Ouster 的数字激光雷达到底是什么？

作者 / 陈念航

编辑 / 王德芙

出品 / 汽车之心

今年 CES，来自全球超过 40 家激光雷达公司齐聚拉斯维加斯，各种形态的产品、不同的技术路线同台争艳。

很多公司在激光雷达产品的价格层面拼起了刺刀，也有的公司在产品的体积、形态、性能方面精益求精。

当前主流的激光雷达形态有“机械旋转式”和“固态”两种。

前些年因为“固态激光雷达”技术的成熟度不够高，“机械旋转式激光雷达”一直是业内的主要选择。

如今，为了更适应汽车行业的要求，也为了降本增效，“固态激光雷达”成为行业新宠。

但是，现在自动驾驶行业有一个比较尴尬的境况是：以往采用“机械旋转式激光雷达”的自动驾驶公司的感知算法是专门针对该类雷达进行开发的，当替换成“固态激光雷达”后，其相应的感知算法需要推倒重来，传感器方案也要重新考虑，这在某种程度上带来了很大的技术迁移难度。

为了更好地解决这一问题，业内需要一种能够“旋转”起来的“固态激光雷达”，结合两种技术路线的优势，在不进行大规模技术迁移的同时实现降本增效。

什么是“数字激光雷达”？

旧金山激光雷达创业公司 Ouster 将这种形态的产品称为“数字激光雷达”（Digital LiDAR），这家公司已经将这一概念转化成了实际的产品。

所谓“数字激光雷达”，就是对激光雷达进行全半导体化的设计，将原来激光雷达产品内部的发射器、接收器等上千种光电器件固化到芯片之中，实现了“固态”的形式。

在此基础上，Ouster 再在激光雷达内部加入旋转装置，让其能够在 360 度方向上实现扫描。这就是所谓的“旋转起来的固态激光雷达”。

“数字激光雷达”体积小、重量轻。比如 Ouster 中距离产品 OS1 系列在不到 400 克的重量内，可实现从 16 线到 128 线的分辨率。

本次 CES，我们也发现了一个很有意思的应用：Flex G gate 公司将 Ouster 的激光雷达安装到了汽车大灯里。这一应用的实现就是利用了 Ouster 激光雷达小巧的特点。

CES 2020 开幕当天，Ouster 带来了他们的全新产品：超广角激光雷达 OS0 和远距离激光雷达 OS2。

加上此前他们发布的中距离激光雷达 OS1，这家公司的产品已经实现了自动驾驶、无人机、安防等应用场景的全覆盖。

Ouster 创始人 Angus Pacala 还特意撰写了博客文章来介绍他们全新发布的产品以及所谓的“数字激光雷达”技术。

让我们来一探究竟：

解锁“数字激光雷达”的能量

当马克（Mark Frichtl，Ouster 联合创始人兼 CTO）和我在 2015 年初创立 Ouster 时，我们便有了一个全新形态激光雷达的设想——“数字激光雷达”。

我们意识到，通过采用硅 CMOS 和集成大规模芯片的算力，我们最终可以使激光雷达的价格与性能脱钩，将质保年份指数级延长，向绝大多数客户提供激光雷达行业内具有竞争力的产品，满足产业的需求。

今天的产品发布证明了这一愿景，为我们服务的客户迈出了巨大的一步。实际上我们还处于该技术路线的初期阶段，还有很多令人兴奋的进步和新功能将接踵而来。

我们正式发布第二代激光雷达产品:

• Ouster OS0：超广角（FOV 95°），32/128 线
• Ouster OS2：远距离（200m+）, 32/64/128 线
• 新款 32 线和 64 线均可定制调整 FOV（视场角）

以上所有型号的传感器均已量产，现在公开接受订单并且已经向早期客户发货。

OS0：95° 超广角激光雷达

红外照相机下 Ouster OS0-128 线激光雷达的 FOV 表现

OS0-128 是超广角激光雷达的一个重大突破。

OS0 95° 的垂直 FOV 和 128 线的分辨率可以提供给客户超清的可视性，为目标检测和识别提供足够的分辨率。

结合小于 50cm 的盲区和最新的窗口堵塞检测（window blockage detection）功能，OS0 非常适合于自动驾驶车辆、卡车环视和盲区检测等应用。此外，OS0 也是很多类型室内机器人主传感器的选择。

对于感知或物体分类（object classification）需求较少的应用场景，Ouster 可以提供 32 线的 OS0。该规格传感器可以使室内或室外机器人能够以较高的速度精准识别并避开障碍物，只要用一台 OS0 就可以取代之前使用多个传感器的组合方案。

OS0 主要技术参数：

• 探测距离：50 米（80% 反射率）
• 垂直 FOV: 95°
• 分辨率：32 线，128 线
• 价格：样品价 6000 美元，提供批量折扣

OS2：远距离、高分辨率

Ouster 新发布的远距离 OS2 激光雷达的点云演示

OS2-128 是 Ouster 所有产品中性能的顶端，与现有的最高分辨率传感器性能不相上下，但价格更便宜。

OS2-128 的光束在 22.5° 垂直 FOV 内以 0.18° 的角度均匀分布，完全满足自动驾驶车辆和高空无人机的远程高速感知需求。

OS2-128 使用专有的 ASIC 和单光子雪崩二极管（SPAD）探测器，利用激光雷达测量激光脉冲返回的光子形成影像，这项独特的技术在激光雷达行业是独一无二的，并解锁了一系列 2D/3D 转换技术，为目标分类和分割提供了全新的技术思路。

OS2 主要技术参数：

• 探测距离：240 米（80% 反射率）
• 垂直视场角：22.5°
• 分辨率：32 线、64 线、128 线
• 价格：样品价起始价为 16000 美元，可享受批量折扣

自定义线束扫描方向的激光雷达

Ouster 此次发布的 128 线激光雷达采用均匀分布的线束模式，在整个 FOV 中保持一致的角度分辨率。

16、32 和 64 线传感器除均匀分布外，根据不同应用场景的需求，客户可以选择将线束聚集在视野的某一角度范围内以获得更高的角度分辨率。

下图是 OS1 可选线束分布示意：

OS1-16、32 和 64 线束分布选择

Ouster 表示，旗下所有 16、32 和 64 线激光雷达，除了标准的均匀分布模式，都可选择以下任一线束分布模式：

• 渐变模式（Gradient）- 中间密集分布，向两边逐渐稀疏。
• 水平向下模式（Below-horizon）- 在激光雷达中心水平线下以均匀间隔排列的线束。将传感器的垂直视野减少一半，将扫描区域的角度分辨率提高一倍。
• 密集模式（Tight-column）- 将光束集中在垂直 22.5°的 FOV 内。如果客户的应用不需要宽 FOV，密集模式会减少冗余信息同时大大增加核心区域的有效线束。

“数字激光雷达”的前景

数字激光雷达是高分辨率激光雷达新的一章。

这项专利化的技术依赖于全半导体设计，用性能更好、成本更低、效率更高、价格更实惠的单晶硅芯片取代以往需要数千个元器件的模拟激光雷达。

数字激光雷达不同于现在其它机械旋转激光雷达，在各个方面都优于它将要取代的传统技术。

Ouster 新的 128 线激光雷达包含了一个基于下一代硅结构的 ASIC 芯片，其内部代号为“Whitney”，Ouster 用了两年时间开发这款 ASIC，这是目前最先进的激光雷达 ASIC 芯片。

Whitney 架构将单光子雪崩二极管（SPAD）探测器阵列直接集成在了芯片上，这一架构使 Ouster 的 SPAD 具有与上千万颗晶体管一样的数字处理能力，从而可以让激光雷达每秒钟能够处理超过 1 万亿光子，产生 260 万个数据点。

结合 ASIC 先进的性能，Ouster 的激光雷达还具有独特的功能，如基于芯片窗口堵塞检测（on-chip window blockage detection）技术、相机般的环境成像和先进的激光编码技术。

OS0、OS1 和 OS2 都对其激光光源做了如下改进，将两倍的激光光源装进一个不超过一粒米大小的芯片里。这些垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于其体积小、人眼安全性、低制造成本以及在智能手机和消费电子行业的广泛应用，被认为是最有前途的激光雷达新兴技术。

另一方面，由于整体数字设计和简单的结构，Ouster 的激光雷达非常牢固，已经超过汽车行业的冲击和振动标准要求。另外，Ouster 的所有产品线都具有 IP68 和 IP69K 防水等级，是市场上所有激光雷达传感器中最高的。

对于“数字激光雷达”的承诺，Ouster 才刚刚开始践行。

成立四年的 Ouster 目前已经拿到了 4 轮融资，总额超过 9000 万美元，团队现有 150 余人。手握着不俗的产品阵列，这家公司要开始大力拓展中国市场了。

2019 年年底，Ouster 已在上海成立办公室，并与多家国内企业展开合作。接下来，就要看 Ouster 能否在竞争激烈的中国激光雷达市场打开一片天地。

(最后，插播一个小广告：对Ouster有兴趣的朋友，欢迎添加微信：ALEXlzg 交流沟通。)