近日，奧比中光控股子公司深圳奧銳達科技有限公司（下稱“奧銳達”）正式釋出單光子面陣固態鐳射雷達技術方案（下稱“方案”）。該方案創新性地融合VCSEL與SPAD技術架構，實現了解析度和探測距離的顯著突破，並在功耗、體積等工程化特性上有突出表現。
VCSEL+SPAD技術，實現遠距離單光子探測
在全固態鐳射雷達領域，目前主流的技術路線為包括OPA光學相控陣技術、 Flash快閃技術等。其中，OPA光學相控陣技術技術難度高，成本居高不下；Flash快閃技術則因其發射面陣光源的物理特性，能量分散，探測距離則較為受限。
奧銳達的鐳射雷達採用創新性的VCSEL+SPAD技術方案。其中，多節可定址VCSEL（Addressable VCSEL）透過可控的多光束掃描技術，對外發射VCSEL鐳射器的點陣多光束光源；同時，探測器可以開啟與發射相對應的區域，接收目標反射光；最終透過電子掃描，完成整個視場範圍內的鐳射雷達點雲獲取。
VCSEL+SPAD的可控多光束掃描技術圖解
這種可控的多光束掃描光源被稱為可定址VCSEL（Addressable VCSEL）。相較於Flash方案，可定址 VCSEL鐳射器的發射光峰值功率密度和訊號信噪比均顯著提高。這也意味著，在相同的功率下，奧銳達的鐳射雷達方案可以實現更遠的探測距離。此外，這種掃描方式有助於晶片化和小型化，最大限度地減少了外圍電路的複雜程度，實現全固態掃描。
在接收端，奧銳達的方案採用了SPAD（Single Photon Avalanche Diode, 即單光子雪崩二極體）陣列感測器，從而使得鐳射雷達具備單光子探測能力，探測靈敏度大幅提升。
實際探測過程中，奧銳達的鐳射雷達探測系統，可以在亞毫秒/毫秒級的時間段內，使用可定址VCSEL光源打出去成百上千個光脈衝。從目標反射回來的鐳射脈衝訊號被對應區域的SPAD畫素接收，以一定的機率觸發像素髮生雪崩事件，完成光子計數。最終，系統透過排序累積形成能夠完成接收脈衝訊號波形重構的直方圖，從而實現對目標的測距。
智慧汽車感測器示意圖
TCSPC動態調整，合理分配系統能力
從技術角度出發，發射+接受脈衝光訊號的次數越多，系統對波形的重建也越準確，測距能力也越強。但是，累積次數過多也會導致系統幀頻的下降。
為此，奧銳達的鐳射雷達方案可以透過調整TCSPC（Time-Correlated Single Photon Counting，時間相關單光子計數器）次數動態，來設定不同探測區域的測距效能。
在實際行車過程中，智慧汽車對不同視角、不同環境下的測距需求是不同的。在需要更多深度資訊的區域，Ordarray可以打上更多脈衝光訊號；在邊緣區域，Ordarray可合理降低訊號的發射與接收頻次，使得系統能力透過動態調整得到合理分配。
目前，奧銳達已經完成全套技術鏈路的驗證。基於業界先進的標準CMOS半導體工藝製作的可量產的VCSEL鐳射器，SPAD陣列型感測器和晶片，奧銳達的單光子面陣鐳射雷達技術已經攻克了在較小體積和功耗條件下高幀率的鐳射發射、接收、訊號處理的各項技術難關。
Ordarray在靜止與行駛狀態下生成的點雲圖
值得一提的是，基於單光子面陣雷達的特殊成像模式，Ordarray可同其他鐳射雷達、高畫質攝像頭等高精度感測器協同工作，大幅降低旋轉和混合固態式鐳射雷達與其它異構感測器資料標定融合的困難，使得智慧汽車處理中樞完成多類感測器的資料前融合。在多感測器的加持下， Ordarray可以全面提升智慧汽車對行人、障礙物和小型物體的檢測能力，從而提升自動駕駛的安全冗餘及容錯率。
全固態模組化設計，更小巧、更靈活、更易裝車
目前，奧銳達已經成功實現大規模固態面陣鐳射雷達的整合設計。Ordarray採用全固態結構設計，機身內部沒有任何機械旋轉運動部件。這直接降低了車載鐳射雷達產品的體積、故障率，全線提升產品可靠性。
Ordarray還採用模組化創新設計，重構了發射模組、接收模組、資訊處理模組等內部空間，以適配不同車型對於鐳射雷達的探測要求。奧銳達設計了多款介面完全相容的收發鏡頭。按照不同的效能需求，只需要更換光學鏡頭，即可精準獲取不同視場角及探測範圍內的點雲資料，從而大幅降低廠商的適配成本。
奧銳達Ordarray的攝像頭可以拆解更換，以適配不同需求
為了解決固態鐳射雷達的量產難題，奧銳達結合多年3D視覺類產品大規模量產經驗，自主研發機器視覺自動化裝調方案，減少繁瑣的人工校準等程式，從而輕鬆實現鐳射雷達裝調，大幅提升鐳射雷達的可量產性。
針對固態鐳射雷達，奧銳達將在今年對技術和產品進行兩輪迭代；在推進產品研發的同時，奧銳達車規級工廠和產線也提上議程，預計到2022年，符合IATF 16949標準的車規級產線將逐步投產。
奧銳達透過自動化裝調方案，提升產品可量產性
深圳奧銳達科技有限公司是奧比中光科技集團股份有限公司的控股子公司。作為國內領先的車載3D視覺感測器方案提供商，奧銳達自2019年4月成立起一直致力於創新的鐳射雷達和車載3D攝像頭底層核心元器件和新型架構的設計，公司產品包括面向移動機器人行業和汽車行業的鐳射雷達和車規級3D TOF攝像頭。
