2022年開年，1月3日，美股激光雷達(dá)概念股維視圖像(MVIS.US)漲8.38%，Luminar(LAZR.US)漲超5%，Velodyne(VLDR.US)漲4.95%。
國金證券在《放量在即，激光雷達(dá)開啟前裝元年》報告中預(yù)測，激光雷達(dá)有望通過規(guī)模量產(chǎn)+技術(shù)進(jìn)步快速降價，2030年超230億美元，2021-2030 年復(fù)合增速近90%，總體前裝滲透率達(dá)45%。
2020年開啟激光雷達(dá)上市潮，產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)Velodyne、Luminar等相繼上市，已宣布的2022年計劃量產(chǎn)激光雷達(dá)車型達(dá)15款，小鵬、蔚來、上汽、奔馳等車企都相繼對激光雷達(dá)新品車型作了預(yù)告。
整車廠已宣布搭載激光雷達(dá)量產(chǎn)車型價格區(qū)間、產(chǎn)量預(yù)測（臺）來源：國金證券研究所全球市場研究與戰(zhàn)略咨詢公司Yole Development也在《2021年汽車與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達(dá)應(yīng)用報告》預(yù)測，ADAS（Advanced Driver Assistance Systems，高級駕駛輔助系統(tǒng)）和機(jī)器人車輛將推動雷達(dá)市場從2020年的18億美元增長到2026年的57億美元。“放眼全球，所有激光雷達(dá)廠商都還處于攀升階段。預(yù)計大概2035年左右，整車的激光雷達(dá)市場將會達(dá)到130億到135億美元的區(qū)間，”近日，Velodyne首席商務(wù)官Sinclair Vass接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）采訪時表示。
當(dāng)下，激光雷達(dá)還沒有到大規(guī)模量產(chǎn)階段，眾多技術(shù)路線仍在探索中，處于百花齊放的狀態(tài)。目前激光雷達(dá)的技術(shù)發(fā)展有哪些趨勢？在自動駕駛感知層面上分野的“視覺派”與“激光雷達(dá)派”未來會如發(fā)展？
激光雷達(dá)的不同技術(shù)路線：機(jī)械式與固態(tài)化
激光雷達(dá)最早發(fā)明于1960年代，早期主要用于太空探測、地形勘測、武器制導(dǎo)等，在1971年激光雷達(dá)曾跟隨阿波羅15號完成了月面測繪。此后的2005年，Velodyne在美國 DARPA挑戰(zhàn)賽上首次給自動駕駛車輛搭載激光雷達(dá)，2007年Velodyne生產(chǎn)出首臺商用3D動態(tài)掃描激光雷達(dá)，由此激光雷達(dá)的商業(yè)化落地進(jìn)程開始了。目前，激光雷達(dá)廣泛應(yīng)用于自動駕駛、物流運(yùn)輸、高精地圖、智慧交通、機(jī)器人、工業(yè)自動化、無人機(jī)、測繪等領(lǐng)域。
來源：汽車人參考，國金證券研究所激光雷達(dá)利用可見光和近紅外光發(fā)射一個信號，經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集，通過測量反射光的運(yùn)行時間而確定目標(biāo)的距離。據(jù)國金證券《放量在即，激光雷達(dá)開啟前裝元年》報告，較短波長及主動激光技術(shù)賦能激光雷達(dá)測量分辨率高、探測距離遠(yuǎn)、探測角度大、夜間工作能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，可直接獲取距離、角度、反射強(qiáng)度、速度等信息。
激光雷達(dá)主要顯性參數(shù) 來源：禾賽科技招股書激光雷達(dá)常以線數(shù)區(qū)分，線數(shù)指激光發(fā)射的光源數(shù)，如128線產(chǎn)品有128個光源。按掃描方式劃分，激光雷達(dá)掃描方式有無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件可以分為機(jī)械式、半固態(tài)、固態(tài)?；旌瞎虘B(tài)分為 MEMS、轉(zhuǎn)鏡，純固態(tài)分為相控陣 OPA、Flash。激光雷達(dá)在測距原理、激光發(fā)射、激光接收、光束操縱及信息處理等五個方面均存在不同技術(shù)路線。
來源：國金證券研究所“不同的架構(gòu)，如機(jī)械、MEMS和固態(tài)，對于不同的應(yīng)用有不同的優(yōu)勢和劣勢。然而，實際上極其重要的是所實現(xiàn)的特定光學(xué)設(shè)計性能、生產(chǎn)的質(zhì)量和大規(guī)?？尚行砸约皩崿F(xiàn)有吸引力的價格點的能力。此外，將激光雷達(dá)硬件與高性能感知軟件（例如Vella平臺）相結(jié)合的能力是一個主要的差異化因素?！盨inclair Vass說道。目前在激光雷達(dá)領(lǐng)域已經(jīng)有一個明顯趨勢，技術(shù)成熟、探測性能優(yōu)秀但高成本、低壽命、大體積的機(jī)械式激光雷達(dá)向固態(tài)激光雷達(dá)的方向演進(jìn)。
據(jù)《2021年汽車與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達(dá)應(yīng)用報告》稱，2020年后，機(jī)械式（包括旋轉(zhuǎn)式、轉(zhuǎn)鏡式等）激光雷達(dá)技術(shù)路線將逐漸式微，由于上游元器件的成熟度和成本優(yōu)勢，MEMS和Flash技術(shù)路線將逐漸趨于主流。
機(jī)械式指在垂直方向上排布多束激光器、通過電機(jī)帶動光電結(jié)構(gòu)360°旋轉(zhuǎn)，從而化點為線形成三維點云方案。其線數(shù)與分辨率成正比，具有高分辨率、高測距的特點，是目前最成熟的方案，產(chǎn)量也最高。但其成本高昂，同時為實現(xiàn)高頻準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動，其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均失效時間僅1000-3000小時，與車規(guī)要求的最低13000小時差距明顯，難以實現(xiàn)前裝量產(chǎn)。
激光雷達(dá)定價 來源：產(chǎn)業(yè)調(diào)研，國金證券研究所固態(tài)指指無任何機(jī)械運(yùn)動部件的激光雷達(dá)類型，可細(xì)分為 OPA、Flash、電子掃描等形式，目前技術(shù)成熟度較低。以O(shè)PA（光學(xué)相控陣技術(shù)）舉例，OPA利用電壓調(diào)節(jié)制造發(fā)射陣列間的相位差實現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)，兼具掃描快、精度高、體積小及強(qiáng)可控、強(qiáng)抗振等優(yōu)勢，技術(shù)突破后成本較低、量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高，被部分業(yè)界專家認(rèn)為是激光雷達(dá)最終的主流形態(tài)?！半m然ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）市場需要更長的時間才能實現(xiàn)大規(guī)模部署，我相信固態(tài)激光雷達(dá)將用于許多擁有ADAS應(yīng)用的高容量市場?！盫elodyne首席商務(wù)官Sinclair Vass表示。
Velodyne于1983年成立于美國硅谷，最早以音響業(yè)務(wù)起家，隨后業(yè)務(wù)拓展至激光雷達(dá)等領(lǐng)域，以高線數(shù)機(jī)械式激光雷達(dá)聞名。超半數(shù)獲加州DMV自動駕駛路測牌照公司為其客戶。
2007年，Velodyne發(fā)布第一款可商用的激光雷達(dá)并在地圖行業(yè)大量商業(yè)應(yīng)用，這也是激光雷達(dá)行業(yè)的起點。Velodyne業(yè)務(wù)涉及工業(yè)機(jī)器人、智慧城市及ADAS等領(lǐng)域，合作方如百度、阿里巴巴、圖森、小馬智行等。2020 年10月，Velodyne于納斯達(dá)克SPAC上市，成為激光雷達(dá)第一股。
“我們不想具體評論未來幾年的市場價格趨勢，但在Velodyne，我們認(rèn)識到這點，一個有吸引力的激光雷達(dá)價格將有效促使對其大量應(yīng)用的快速興起。我們的目標(biāo)是通過具有吸引力的價格路線圖，使許多終端市場都能用到激光雷達(dá)，同時我們強(qiáng)調(diào)為客戶提供完整的解決方案，包括感知軟件?！盨inclair Vass說道。
據(jù)國金證券研究所報告，短期內(nèi)，激光雷達(dá)將往混合固態(tài)發(fā)展；長期來看，F(xiàn)MCW、OPA、Flash均有可能成為主導(dǎo)路線。激光雷達(dá)上車存在成本及車規(guī)兩大阻礙，可通過技術(shù)進(jìn)步、建設(shè)流水線解決。
自動駕駛的感知層：“視覺派”與“激光雷達(dá)派”
《2021年汽車與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達(dá)應(yīng)用報告》認(rèn)為，到2026年，汽車與工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的激光雷達(dá)市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)57億美元，在2020年至2026年間的年復(fù)合增長率將達(dá)到21%。值得注意的是，ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）領(lǐng)域在2026年的市場占比率預(yù)計將達(dá)到41%，成為激光雷達(dá)最大的細(xì)分市場，而這一數(shù)據(jù)在2020年僅為1.5%。
自動駕駛基本的三要素是感知-決策-控制。對周圍環(huán)境的周密感知是所有決策的基礎(chǔ)，也是自動駕駛汽車的安全保障。在了解周圍環(huán)境中物體的位置、速度和方向、路面的性質(zhì)、路緣石的位置、信號（交通、道路標(biāo)志）等之后，自動駕駛系統(tǒng)則要開始做計劃和控制：首先是其他移動物體在接下來的短時間會做什么，然后是根據(jù)整體計劃（比如規(guī)劃的通向目的地路線）計劃自己要做什么，最后就是告訴汽車要做什么。
目前用于感知的傳感器主要包括：激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等。毫米波雷達(dá)存在無法探測行人、靜止物體等弱點，車載攝像頭則存在過度依賴光線環(huán)境、訓(xùn)練樣本等弱點。在智能駕駛系統(tǒng)的感知層中，激光雷達(dá)可增強(qiáng)感知系統(tǒng)的冗余性，補(bǔ)充毫米波雷達(dá)、攝像頭缺失的場景，與高精地圖配合發(fā)揮定位作用。
不同傳感器對比 來源：汽車人參考，中汽中心在高階自動駕駛方案中，激光雷達(dá)的點位還可通過和高精地圖數(shù)據(jù)匹配來實時定位車輛信息。但是，同時存在成本較高、受惡劣天氣影響較大、工作壽命較短等問題，有望通過技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模量產(chǎn)解決。
隨著自動駕駛級別提高，激光雷達(dá)配備數(shù)量需求增加。來源：麥姆斯咨詢，國金證券研究所在自動駕駛感知層有一個明確的分野，“視覺派”與“激光雷達(dá)派”。這個分野如此被廣為知曉主要因為特斯拉CEO伊隆·馬斯克（Elon Mask）曾在采訪中多次表達(dá)“傻瓜才用激光雷達(dá)”，并長期堅持利用人工智能和深度學(xué)習(xí)來構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“純視覺”技術(shù)路線，甚至棄用激光雷達(dá)。特斯拉是最先實現(xiàn)自動駕駛車輛量產(chǎn)的公司，在當(dāng)時一輛七萬美元左右的特斯拉幾乎與激光雷達(dá)價格差不多。目前特斯拉Model 3的自動駕駛攝像頭成本只需65美元左右。
純視覺派認(rèn)為單純依靠攝像頭就可以完成自動駕駛所需要的周圍環(huán)境感知，青睞純視覺感知方案的如特斯拉、極氪、百度。激光雷達(dá)派則以激光雷達(dá)為主導(dǎo)，配合毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器、攝像頭多傳感器融合完成周圍環(huán)境感知，商湯AR小巴、文遠(yuǎn)知行等使用激光雷達(dá)方案。
“‘視覺’能不能實現(xiàn)自動駕駛，我認(rèn)為是可以的。但是，需要考慮的是實現(xiàn)了自動駕駛以后，對于乘客和道路行人的安全保護(hù)到底能夠達(dá)到什么程度？對道路行人的安全性到能提升到什么程度？對于乘客來說，是否可以在車內(nèi)非常舒適地乘坐，且可以同時做其他事情？”Sinclair Vass提出了這樣的思考角度。
Sinclair Vass認(rèn)為，如果要達(dá)到乘客擁有非常好的舒適程度，并且保證道路行人的安全性，那么，車輛能看得更遠(yuǎn)、看得更全面，就變成了一個很重要的要求。單純視覺畢竟有局限性，比如說雨雪天氣，光線和不同角度。激光雷達(dá)因為其實時性和全方位360度掃描的透視能力，可以讓車看得更遠(yuǎn)，看得更全面。
“以視覺為主的自動駕駛技術(shù)，無論是硬件還是算法都比較成熟，優(yōu)缺點以及技術(shù)瓶頸都比較了解?？偨Y(jié)起來就是技術(shù)門檻比較低，價格便宜，但也面臨比較大的瓶頸，想做高級別L3以上自動駕駛的難度會比較高。”Sinclair Vass總結(jié)道。
對于自動駕駛的純視覺路線和激光雷達(dá)路線問題，商湯智能駕駛研發(fā)總監(jiān)李怡康曾對澎湃新聞（www.thepaper.cn）表示，“無論是純視覺方案還是多傳感器融合的方案最終都是有可能實現(xiàn)L4或L5級別的自動駕駛的，區(qū)別在于，引入激光雷達(dá)實際上是把問題變簡單了，因為我們引入了很多額外的信息，而且這些信息跟視覺很互補(bǔ)，有些信息，比如深度，它可以估算得很準(zhǔn)確。假如最后兩條路徑都能實現(xiàn)L5級自動駕駛，那我相信多傳感器融合這條路線可能會更快一些。當(dāng)然，感知只是決定自動駕駛是否實現(xiàn)的因素之一?！?/p>
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