納米天線陣列LiDAR

Oryx Vision憑借納米天線陣列LiDAR，找到了困擾自動(dòng)駕駛汽車商業(yè)化的主要問題：如何平衡探測(cè)距離、精度和成本三者的關(guān)系。OryxVision深度傳感器可以檢測(cè)到150米遠(yuǎn)的微小物體，它既可以在暗夜里工作，也不會(huì)受直射的陽光影響，而即使在雨霧等極端天氣條件下也可以穩(wěn)定工作。OryxVision傳感器可以無縫集成到車輛的四周，一組這樣的傳感器不但可以提供360°范圍的高性能的景深探測(cè)覆蓋，而且價(jià)格低廉。

Oryx Vision使用的是長(zhǎng)波太赫茲紅外激光的激光器，因?yàn)檫@種紅外光人眼不可見，功率更高。而這種紅外光還很難被水吸收，不會(huì)被云霧、強(qiáng)烈的陽光直射所干擾。當(dāng)發(fā)射出的激光反射回傳感器時(shí)，光學(xué)器件將反射回的入射光引導(dǎo)到大量極小的整流納米天線上。入射光在被整流的天線中產(chǎn)生AC響應(yīng)，換句話說，被轉(zhuǎn)換成DC信號(hào)。該系統(tǒng)的靈敏度是傳統(tǒng)LiDAR的上百倍。因?yàn)樘炀€將入射光處理為波，所以它們還可以檢測(cè)到多普勒效應(yīng)(由于其反彈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的頻率變化)，并且由此還可以確定在道路中或附近的其它物體的速度。

Oryx Vision采用的納米天線只有25平方微米，使用薄膜芯片制造工藝直接在集成電路上制造。每個(gè)納米天線只有5 x 5平方微米，使用薄膜芯片制造工藝在硅晶圓上形成陣列，成本相當(dāng)?shù)土６疫@將使得信號(hào)被饋送到機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)相當(dāng)簡(jiǎn)單，而這個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以對(duì)場(chǎng)景中的對(duì)象進(jìn)行分類，從而使得對(duì)場(chǎng)景的感知更加智能化。

泛光(Flash)面陣式LiDAR

泛光面陣式是全固態(tài)LiDAR中比較主流的技術(shù)之一。Flash LiDAR 屬于非掃描式雷達(dá)，發(fā)射面陣光，是以2維或3維圖像為重點(diǎn)輸出內(nèi)容的激光雷達(dá)。雖然穩(wěn)定性和成本不錯(cuò)，但主要問題在于探測(cè)距離較近。對(duì)于泛光成像LiDAR，每次發(fā)射的光線會(huì)散布在整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)，這意味著只有一小部分激光會(huì)投射到某些特定點(diǎn)。此外，光電探測(cè)器陣列中的每個(gè)像素都必須非常小，限制了它可以捕捉的反射光量。

泛光面陣式LiDAR的激光光源主要有兩種方式：脈沖和連續(xù)波，分別對(duì)應(yīng)脈沖飛行時(shí)間(pToF，PluseToF)LiDAR和連續(xù)波飛行時(shí)間(cwToF，Continuous Wave ToF)LiDAR。pToF LiDAR采用脈沖，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)(如100米以上);而cwToF LiDAR采用連續(xù)波，主要進(jìn)行近距離探測(cè)(如數(shù)十米)。泛光面陣式LiDAR屬于非掃描式LiDAR，通過脈沖或連續(xù)波捕獲整個(gè)場(chǎng)景，而非用激光束逐點(diǎn)掃描。由于探測(cè)電子返回脈沖和帶寬較寬的弱點(diǎn)，泛光面陣式LiDAR易受噪聲影響，而閾值觸發(fā)可引起測(cè)量誤差Δt。下圖是cwToF LiDAR、pToF LiDAR、雷達(dá)和超聲波傳感器的參數(shù)對(duì)比。

由激光雷達(dá)的理論可知，在功率受限的情況下，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)的探測(cè)距離，則要求大的脈沖時(shí)寬，而要實(shí)現(xiàn)高的探測(cè)精度，則需要大的帶寬，簡(jiǎn)單脈沖時(shí)寬帶寬乘積接近于1，時(shí)寬與帶寬相互關(guān)聯(lián)，不能同時(shí)增大時(shí)寬與帶寬。pToFLiDAR則通過增益調(diào)制式脈沖激光源，可以解決采用連續(xù)波激光器發(fā)射正弦波在對(duì)目標(biāo)成距離像時(shí)限制了激光器的瞬時(shí)功率從而嚴(yán)重影響成像質(zhì)量和測(cè)量范圍的問題。

多束密集的激光束直接向各個(gè)方向漫射，因此只要一次快閃就能照亮整個(gè)場(chǎng)景。它運(yùn)行起來更像攝像頭。隨后，系統(tǒng)會(huì)利用微型傳感器陣列采集不同方向反射回來的激光束。

Flash LiDAR 的一大優(yōu)勢(shì)是它能快速記錄整個(gè)場(chǎng)景，避免了掃描過程中目標(biāo)或激光雷達(dá)移動(dòng)帶來的各種麻煩。不過，這種方式也有自己的缺陷。Flash面陣式LiDAR的主要缺點(diǎn)是光子預(yù)算：一旦距離超過幾十米，返回光子的數(shù)量就太少，根本無法進(jìn)行可靠的探測(cè)。如果不是對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行光覆蓋，以犧牲切向分辨率為代價(jià)，用網(wǎng)格點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)光來照明，這就可得到改善。垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)使其可在不同方向同時(shí)發(fā)射成千上萬的光束。