条件，其LiDAR传感器为长距离类型，但暂无详细规格信息。
• Continental ：总部位于德国汉诺威的汽车一级供应商，分为底盘与安全、动力总成、内饰、轮胎、康迪泰克、ADAS六个部门。为更高级别的自动驾驶系统开发了短距离、长距离和高分辨率的LiDAR，分别命名为SRL121、HRL131和HFL110。
  • HFL110 ：是用于二级+和三级自动驾驶车辆的固态闪光LiDAR，工作在1064 nm波长，与常用的905 nm、940 nm和1550 nm相比是不常见的波长。作为闪光LiDAR，具有128 × 32像素的高分辨率。
  • SRL121 ：是用于紧急制动辅助的点对点测距仪，工作在905 nm，典型脉冲峰值功率为70 W。
  • HRL131 ：是基于MEMS的LiDAR，工作在1550 nm，用于三级和四级自动驾驶车辆，MEMS扫描仪采用AEye的专利MEMS技术。检测范围在高反射率下可达1000米，在10%反射率下可达300米，长距离LiDAR将于2024年实现量产。该公司已与丰田和雷克萨斯建立合作关系，为丰田Mirai 2和新款雷克萨斯LS供应LiDAR。

型号	适用自动驾驶级别	工作波长	特点	量产时间
HFL110	二级+和三级	1064 nm	固态闪光，128 × 32像素高分辨率	已推出
SRL121	紧急制动辅助	905 nm	点对点测距，脉冲峰值功率70 W	已推出
HRL131	三级和四级	1550 nm	MEMS扫描，高反射率1000米、10%反射率300米检测范围	2024年

• ZF和Ibeo ：二者在LiDAR产品方面建立了密切合作。ZF是总部位于德国弗里德里希港的著名汽车零部件制造商，Ibeo是1998年成立的德国LiDAR技术公司，ZF持有Ibeo 40%的股份。Ibeo有基于旋转镜的2D LiDAR ALASCA，其3D LiDAR ibeoNEXT是无移动部件的固态LiDAR，采用光激光测量技术检测距离，是分辨率为128 × 80像素的闪光LiDAR，由工作在885 nm的VCSEL和SPAD探测器组成，波长与Ouster相似。ZF获得Ibeo授权生产ibeoNEXT固态LiDAR。2021年1月，Ibeo和SICK宣布建立新的合作伙伴关系，共同开发其iboeNEXT 3D固态LiDAR传感器以用于工业应用。但2022年9月，Ibeo申请破产。
• Xenomatix ：2013年在比利时鲁汶成立，基于固态LiDAR技术开发汽车视觉解决方案。其LiDAR完全固态，采用工作在840 nm的阵列式VCSEL和SPAD，体积紧凑，但在检测范围、视场角和分辨率方面的性能不如竞争对手。
• Beamagine ：总部位于西班牙巴塞罗那，旨在将CD6开发的LiDAR成像技术商业化。其扫描仪采用MEMS镜进行光束转向，测距原理为直接飞行时间（ToF），但发射器工作在不同的1064 nm波长，激光源可能是比二极管激光器尺寸更大的固态激光器，目前该波长对于汽车LiDAR的优势尚不清楚。
• Hybrid Lidar Systems ：2018年在德国下萨克森州成立，为自动驾驶车辆和工业用例开发LiDAR技术。其汽车LiDAR LiSSA是固态闪光LiDAR，工作在905 nm，可定制为工作在850和940 nm，长距离版本在10%反射率下可检测长达220米的距离。
• Blickfeld ：2017年在德国慕尼黑成立，为自动驾驶和物联网应用提供LiDAR技术。其扫描采用基于MEMS的方式。

全球不同地区的LiDAR公司各具特色和优势，在自动驾驶这个快速发展的领域中，它们不断竞争和创新，推动着LiDAR技术的进步和应用普及。随着技术的不断成熟和成本的降低，LiDAR有望在更多的自动驾驶场景中发挥关键作用，为未来的智能交通带来更多可能。