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激光雷达产业巨人——Velodyne 简介
2018-12-17 21:24:35· 来源：智车科技
激光雷达可以利用脉冲激光测量动态距离，创建并更新 3D 地图，可将车辆定位做到3厘米级别，因此激光雷达对于 SAE 4 级和 5 级全自动驾驶汽车绝对必不可少。目前
激光雷达可以利用脉冲激光测量动态距离，创建并更新 3D 地图，可将车辆定位做到3厘米级别，因此激光雷达对于 SAE 4 级和 5 级全自动驾驶汽车绝对必不可少。目前，激光雷达市场正处于高速发展之中，市场规模可达数万亿美元，Velodyne （中文名威力登）具有绝对优势，占据了全球80%市场份额。本文就带大家一起了解一下这个激光雷达产业的巨人。
自动驾驶汽车工程师普遍认为，激光雷达对于 SAE 4 级和 5 级全自动驾驶汽车绝对必不可少，在 SAE 3 级自动驾驶汽车中也具有很高的价值。激光雷达可以利用脉冲激光测量动态距离，创建并更新 3D 地图，让 3 厘米级别的车辆定位成为可能，还可以作为一种安全失效冗余系统。
目前，激光雷达市场正处于高速发展之中，市场规模可达数万亿美元，Velodyne （中文名威力登）具有绝对优势，目前已占据了全球80%市场份额。这家位于硅谷的公司，开创性的激光雷达产品HDL-64（64 通道、360°视场）在 2007年 DARPA 无人驾驶汽车城市挑战赛中“一战成名”，当时其表现太过让人印象深刻。
如今，Velodyne 继续致力于 3D 激光探测与测距传感器的研发，目前有 7 款激光雷达传感器产品已正式上市，抵达成百上千家移动出行行业客户，进行测试或有限商用。目前，Velodyne 公司圣何塞工厂的年产量已达数万台，但相比于未来市场对激光雷达产品的巨大需求，这仍然只不过是沧海一粟。
Velodyne的发展历史
Velodyne是从音响起家的，1983年成立。缘由起于老板DavidHall开摩托的时候不满意市场上所有好用的重低音音响，最后决定自己做，于是在自己的车库开始做重低音音箱。家里投了20万美金，后来越做越好，到现在为止仍然是音响界公认的专业级产品。
公司创始人David Hall的产品设计目标为：降低及限制扬声器输出所产生的失真。研发出的高增益伺服控制系统，于1983年，第一次应用于测量及控制大型低音单体的动作上。推出的ULD系列伺服控制超低音喇叭，具有历史性的意义，常被被拿来与杜比实验室的噪声消除技术相提并论。此专利技术将扬声器的失真由15-30%降至1%以下，Velodyne自此成为沉稳、精准、富动态超低音扬声器的代名词。
David Hall属于第一代硅谷创业人，Velodyne声学公司成立后，推出的产品以创新的设计、精细的做工、独到的声音表现著称，因此受到声学专家、发烧听友、及剧院系统的爱好者许多赞赏。
2005年机缘巧合，Velodyne开始专注研究激光雷达。07年便推出了64线激光雷达产品，2010年谷歌首测的无人驾驶汽车用的激光雷达就是Velodyne提供的。
现在整个公司大概有三个分支，音响这部分还有存续，而且卖得不错；第二部分Lidar；第三部分是船。虽然三个部分看起来风马牛不相及，其实都是依据同一个原理：测距。音响是音频测距，Lidar是激光测距，船也是测距，细节这里就不谈了。
Velodyne现状及产品
Velodyne 目前总共拥有 260000 平方英尺（约合 2.4 万平方米）的生产基地，员工从 150 人增加到 500 多人，这都是为大规模量产而做准备。
2016年8月份，Velodyne LiDAR业务获得福特汽车与百度1.5 亿美元的共同投资并拆分成立新公司Velodyne LiDAR独立发展。用Velodyne官方的话说，凡涉及自动驾驶研发投入的主机厂、地图厂商以及自动驾驶运营项目几乎都是Velodyne激光雷达产品的客户。
据悉，Velodyne在2015和2016年的销量分别为3000台和5000台。2017年因为新工厂投产产能爬升，其在全球总计销售了十多万个激光雷达，是2016年的20多倍。
据公开资料，不仅谷歌、百度、Uber、福特、通用、奔驰等知名的无人驾驶技术代表，四维图新、微软Bing、Here、高德、TomTom等高精度地图厂商，以及新加坡政府、台湾的智慧小镇等项目都采用了Velodyne的激光雷达方案。
图片来源于车云网
机械式激光雷达——HDL-64E、HDL-32E、VLP-16
目前，Velodyne主要有64线、32线、16线3类产品在售，官方定价分别为8万美金（约合52.3万人民币）、4万美金（约合26万人民币）和8千美金（约合5.23万人民币）。
今年年初，Velodyne 为行业带来利好消息：对 16 线激光雷达进行降价，从 7999 美元降至 3999 美元。
Velodyne 64 线最早用于地图及相关行业，32 线主要用于固定翼无人机。
首先谈谈64线产品比较重要的地方：
1) 360度高速旋转。赞美很多、垢病也很多。每秒要达到20转的速度，在高速旋转的情况下，每秒钟发射出一束激光，发射到120米，甚至现在200米的距离，返回信号再把接收器打开收进来，这是有点难度的。
2) 在UDP包里含有“密度”数据。这是对现在无人车发展非常重要的信息，因为它可以很有效地转化成“反射率”信息。前面有这么多块牌子，根据反射率的信息，就可以知道哪一块是交通标志相关，使摄像头免去阅读所有环境信息，对计算起到了很大作用。
3) 能量问题。64线是符合人眼安全标准的民用产品，这个能量有所限制，怎么能够在现有能量限制范围之下让64束的激光发射200米，再有效地收回这些信息，这是核心技术的第三点，也保证我们的产品到目前为止得到了业界的认可。
Velodyne的Lidar产品，首先在地图行业被应用，随后安防领域开始大规模使用
安防领域实现技术相对简单，因为安防无人车可以定义为封闭环境无固定路线的驾驶，在安防行业运用无人车有相当长的时间了，并不是像大家想象的现在才开始，无人车的控制技术已经比较成熟。现在更多关注的是人身安全的问题是怎么避免，99.999%的安全是无人驾驶推广的关键性问题。
除了安防行业的特种车辆以外，对64线产品比较热衷的是互联网科技公司。从Google开始，到百度等，都是基于64线Lidar做无人驾驶。这也致使传统汽车行业感到压力，目前，Velodyne几乎和全世界所有的汽车厂商都达成了一对一的合作、深度合作，或是产品测试的合作。
“车规级”激光雷达——VLP-32C
近几年，随着自动驾驶的概念的升温，汽车行业成为激光雷达一大需求来源。
面对自动驾驶普及的难题，业内人士都将矛头指向了昂贵的机械式激光雷达，认为这种产品价格昂贵、难以量产且不符合车规，因此很难推动自动驾驶汽车的普及，这也是很多激光雷达创业公司锁定的3个突破点。
激光雷达，尤其是多线数产品本身就是汽车行业的新鲜事物，原先就没有相关的要求。为此，Velodyne拉来美国的科技公司、网约车公司和整车厂成立了一个车载激光雷达俱乐部，共同来探索车载激光雷达应该满足的指标。
经过一段时间的摸索，该俱乐部制定出了一套标准，并由Velodyne来将其做成产品——即现在的VLP-32C激光雷达。编号中的32即代表32线，C是Club的缩写，代表上述俱乐部。这款32线产品测试距离可达到200米，水平视角360 °，垂直可视角40 °，最小分辨率0.333 °，出点速度为 600000 点/每秒。其通用版本，尺寸大小和原来的16线相差不大。
目前福特就已在其第三代自动驾驶车型上使用了 Velodyne 的这款最新的激光雷达测距传感器（LiDAR）。
VLP-32C 的优势在于利用矩阵式扫描替换了之前的等距扫描线束，提升了扫描密度。随着量产化的普及，Veldoyne 预计未来价格将控制在 500 至 1000 美金之间。Velodyne 32 线激光雷达已经历 A、B、C 三轮迭代，如今第三代的 VLP-32C 开始在 Velodyne 圣何塞新工厂“Megafactory”进行生产。从2017年4 月份的预生产到 6 月底正式量产，配合纯机械全自动化生产线，Velodyne 在 2018 年可以实现百万级的产能。
高性能激光雷达——VLS-128
2017年11 月 7 日， Velodyne实验室正式宣布推出 128线激光雷达——VLS-128。这款高性能激光雷达可以看作是 HDL-64 的替代产品，点云数据量是64线的四倍，更加适用于全自动驾驶汽车，但价格上却基本与之持平。
与 HDL-64 相比，VLS-128 尺寸缩小了 70％，探测距离提高了一倍，可以在干燥气候和潮湿环境下正常工作。利用 VLS-128，可以在 60 米距离内可以识别人体手指的动作，200 米距离时则可以将人们脱换衣服这样的动作看的一清二楚。
VLS-128可扫描大量细节
这款新产品要在 2018 年Q4 阶段才能达到车规级。
ADAS 级固态激光雷达——Velarray
如今，诸多车企开始为旗下产品配备 ADAS 功能，Velodyne 也没有放过车厂这一市场。
因此，为了能让激光雷达更好嵌入车身内部，Velodyne 推出了 Velarray。
Velarray是一款可供定制的非旋转式半固态激光雷达，水平视角 60°～120°，尺寸类似一个 iphone 6。这款产品线数上线为 32，也会往下推出 16 线和 8 线版，为适应企业对 ADAS 功能的需求，也有可能会推出 4 线版本。据悉Velodyne 在秘密准备一些激光雷达的「杀手级」功能，比如：
- 在 Velarray 留白的地方（如上图右侧），会加装摄像头，将来 Velarray 会是一款集「点云数据+RGB 数据+摄像头数据融合」的产品，以增强目标分类能力；
- 在 ASIC 产品上，Velodyne 将会为激光雷达发射出去的激光束进行编码，这样可以保证不会受到其他激光雷达的相互串扰；
- 不同的场景需要搭配不同的激光雷达。如果主要侧重高速驾驶，那么视场较窄的远程激光雷达就是最佳选择。如果侧重城市驾驶，那么视场宽度成为关键问题。未来 Velodyne 希望利用软件来控制硬件，在不同道路场景下，通过软件控制激光束走向、角度甚至某一束激光的能量。其中一个场景是在高速公路上，将垂直角变窄（比如 Velarray 的视场从 120 度变为 60 度），然后集中激光束观察前方道路情况。
Velarray系列的固态激光雷达，区别于传统的MEMS微振镜的方案（单套发射接收电路），Velarray LiDAR也有多块雷达发射接收电路板，从其产品线上即可看出（Velarray 32/16/8A）。
但这种做法并不能显著降低成本，之所以这样做，是为了前装量产考虑，避免单个元器件发生故障后，产品失效。据悉这些产品已经给到广汽等OEM厂商试用。
目前Velarray系列的产品还在完善中，其激光线束已经从线扩展到了条状，扫描后的环境数据已经可以较为全面的反映真实路况，但整个扫描面上还存在一些间隙，算法团队正在进行处理完善，最终的效果将会是一个平滑的面。
MCLM系列芯片级激光雷达
既然传统的LiDAR还有一定的生命周期，如何让其充满竞争力，就成了接下来要完成的工作。传统LiDAR难以过车规，核心问题是电子零部件太多。
为此，Velodyne准备将LiDAR的技术植入到芯片中。到目前为止，Velodyne已经将LiDAR的技术以ASIC芯片的方式实现了。
ASIC在大规模量产中，拥有价格低、功耗低、性能品质稳定的特点，Velodyne从几年前就已经开始了LiDAR技术的芯片化，到目前已经完成了多通道LIDAR模块（MCLM）的研发。
预计到2021年，Velodyne的基于ASIC的多线束LiDAR将会量产问世，服务共享出行市场。
这款产品的目标客户为Tier1供应商。
Velodyne的产品规划（图片来源于智东西）
小结
Velodyne圣何塞的新工厂目前已经投入使用，最高产能可以达到100万个/年, 完全可以满足市场的需求。
最新的VSL、Velarray以及MCLM系列都是按照自动化生产的要求设计的产品，一旦起量，其产品价格可以压得足够低。据了解，如果能接到10万台的订单，VLS 128线产品的价格能够做到1000美金以内，VLS 32线的产品在650美金左右。而32线的Velarry固态激光雷达在量产时则能做到500美金，8线产品则能做到150美金。相比现在，这是一个具有“质变”效应的价格。
现今 Velodyne 的主要收入来源还是传统地图、无人机、安保、机器人等行业，自动驾驶还没有给公司带来可观的收益。这个新兴产业还处于发展阶段，相关法规和配套设施等客观条件尚不健全，距离真正的商业运用还有很长的距离。
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