第二屆“光”+智能駕駛技術(shù)高峰論壇于2019年9月6日舉辦，本次論壇邀請(qǐng)了政府部門、咨詢機(jī)構(gòu)、整車企業(yè)、激光雷達(dá)制造商、紅外夜視、攝像頭等傳感器重點(diǎn)企業(yè)及知名科研院所等到會(huì)研討，共話光與汽車電子行業(yè)市場(chǎng)前景。以下為璦鐠瑞思光學(xué)有限公司（ESPROS）CEO兼創(chuàng)始人Beat De Coi現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄：
璦鐠瑞思光學(xué)有限公司（ESPROS）CEO兼創(chuàng)始人Beat De Coi
女士們、先生們，大家下午好！非常高興來到這里和大家分享我們最新的一種雷達(dá)系統(tǒng)。
我們未來想要達(dá)到的目標(biāo)可能就是告訴Siri或者阿里巴巴開發(fā)的智能語音助手，說帶我回家吧，說一個(gè)命令，我們的車就可以自動(dòng)帶我們回家。但是我們都知道這其實(shí)還有很長的路要走，才能實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。所以我們今天要講的幾個(gè)主題是PPT上大家看到的，我們要達(dá)到的ADAS的要求。跟大家簡單介紹目前激光雷達(dá)傳感器的局限，另外也想和大家對(duì)比不同的傳感器技術(shù)，也會(huì)跟大家談一談接收器的部分，最后簡單介紹我們的OHC 15L硅半導(dǎo)體的激光雷達(dá)成像技術(shù)。
如果大家去跟不同的主機(jī)廠說，大家可能給出的ADAS要求不一樣，有些時(shí)候他們會(huì)說可能你們的距離是150米，反射率是10%，很多德國公司會(huì)說要200米，還有一些德國公司會(huì)說距離要250米，然后在德國路上還有一些是限速的，所以長距離更難實(shí)現(xiàn)。整個(gè)目標(biāo)大小是150米，最高的空間分辨率是小于0.05，這對(duì)于我們目前來說是非常有挑戰(zhàn)性的，然后它的水平視野是360度，垂直視野是30度，如果是近距離的話，那可能是90度，或者可能會(huì)更高。
而且它需要在所有的氣侯條件下都可以行駛，并且是白天、晚上都可以行駛。因?yàn)榧す饫走_(dá)是在晚上會(huì)比較好用，假如說白天太陽光很大的話就會(huì)有問題，它的幀率應(yīng)該是大于20。這些都是OEM要求的，但我們的經(jīng)驗(yàn)是目前為止，我們覺得這個(gè)要求太低了，我們應(yīng)該把這個(gè)要求更加提高。我們需要讓它更加安全。我們還需要在上面安裝其他的傳感器，也要盡量壓低成本。
對(duì)比不同的傳感器技術(shù)，支持ADAS的傳感器技術(shù)我們做了對(duì)比。超聲波、CWTOF、PTOF，它也是直接的TOF飛行測(cè)距。我們可以對(duì)比對(duì)這種不同的傳感器在不同指標(biāo)上的表現(xiàn)，比如目前PTOF的分辨率在垂直距離上其實(shí)不是很高，在白天和晚上的性能不一樣，因?yàn)闀?huì)受到環(huán)境光的影響。最后幀率也會(huì)比較低，它低是因?yàn)閽呙璧挠兴拗啤?/p>
當(dāng)然了，我們還同雷達(dá)以及超聲波的傳感器進(jìn)行了對(duì)比。更進(jìn)一步看接收端，我們可以對(duì)比3種不同的實(shí)施方案，1、APD；2、SPAD；3、ESPROS OHC 15L。如果你看關(guān)鍵的參數(shù)，APD基本上在一些限制方面都有比較大的限制，而且最重要的是敏感性，我的意思是APD和SPAD都整合了很多的東西，尤其是需要渲染目標(biāo)上的光源。后面你們可以再算數(shù)字。這兩個(gè)都是需要200多個(gè)光子。但是我們的技術(shù)只需要20光子，所以它的敏感性幾乎是10倍的差距，其實(shí)對(duì)CMOS和CCG的傳感器也差不多是這樣。
分辨率的問題。這里只有屈指可數(shù)的光束，而這個(gè)就會(huì)導(dǎo)致在這里所出現(xiàn)的曲線，根本什么都沒有檢測(cè)出來，所以這是0-5度的分辨率不可以說允許的。最大的問題是周邊光的問題，如果你在汽車上安裝傳感器，它會(huì)試著偵測(cè)前面有可能出現(xiàn)騎自行車的行人，傳感器不僅收到行人的光，也會(huì)收獲道路太陽反射過來的光源。
而這樣的周圍光有可能要比它自己本身的光更大的。而原因是因?yàn)榭扉T時(shí)間必須得開啟一定的時(shí)間，比如我要測(cè)量270米的距離，那么快門時(shí)間就必須要開啟1800毫秒這么長的時(shí)間，但是這個(gè)快門時(shí)間周邊的光還是收取過程中的，你的快門時(shí)間越長，那么它接收到的光子就會(huì)越多。對(duì)著周邊光收取越多，你可以看到這些周邊光是從0慢慢往上升的，而快門的噪聲也會(huì)有所產(chǎn)生。
如果在實(shí)際情況中，你距離270米，你抽樣的快門時(shí)間是1.8毫秒，我們就收集到了4500個(gè)周邊光子這么多，而這些光子又會(huì)從物體上反饋回來的回波光子產(chǎn)生沖突。而它拍攝噪聲的周邊光子是有67個(gè)，那么為了進(jìn)行安全的政策，這也就是MEMS所顯示出來的，而系統(tǒng)的參數(shù)是對(duì)它可以進(jìn)行有所免疫的，光的波段是25毫米。所以這可以看出來是比較強(qiáng)大的鏡片。我們能說的是取決于周邊光，我們需要一定的光子去做到安全的偵測(cè)，也就是284個(gè)光子。做一個(gè)簡單的數(shù)學(xué)題，它在這個(gè)時(shí)間中收到4500個(gè)光子，如果反射陣列過來有150個(gè)光子，最后動(dòng)態(tài)的結(jié)果只會(huì)達(dá)到3.5分貝，這個(gè)信噪比還是比較低的。
如果我們達(dá)成100%的功率脈沖，在100米距離的時(shí)候，如果我們把距離加倍，比如加到180米，還有同樣的脈沖，信號(hào)可能就會(huì)降到25%，所以這其實(shí)是1/1平方的問題，當(dāng)我們將距離加倍的話，或者我們就可能只能達(dá)到25%，如果3倍可以達(dá)到10%。如果我們有用一些光的曲線，這個(gè)脈沖就可以偵測(cè)到，因?yàn)樗裙饷}沖更高。這里所收集的周邊光更低，如果有距離更有距離。所以要把黃色的這塊區(qū)域盡可能維持在低的區(qū)域。
如何做到這點(diǎn)？和我們做開發(fā)的方法有關(guān)系。是我們的成像儀這塊。我們所收集的周邊光的數(shù)量有一個(gè)線性關(guān)系，如何降低所收集的周邊光呢？很簡單，就是去運(yùn)用測(cè)量時(shí)間，比方我們收集的光子能減少10倍就可以去成功的降低我們的信噪比，最直接的方式就是去重新十月快門時(shí)間。而這就是關(guān)鍵的問題。每個(gè)系統(tǒng)都會(huì)有的關(guān)鍵時(shí)間，不管有沒有裝CCT，這些都沒有關(guān)系，抽樣時(shí)間或者快門時(shí)間是最關(guān)鍵的因素。
這是對(duì)于APD和SPAD系統(tǒng)的典型解決方案，濾波器可能有用，但是不一定有用。短暫的過濾也可能有效，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以降低幀率，然后降低快門時(shí)間。因?yàn)槟悴恢滥闶裁磿r(shí)候會(huì)收到回來的回波。如果距離更短所需要的時(shí)間更短，所以APD和SPAD都有內(nèi)在固有的限制，這是因?yàn)樗麄兊目扉T時(shí)間相對(duì)較長。
我們所對(duì)應(yīng)的方法是什么呢，如何解決這個(gè)問題呢？我們的方法是將即將收回來的信號(hào)抽樣，而且是以一個(gè)個(gè)小桶為單位進(jìn)行抽樣。如果我們要是2毫秒收集到400樣件，你所需要的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)的縮小。也就是說所需要的時(shí)間是降低了400倍，但是它需要什么條件才能實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)呢？首先需要非?？焖俸透咝阅艿腃CD，CCD需要達(dá)到200MHZ，需要非?？焖俚腁DC，還需要非常低噪聲的接收端，同時(shí)還需要非常高量的接收端。在接收端可以接收到250MHZ，這是非?？斓乃俣取?duì)于ADC這塊每個(gè)樣件可能每秒要接收2.5億象素這么多。
雷達(dá)的工作原理是在接下來幾頁P(yáng)PT中顯示出來，我們這里是一個(gè)光子的探測(cè)器，它會(huì)生產(chǎn)出電子的電核，通過吸收這些光子，然后再把這些電核移送到傳送帶上，基本上就像是工廠上的傳送帶，把各個(gè)部件沿著傳送帶、沿著一定的速率傳送到其他的地方去。這是取決于各個(gè)零件放在上面的時(shí)間間隔，所以地點(diǎn)取決于時(shí)間的變化。在傳送的終端有這么一個(gè)電核的獨(dú)處。對(duì)于效果我會(huì)講更多的細(xì)節(jié)。
這上面是由光子產(chǎn)生的電核，橫軸就是我們的這條傳送帶、柱狀圖，這邊都是很小的電核，越靠近縱軸越高。我們會(huì)把它靠近電核上去。每個(gè)取樣時(shí)間都是4-5微秒，所以周圍的環(huán)境光就只是在最開始的時(shí)間段是有環(huán)境光的，所以它不會(huì)影響長期的取樣。時(shí)間長了之后就會(huì)有這樣的圖，所以我們做完一整塊之后就會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。
回到我之前舉的例子里，比如我們用1.8微秒的取樣時(shí)間是可以收集4500個(gè)環(huán)境光產(chǎn)生的光子。分解到每5納秒里面每個(gè)小電極里面只有12.5個(gè)光子了，環(huán)境短噪音光子就會(huì)從原來的67降到現(xiàn)在每個(gè)小電極里的3.5，3.5×4，差不多是14，所以理論上我們可以用14個(gè)光子來測(cè)量距離。還有一個(gè)比較重要的是隔相同時(shí)間進(jìn)行取樣，所以我們是有不同的時(shí)間的反射。如果用這樣的傳感器，在車?yán)锩嬗眉す饫走_(dá)這樣的傳感器，用傳感器就可以接收到前面的車子返回來的光，可能由不同的時(shí)間返回不同的光源。
這里面有一個(gè)圖是我們?cè)趺丛赒和S未到達(dá)之前我們?cè)趺窗惭b我們的系統(tǒng)的，怎么安裝我們的成像系統(tǒng)的。我們可以看到邊界，就是像素場(chǎng)的邊界，橫線是一行，其實(shí)有很多行，豎的列也有很多列，這里只列出一行和一列做參照，在我們的系統(tǒng)當(dāng)中是有一個(gè)垂直的激光縱列，我們也是有MEMS，那我們這個(gè)縱向的垂直的激光器就會(huì)根據(jù)不同的時(shí)間選擇激光器。
有一束光發(fā)過來的時(shí)候就會(huì)選擇最近的激光器，就會(huì)通過這樣的方式進(jìn)入我們的成像系統(tǒng)里。激光進(jìn)入系統(tǒng)之后就會(huì)自動(dòng)在橫軸方向進(jìn)行分離，分到400個(gè)小的塊里面。在這個(gè)位置就可以直接被象素所感知，然后分到不同小的電極當(dāng)中去。我們就可以看到脈沖，脈沖在不斷的增加。從這個(gè)圖上可以看到一個(gè)縱列每發(fā)過來一束光線就有一個(gè)讀數(shù)，然后對(duì)讀數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程是非?？斓?，之前說300米，其實(shí)也就只有2微秒的事情，2微秒已經(jīng)走完了整個(gè)傳送帶的過程了，它其實(shí)就已經(jīng)分了4次，一共是1600個(gè)小電極。
如果我們分成5個(gè)納秒，很可能這個(gè)精確度就沒有那么高，因?yàn)?納秒其實(shí)意味著1.5米，就是來回的距離。也相當(dāng)于75厘米的測(cè)量距離，如果做分析的話，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)這里一直都是沒有信號(hào)的，到中間突然出現(xiàn)信號(hào)。這邊的距離全部都是5納秒，也是用我們之前的等式。用我們這個(gè)等式就可以計(jì)算中間的脈沖的重力，然后還可以衡量來的時(shí)間，通過來去的時(shí)間差測(cè)算物體的距離，所以從中間1號(hào)就可以看出整個(gè)是75厘米左右。
比如我們有一個(gè)反射率比較低的物體，是上面，下面是比較高反射率的。中間是一個(gè)截面，這個(gè)截面就是像我們看的下面的柱狀圖一樣，是低反射率的物體。我們用這個(gè)等式就可以算出來它的距離，大概算出來是5-10厘米。這是我們使用這個(gè)等式所收集到的數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)也是當(dāng)時(shí)我們做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候強(qiáng)日光的時(shí)候，從頭頂射下來的強(qiáng)日光。
看上面的圖，我們需要55個(gè)電子來達(dá)到我們的測(cè)量性，來達(dá)到50%的測(cè)量度，到這里是10厘米，如果探到10厘米需要150個(gè)可探測(cè)的電子。根據(jù)不同的來光量，這邊是150，往后是1000個(gè)電子，下面是2000，我們可以在圖上根據(jù)不同的橫軸讀出縱軸的數(shù)據(jù)，我們能測(cè)多少米的東西。
這邊是用我們的成像系統(tǒng)收集的圖像。這是我們用RGB攝像頭，它也是有3D的點(diǎn)，大家可以看到上面有很多垂直的線條。它的分辨率也很高，下面的圖也是我們車載的成像系統(tǒng)所捕捉的圖像。它的分辨率橫縱是256×144，它的轉(zhuǎn)換收益很高，所以它的轉(zhuǎn)化率是很高的。另外它的像素率大概能達(dá)到每秒1000萬，所以我們可以把這個(gè)像素率提高到1000萬，從原來的80萬左右提高到1000萬，幀率可以達(dá)到312，就是用我們的成像儀把幀率提高312，我們的成像儀從性能各方面來講都比現(xiàn)有的性能高很多。