【導(dǎo)讀】智能駕駛的發(fā)展將大幅提升對傳感器的需求量。 超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和多攝像頭系統(tǒng)已經(jīng)在高端汽車上應(yīng)用；隨著智能駕駛發(fā)展勢如破竹，環(huán)境感知技術(shù)將快速發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)揮協(xié)同作用。雖然傳感器僅僅是自動駕駛汽車的一部分，但是市場前景十分廣闊。
據(jù)法國權(quán)威市場分析機(jī)構(gòu) Yole Développement 的統(tǒng)計，智能駕駛主要通過攝像頭（長距攝像頭、環(huán)繞攝像頭和立體攝像頭）和雷達(dá)（超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)）實(shí)現(xiàn)感知的；當(dāng)前最先進(jìn)的智能汽車采用了 17 個傳感器（僅指應(yīng)用于自動駕駛功能），預(yù)計 2030年將達(dá)到 29 個傳感器。
傳感器技術(shù)路線圖和相關(guān)的自動駕駛功能
根據(jù)國外相關(guān)機(jī)構(gòu)(HIS/MarketsandMarketsResearch/PlunkedtResearch/MicroMarketMonitor 等)的測算以及我們的判斷，預(yù)計到 2020 年左右全球車載攝像頭、毫米波雷達(dá)和夜視系統(tǒng)等市場都將進(jìn)入快速成長期。
- 其中車載攝像頭：2015 年市場規(guī)模為 62 億人民幣， 2020 年將達(dá) 133 億人民幣，年復(fù)合增長率達(dá) 16%；
- 毫米波雷達(dá)： 2015年市場規(guī)模為 229 億人民幣， 2020 年將達(dá) 576 億人民幣，年復(fù)合增長率達(dá) 20%；
- 夜視系統(tǒng)： 2015 年市場規(guī)模為 293 億人民幣， 2020 年將達(dá) 514 億人民幣，年復(fù)合增長達(dá)12%。
全球傳感器的市場規(guī)模
攝像頭：智能駕駛之慧眼
車載攝像頭是實(shí)現(xiàn)眾多預(yù)警、識別類 ADAS 功能的基礎(chǔ)。 在眾多 ADAS 功能中，視覺影像處理系統(tǒng)較為基礎(chǔ)，對于駕駛者也更為直觀，而攝像頭又是視覺影像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此車載攝像頭對于智能駕駛必不可少。車道偏離預(yù)警（LDW）、前向碰撞預(yù)警（FCW）、交通標(biāo)志識別（TSR）、 車道保持輔助（LKA）、行人碰撞預(yù)警（PCW）、全景泊車（SVP）、駕駛員疲勞預(yù)警等眾多功能都可借助攝像頭實(shí)現(xiàn)，有的功能甚至只能通過攝像頭實(shí)現(xiàn)。
攝像頭可實(shí)現(xiàn)的ADAS功能
車載攝像頭價格持續(xù)走低，未來單車多攝像頭將成為趨勢。 攝像頭成本相對低廉，價格也從 2010 年的 300 多元持續(xù)走低，到 2014 年單個攝像頭價格已降低至 200 元左右。相對于車載雷達(dá)等傳感器價格更加低廉，易于普及應(yīng)用。 特斯拉 Autopilot 2.0 的硬件系統(tǒng)中就包含 8 個攝像頭，未來單車多攝像頭將成為趨勢。根據(jù)不同 ADAS 功能的要求，攝像頭的安裝位置也不盡相同。按攝像頭的安裝位置不同，可分為前視、側(cè)視、后視和內(nèi)置四個部分。未來要實(shí)現(xiàn)全套 ADAS 功能，單車需配備至少 5 個攝像頭。
車載攝像頭的價格不斷走低
前視攝像頭使用頻率最高，單一攝像頭可實(shí)現(xiàn)多重功能。 通過算法開發(fā)優(yōu)化，單一前視攝像頭可以實(shí)現(xiàn)多重功能，如行車記錄、車道偏離預(yù)警、前向碰撞預(yù)警、行人識別等。未來也有望通過算法整合，實(shí)現(xiàn)更多 ADAS 功能。前視攝像頭一般為廣角鏡頭，安裝在車內(nèi)后視鏡上或者前擋風(fēng)玻璃上較高的位置，以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的有效距離。 特斯拉 Autopilot 2.0 的硬件系統(tǒng)中有 3 個前視攝像頭，分別為正常、長焦、廣角攝像頭， 3 個攝像頭可覆蓋更遠(yuǎn)距離和更寬的視野范圍，探測精準(zhǔn)度還安全性將大大提高。特斯拉的這種做法也有望被后來者效仿。
側(cè)視攝像頭代替后視鏡將成為趨勢。 由于后視鏡的范圍有限，當(dāng)另一輛在斜后方的車位于這個范圍之外就“隱身”，這個范圍之外的部分就叫做盲區(qū)。因?yàn)槊^(qū)的存在，大大增加了交通事故發(fā)生的幾率。而在車輛兩側(cè)加裝側(cè)視攝像頭可以基本覆蓋盲區(qū)，當(dāng)有車輛進(jìn)入盲區(qū)時，就有自動提醒駕駛員注意，這就是盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)。
目前還出現(xiàn)了新的潮流，那就是使用側(cè)視廣角攝像頭取代后視鏡，這樣既能降低風(fēng)阻，同時又可以獲得更大更廣的視角，避免在危險的盲區(qū)發(fā)生意外， 寶馬 i8 Mirrorless 概念車就采用如此設(shè)計。 日本也已修改修改法規(guī)，允許無后視鏡的車輛上路，鼓勵用側(cè)視攝像頭取代后視鏡，美國國家公路交通安全局近期也承諾將修改法規(guī)，取消無后視鏡的車輛不允許上路的限制。 我們認(rèn)為，側(cè)視攝像頭取代后視鏡不僅可以降低風(fēng)阻，還可以覆蓋盲區(qū)，更加安全，未來將成為發(fā)展趨勢。
汽車后視鏡盲區(qū)
全景泊車系統(tǒng)調(diào)用車身周圍多個攝像頭，助泊車開啟“上帝視角”。 全景泊車系統(tǒng)通過安裝在車身周圍的多個超廣角攝像頭，同時采集車輛四周的影像，經(jīng)過圖像處理單元矯正和拼接之后，形成一副車輛四周的全景俯視圖，實(shí)時傳送至中控臺的顯示設(shè)備上。駕駛員坐在車中即可以“上帝視角”直觀地看到車輛所處的位置以及車輛周報的障礙物，從容操縱泊車入位或通過復(fù)雜路面，有效減少刮蹭、碰撞等事故的發(fā)生。
全景泊車系統(tǒng)的圖像拼接技術(shù)
車載攝像頭應(yīng)用廣泛且價格相對低廉，是最基本最常見的傳感器，未來市場空間將超百億人民幣。 攝像頭對于多個 ADAS 功能必不可少，未來單價也有望繼續(xù)走低，將帶動車載攝像頭市場空間快速增長。根據(jù) HIS 的估算，全球車載攝像頭出貨量將從 2014 年的 2800萬枚增長到 2020 年的 8300 萬枚，復(fù)合增長率達(dá) 20%。據(jù)此估算，全球車載攝像頭市場規(guī)模將從2015年的 62億人民幣增長到2020年的133億人民幣，年復(fù)合增長率將達(dá)16%。消費(fèi)區(qū)域主要在美洲、歐洲、亞太等地，其中亞太地區(qū)將成為增長最快的市場。
車載攝像頭市場規(guī)模預(yù)測
預(yù)計 2020 年國內(nèi)車載攝像頭需求量將達(dá) 4,200 萬顆，市場規(guī)模達(dá) 60 多億元。 2015 年國內(nèi)車載攝像頭需求量大約 1,300 萬顆。對國內(nèi)車載攝像頭市場規(guī)模簡單測算如下：
1）假設(shè)臺灣乘用車銷量保持 5%的年復(fù)合增長率，那么到 2020 年乘用車銷量將達(dá) 2699 萬輛；
2）假設(shè)到 2020 年，前視攝像頭(1 顆)滲透率接近 40%；側(cè)視攝像頭（2 顆）滲透率 20%；后視攝像頭(1 顆)滲透率為 50%；內(nèi)置攝像頭(1 顆)為 5%；
3）考慮到國內(nèi)龐大的汽車保有量，后裝市場也不可忽視。假設(shè)后裝僅考慮前視攝像頭(1 顆)和后視攝像頭（1 顆），滲透率都為 10%，那么后裝市場每年將新增需求 400 多萬顆。根據(jù)以上假設(shè)，可以估算出到2020 年國內(nèi)車載攝像頭市場新增需求約 4200 萬顆，按照單價 160 元人民幣計算，市場規(guī)模將達(dá) 67 億元人民幣。
2020 年國內(nèi)車載攝像頭市場需求量測算
攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈主要有鏡頭組、 CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體）、 DSP（Digital Signal Process 即數(shù)字信號處理器）、模組封裝等環(huán)節(jié)組成。近幾年，智能手機(jī)的高速增長帶動了攝像頭市場的蓬勃發(fā)展，但是從 2014年開始智能手機(jī)的增速已轉(zhuǎn)緩，手機(jī)攝像頭未來的增長率也必將放緩。隨著車載攝像頭市場的興起，手機(jī)攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的產(chǎn)能將向車載攝像頭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，預(yù)計未來CMOS、鏡頭、 模組封裝等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)將繼續(xù)保持高增長。
車載攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈
CMOS 是攝像頭的核心部件，廣泛應(yīng)用于車載攝像頭上。 CMOS，是攝像頭的感光元件，相比 CCD（Charge-coupled Device，即電荷耦合元件）感光元件成像質(zhì)量稍差一些，但是成本更低，也更加省電，在像素要求不高的車載攝像頭領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。另外 CMOS相對于 CCD 也有兩個重要優(yōu)勢：
1）速度快。 CMOS 光電傳感器采集光信號的同時就可以取出電信號，還能同時處理各單元的圖像信息，速度比 CCD 電荷耦合器快很多，高性能的 CMOS 攝像頭影像采集速度能高達(dá) 5,000 幀/秒；
2）高動態(tài)范圍。在車輛高速行駛時，光線條件變化劇烈且頻繁， COMS 即使在亮度差別較大的環(huán)境中仍能快速識別周邊物體。CMOS 價值約占到攝像頭成本的三分之一，基本被外資品牌把控。 Sony、 Samsung 和OmniVision 三家企業(yè)的市場份額超過 60%。
Sony 在全球 CMOS 傳感器領(lǐng)域常年占據(jù)市場份額第一的位置，憑借其在 CMOS 積累的深厚技術(shù)，加上收購了 Toshiba 影像傳感器業(yè)務(wù)，其市場份額有望進(jìn)一步擴(kuò)大。 CMOS 市場基本被外資品牌把控，國產(chǎn)品牌的話語權(quán)較弱。OmniVision 是國內(nèi) CMOS 封裝企業(yè)晶方科技的大股東之一，也是晶方科技的大客戶。因此晶方科技有望在 CMOS 需求量大幅增長的情況下受益。
2015年CMOS的市場份額
鏡頭也是攝像頭的一個重要部件，國內(nèi)自主品牌企業(yè)有明顯優(yōu)勢。根據(jù) TSR 的研究報告，2015 年全球攝像頭鏡頭廠商中，臺灣企業(yè)大立光電的出貨量仍保持第一，占據(jù)全球約三分之一的市場份額。而國內(nèi)舜宇光學(xué)以微弱優(yōu)勢超過玉晶，排名上升至第二。 而在車載攝像頭鏡頭市場，舜宇光學(xué)的鏡頭出貨量居全球第一位，市場占有率達(dá) 30%左右，已進(jìn)入各大車企（寶馬、奔馳、奧迪）前裝市場。
全球攝像頭鏡頭廠商及市場份額（單位： %）
車載攝像頭模組組裝工藝復(fù)雜，市場壁壘較高，但國內(nèi)已有廠商進(jìn)入。 相對于手機(jī)攝像頭等消費(fèi)級電子，車載攝像頭安全等級要求高，工藝也更加復(fù)雜，市場壁壘較高，Panasonic、Sony、 Valeo、 Fujitsu-ten 等廠商占據(jù)較大份額。車載攝像頭模組封裝的市場集中度也高于手機(jī)攝像頭，國內(nèi)舜宇光學(xué)、歐菲光等廠商在手機(jī)攝像頭封裝領(lǐng)域市場份額居前，現(xiàn)也已全面進(jìn)入車載攝像頭模組封裝制造中。
全球車載攝像頭模組封裝商及份額（單位： %）
雷達(dá)：測距測速必不可少的傳感器
雷達(dá)通過發(fā)射聲波或者電磁波對目標(biāo)物體進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)物體的距離、距離變化率（徑向速度）、大小、方位等信息。雷達(dá)最先應(yīng)用于軍事中，后來逐漸民用化。隨著汽車智能化的發(fā)展趨勢，雷達(dá)開始出現(xiàn)在汽車上，主要用于測距、測速等功能。汽車?yán)走_(dá)可分為超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等，不同雷達(dá)的原理不盡相同，性能特點(diǎn)也各有優(yōu)勢，可用于實(shí)現(xiàn)不同的功能。
（1）超聲波雷達(dá)
超聲波雷達(dá)是利用傳感器內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生 40KHz的超聲波，再由接收探頭接收經(jīng)障礙物反射回來的超聲波，根據(jù)超聲波反射接收的時間差計算與障礙物之間的距離。超聲波雷達(dá)成本較低，探測距離近精度高，且不受光線條件的影響，因此常用于泊車系統(tǒng)中。
自動泊車功能離不開超聲波雷達(dá)。 寶馬最新的 i 系列和 7 系列已經(jīng)支持使用車鑰匙遙控汽車自動泊車，在操作過程中用戶只需要發(fā)出前進(jìn)或后退兩個指示，汽車就會持續(xù)使用超聲波傳感器檢測車位和障礙物，自動操作方向盤和制動器，實(shí)現(xiàn)自動泊車。大眾第三代超聲波半自動泊車系統(tǒng)，泊車輔助系統(tǒng)通常使用 6-12 個超聲波雷達(dá)，車后部的 4 個短距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測倒車時與障礙物之間的距離，一側(cè)的長距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測停車位空間。
（2）毫米波雷達(dá)： ADAS 核心傳感器
毫米波是指波長在 1mm 到 10mm 之間的電磁波，換算成頻率后，毫米波的頻率位于 30GHz到 300GHz 之間。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。毫米波雷達(dá)在導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)監(jiān)視和截獲、炮火控制和跟蹤、高速通信、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近些年，隨著毫米波雷達(dá)技術(shù)水平的提升和成本的下降，毫米波雷達(dá)開始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。
不同波長雷達(dá)的應(yīng)用場景
毫米波雷達(dá)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，是 ADAS 核心傳感器。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)： 1）同厘米波導(dǎo)引頭相比， 毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)； 2）與紅外、激光等光學(xué)導(dǎo)引頭相比， 毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，具有全天候全天時的特點(diǎn)； 3） 性能穩(wěn)定，不受目標(biāo)物體形狀、顏色等干擾。 毫米波雷達(dá)很好的彌補(bǔ)了如紅外、激光、超聲波、攝像頭等其他傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場景。
毫米波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)，精度高，是 ACC、 AEB 首選傳感器。 毫米波雷達(dá)的探測距離一般在 150m-250m 之間，有的高性能毫米波雷達(dá)探測距離甚至能達(dá)到 300m，可以滿足汽車在高速運(yùn)動時探測較大范圍的需求。另外，毫米波因波長較短，彌散程度低，聚焦性好，因此毫米波雷達(dá)的探測精度較高。這些特性使得毫米波雷達(dá)能夠監(jiān)測到大范圍內(nèi)車輛的運(yùn)行情況，同時對于前方車輛的速度、加速度、距離等信息的探測也更加精準(zhǔn)，因此是 ACC、AEB 的首選傳感器。
毫米波雷達(dá)可用頻帶有24GHz、60~61GHz、76~79GHz，目前比較主流的是24GHz 和76~77GHz， 60~61GHz 只有日本使用。一般 24GHz 用于短/中距， 76~79GHz 用于中/長距，頻率越高，波長越短，測距測速的精度就越高。頻帶發(fā)展的趨勢是從低頻向高頻過渡：
1）歐盟： 1997 年，歐洲電訊標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會確認(rèn) 76-77GHz 作為防撞雷達(dá)專用頻道；
2）美國： 24GHz 和76~77GHz 兩個頻帶均可用；
3）日本：先選用了 60~61GHz，后又轉(zhuǎn)入76~77GHz 頻帶；
4）日內(nèi)瓦 2015 年世界無線電通信大會， 77.5~78.0GHz 劃分給無線電定位業(yè)務(wù)，以支持短距離高分辨率車載雷達(dá)的發(fā)展；
5）中國： 2005 年，原信息產(chǎn)業(yè)部《微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求》，77GHz 劃分給車輛測距雷達(dá)。
毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)主要由國外電子公司掌控。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)主要包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模塊，而 MMIC芯片和天線 PCB 板是毫米波雷達(dá)的硬件核心。目前毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)主要被 Bosch、Continental、 Denso、 Autoliv 等零部件巨頭壟斷，特別是 77GHz 產(chǎn)品技術(shù)只有 Bosch、Continental、Denso、Delphi 等少數(shù)幾家公司掌握。Bosch 的所有的車載雷達(dá)都采用 77GHz的頻率，預(yù)計 2016 年將出產(chǎn)第一千萬個77GHz 毫米波雷達(dá)。 Continental 的雷達(dá)產(chǎn)品較全面，其中主力產(chǎn)品是 24GHz。
2015 年全球車載毫米波雷達(dá)主要供應(yīng)商及市場份額（單位： %）
低成本 CMOS 解決方案有望加快市場開啟。 目前 77GHz 毫米波雷達(dá)系統(tǒng)單價大約在 250歐元左右，高昂的價格限制了毫米波雷達(dá)的車載化應(yīng)用。毫米波雷達(dá)的收發(fā)器芯片普遍使用 SiGe 雙極型晶體管等特殊半導(dǎo)體，但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，被廣泛用于數(shù)字電路且成本相對較低的 CMOS，也可被用于毫米波電路。
CMOS 與傳統(tǒng) SiGe 雙極型晶體管相比，由于在低電壓條件下也可運(yùn)行，因此可降低耗電量。雖然 CMOS 存在低頻區(qū)噪聲偏大的問題，但兩者在毫米波區(qū)域（76-81GHz）具有大致同等的性能，未來車載毫米波雷達(dá)主流頻段是 77-79GHz，因此 CMOS 低頻區(qū)噪聲大的問題并不太突出。 由于目前全球CMOS 產(chǎn)業(yè)鏈已較為成熟，可大批量生產(chǎn)，未來若能用 CMOS 替代 SiGe 雙極型晶體管，毫米波雷達(dá)的成本有望顯著下降，市場也有望加快開啟。
兩種毫米波雷達(dá)收發(fā)器芯片工藝技術(shù)比較
目前 Fujitsu 研究所已成功研發(fā)出采用 CMOS 工藝的 4 通道接收芯片。 Fujitsu 研發(fā)的此款產(chǎn)品不僅與現(xiàn)行 SiGe 產(chǎn)品具有同等的高頻功能，還成功解決了低頻區(qū)噪聲問題。而新的 CMOS 芯片比傳統(tǒng)的 SiGe 芯片降低了一半左右的電耗，還可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和低成本化。Fujitsu 預(yù)計 2018 年左右，該產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，采用該技術(shù)的毫米波雷達(dá)的成本也有望大幅降低。低成本化有望加快引爆車載毫米波雷達(dá)市場。
（3）車載毫米波雷達(dá)國產(chǎn)化大潮將至
車載毫米波雷達(dá)國產(chǎn)化在即， 24GHz 產(chǎn)品技術(shù)已獲突破， 77GHz 產(chǎn)品正加緊研發(fā)。 前端單片微波集成電路（MMIC）是毫米波雷達(dá)的關(guān)鍵部件， MMIC 技術(shù)主要被國外零部件巨頭壟斷，國內(nèi)在此領(lǐng)域尚處于起步階段。但國內(nèi)部分公司經(jīng)過幾年的研發(fā)， 24GHz 車載雷達(dá)技術(shù)已獲得突破，產(chǎn)品即將問世。 77GHz 產(chǎn)品的研制由于受到國外的技術(shù)封鎖，目前大多還處于研發(fā)試驗(yàn)階段。我們預(yù)計，隨著智能汽車行業(yè)的快速發(fā)展，將開啟對毫米波雷達(dá)的大量需求，國內(nèi)相關(guān)公司將加速研發(fā)， 77GHz 產(chǎn)品有望在未來三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
國內(nèi)毫米波雷達(dá)相關(guān)企業(yè)及單位研發(fā)進(jìn)展
汽車智能化浪潮洶涌， ADAS 資源整合是關(guān)鍵。 汽車智能化水平的提升使得國內(nèi)整車廠商對 ADAS 系統(tǒng)的需求巨大，而整車廠商對整套 ADAS 系統(tǒng)的需求比單一傳感器的需求更為強(qiáng)烈，擁有整套 ADAS 技術(shù)（感知、控制、執(zhí)行）的公司將更有競爭力。因此我們認(rèn)為，國內(nèi)大型廠商（一級、二級供應(yīng)商）將十分關(guān)注對 ADAS 前端（感知）、中端（控制）、后端（執(zhí)行）資源的整合，率先掌握稀缺資源就會擁有先發(fā)優(yōu)勢，更容易在智能駕駛的潮流中脫穎而出。
關(guān)注車載毫米波雷達(dá)市場并購機(jī)會。 國內(nèi)在毫米波雷達(dá)研發(fā)方面起步較晚，擁有 24GHz產(chǎn)品技術(shù)的公司還較少，而掌握 77GHz 產(chǎn)品技術(shù)的公司更是鳳毛麟角，是市場上非常稀缺的資源。因此我們認(rèn)為， 掌握車載毫米波雷達(dá)核心技術(shù)的公司將是國內(nèi)大型廠商、上市公司十分重視的資源，要關(guān)注市場上存在的潛在并購機(jī)會。如 2015 年 12 月 16 日，亞太股份控股股東亞太機(jī)電集團(tuán)與杭州智波科技有限公司簽訂合作協(xié)議，以 700 萬元增資智波科技獲 10%的股權(quán)，引進(jìn)車載毫米波雷達(dá)項目。
激光雷達(dá)： 功能強(qiáng)大 成本大幅降低可期
激光雷達(dá)是軍轉(zhuǎn)民的高精度雷達(dá)技術(shù)。 激光雷達(dá)的應(yīng)用一開始主要為軍事領(lǐng)域，受到了各國軍事部門的極大關(guān)注。相比普通雷達(dá)，激光雷達(dá)可提供高分辨率的輻射強(qiáng)度幾何圖像、距離圖像、速度圖像。按用途和功能劃分，有跟蹤激光雷達(dá)、制導(dǎo)激光雷達(dá)、火控激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)、水下激光雷達(dá)等，可適應(yīng)不同戰(zhàn)場環(huán)境。在民用領(lǐng)域中，激光雷達(dá)因其在測距測速、三維建模等領(lǐng)域的優(yōu)越性能也被廣泛應(yīng)用。
激光雷達(dá)性能精良，是無人駕駛的最佳技術(shù)路線。 激光雷達(dá)相對于其他自動駕駛傳感器具有非常優(yōu)越的性能：
1）分辨率高。 激光雷達(dá)可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常激光雷達(dá)的角分辨率不低于 0.1mard 也就是說可以分辨 3km 距離上相距 0.3m 的兩個目標(biāo)，并可同時跟蹤多個目標(biāo)；距離分辨率可達(dá) 0.1m；速度分辨率能達(dá)到 10m/s 以內(nèi)。如此高的距離、速度分辨率意味著激光雷達(dá)可以利用多普勒成像技術(shù)獲得非常清晰的圖像。
2）精度高。 激光直線傳播、方向性好、光束非常窄，彌散性非常低，因此激光雷達(dá)的精度很高。
3）抗有源干擾能力強(qiáng)。 與微波、毫米波雷達(dá)易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對激光雷達(dá)起干擾作用的信號源不多，因此激光雷達(dá)抗有源干擾的能力很強(qiáng)。
激光雷達(dá)可以分為一維激光雷達(dá)、二維激光雷達(dá)、三維激光掃描儀、三維激光雷達(dá)等。 其中一維激光雷達(dá)主要用于測距測速等，二維激光雷達(dá)主要用于輪廓測量、物體識別、區(qū)域監(jiān)控等，三維激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時三維空間建模。
車載三維激光雷達(dá)一般安裝在車頂，可以高速旋轉(zhuǎn)，以獲得周圍空間的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而實(shí)時繪制出車輛周邊的三維空間地圖；同時，激光雷達(dá)還可以測量出周邊其他車輛在三個方向上的距離、 速度、加速度、角速度等信息，再結(jié)合 GPS 地圖計算出車輛的位置，這些龐大豐富的數(shù)據(jù)信息傳輸給 ECU 分析處理后，以供車輛快速做出判斷。
不同類型激光雷達(dá)的功能及應(yīng)用場景
三維激光雷達(dá)逐漸發(fā)展為自動駕駛的標(biāo)配。 三維激光雷達(dá)功能強(qiáng)大，是無人駕駛的最佳解決方案，從最早的谷歌豆莢車到層出不窮的車企測試案例，激光雷達(dá)已經(jīng)逐漸發(fā)展為標(biāo)配。不難發(fā)現(xiàn)，隨著企業(yè)自動駕駛方案的選擇和規(guī)劃，車用激光雷達(dá)的商業(yè)化正悄然發(fā)生。
Velodyne 64 線激光雷達(dá)成為無人駕駛的標(biāo)志性特征。 2012 年 5 月，谷歌改裝版豐田普銳斯自動駕駛汽車在內(nèi)華達(dá)州上路測試，出場時頭頂轉(zhuǎn)個不停的 Velodyne 64 線，很快就成了自動駕駛汽車的標(biāo)志性特征。與此同時，谷歌對外宣布項目研究目標(biāo)——實(shí)現(xiàn)無人駕駛并且量產(chǎn)。從正面看，拆解后的 Velodyne 64 線整個激光收發(fā)器可以視為上下兩部分，每部分都有三個并排透鏡，兩側(cè)透鏡是激光發(fā)射處，中間是接收處。轉(zhuǎn)到產(chǎn)品背后會發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)凸鏡后各有 16 個一組的二極管，中間透鏡對應(yīng) 32 個接收器，可以把光信號變成電信號。
Velodyne 64 線激光雷達(dá)解剖圖
在保證質(zhì)量的前提下，成本的降低將反推智能駕駛的產(chǎn)業(yè)進(jìn)程。 激光雷達(dá)憑借其超高精準(zhǔn)度，被認(rèn)為是無人駕駛的必然選擇； 2016 年以來，激光雷達(dá)巨頭 Velodyne 與 Quanergy紛紛表態(tài)未來其激光雷達(dá)成本將大幅度降低，以此來滿足無人駕駛汽車量產(chǎn)的需要。
Velodyne 車用激光雷達(dá)產(chǎn)品未來有望將成本控制在 200 美元以內(nèi)。Velodyne 的激光雷達(dá)輸出的是原始數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過二次處理，以 64 線激光雷達(dá)，每秒的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量是 130 萬，這需要桌面級顯卡支持才能流暢工作。而桌面級顯卡字眼需要昂貴的顯存和散熱設(shè)計，而且價格昂貴，高達(dá) 7 萬美元。
2016 年 1 月，CES 期間 Velodyne 與福特揭曉了最新產(chǎn)品 Solid-State Hybrid Ultra PuckTM Auto，范圍為 200 米，可以滿足車企 ADAS 和全自動駕駛需要。目前供給車企的 Pack1.5 投放壽命為 6-8 個月，車企測試后 Velodyne 會根據(jù)反饋重新調(diào)整設(shè)計。明年初推近改良后的 pack2.0 進(jìn)行第二輪測試，在 18 年初或年中推出 pack3.0 作為正式商用版本。公司對這款產(chǎn)品 2020年目標(biāo)產(chǎn)量定價為每個 500 美元， 2025 年將成本控制在 200 美元以內(nèi)。
Quanergy 激光雷達(dá)量產(chǎn)后售價有望接近 100 美元。Quanergy 在今年 CES 展出了一款固態(tài)激光雷達(dá) S3 約為一盒名片大小，而且單個售價初步定在 250 美元左右，其展臺工作人員表示上量生產(chǎn)后有可能 100 美元搞定。未來幾年里，小型專用激光雷達(dá)將會在汽車行業(yè)爭奪市場。
（1）激光雷達(dá)三大廠商
無人駕駛給激光雷達(dá)民用開拓了全新的市場，而激光雷達(dá)的核心技術(shù)主要掌握在Velodyne、 Ibeo 和 Quanergy 三家企業(yè)手中。
三家激光雷達(dá)生產(chǎn)企業(yè)的主要產(chǎn)品對比
1）Velodyne：并不提供算法產(chǎn)品，而是向車企輸出激光雷達(dá)原始數(shù)據(jù)。 Velodyne 是一家硅谷公司，在參加了兩屆 DARPA 無人駕駛汽車挑戰(zhàn)賽后，于 2007 年開始專注研究激光雷達(dá)，用一款 Velodyne 64 線激光雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)入 360° 高性能激光雷達(dá)領(lǐng)域。于是就有了2011 年谷歌無人駕駛汽車在灣區(qū)測試時，吸引人們目光的“大花盆”。
Velodyne 目前已經(jīng)量產(chǎn)銷售的激光雷達(dá)有三款，分別是 HDL-64E(64 線 )、HDL-32E(32 線)、 VLP-16(16 線)。除了谷歌、百度、 Uber 等無人駕駛汽車使用 64線產(chǎn)品，一些車企在車上使用 32 線和 16 線產(chǎn)品測試。例如 2016 年 1 月 CES 上，福特就展示了安裝 velodyne HDL-32 的混動版蒙迪歐自動駕駛研究車。荷蘭 NAVYA的兩部全自動駕駛 ARMA 公交穿梭車測試了 VLP-16 和 HDL-32，最后選用了 32 線。
為了滿足車企把激光雷達(dá)隱蔽安裝到車身的要求， Velodyne 帶來了一款專為車企設(shè)計的小體積激光雷達(dá)。 32 線產(chǎn)品的體積過大，小體積 16 線產(chǎn)品線數(shù)不足，采集的信息顆粒粗糙，對軟件運(yùn)算端負(fù)擔(dān)太大。因此 1 月借由福特公布的 Solid-State Hybrid Ultra PuckTM Auto，線數(shù)增加到 32 線，但是體積和原 16 線一致。
Velodyne32 線新款固態(tài)混合超級冰球傳感范圍為 200 米，可以滿足車企 ADAS 和全自動駕駛需要， 2025 年成本將控制在 200 美元以內(nèi)。目前供給車企的 Pack1.5 投放壽命為 6-8 個月，車企測試后 Velodyne 會根據(jù)反饋重新調(diào)整設(shè)計。明年初推出改良后的 pack2.0 進(jìn)行第二輪測試，在 2018 年初或年中推出 pack3.0 作為正式商用版本。公司對這款產(chǎn)品 2020 年目標(biāo)量產(chǎn)定價為每個 500 美元， 2025 年將成本控制在 200美元以內(nèi)。
2） Ibeo：與 Velodyne 不同， Ibeo 的產(chǎn)品包括了硬件和軟件在內(nèi)的整套解決方案。 成立于 1998 年的公司， 2000 年被傳感器制造商 Sick AG 收購。 2000 年至 2008 年研發(fā)了激光掃描技術(shù)、并且開始了若干自動駕駛項目的嘗試。公司和歐洲委員會共同研發(fā)了十字路口安全的駕駛輔助產(chǎn)品，在全球范圍售賣。 2009 年公司脫離 Sick AG 獨(dú)立， 2010 年和法雷奧合作開始量產(chǎn)可用于汽車的產(chǎn)品 ScaLa。
目前已有的 Ibeo 全自動駕駛測試車上，常用的多點(diǎn)布局組合是 miniLUX 和 LUX 兩款產(chǎn)品。
LUX 有 4 線和 8 線兩款， 8 線在垂直方向增加了 4 條激光光束，獲得信息較 4 線產(chǎn)品更加豐富。兩款產(chǎn)品可以用在高速公路自動駕駛和城市自動駕駛，功能上可用于 ACC和行人檢測，利用多回聲技術(shù)適應(yīng)不同天氣的需要，繪制車輛周圍 360° 的環(huán)境圖景。
miniLUX 主要用來檢測車側(cè)和車后障礙。用于車輛側(cè)面時，主要可以在轉(zhuǎn)向時用作側(cè)面保護(hù)，車道變更時的盲點(diǎn)監(jiān)測，以及復(fù)雜的自動停車。用于車后，可以作為全 3D泊車支持和車尾傳感器。
Ibeo 已經(jīng)成熟的產(chǎn)品 ScaLa B2 是與法雷奧合作的一款 4 線激光雷達(dá)，一般用于汽車緊急制動時的核心檢測傳感器。去年搭載法雷奧 Cruise4U 系統(tǒng)的半自動駕駛汽車完成了環(huán)法路試。車上就搭載了與 Ibeo 合作量產(chǎn)的 ScaLa， ScaLa 被嵌入了這輛大眾車的前臉保險杠，用來取代毫米波雷達(dá)做 AEB(自動剎車系統(tǒng))中的測距模塊。
3） Quanergy：激光雷達(dá)領(lǐng)域的新晉創(chuàng)業(yè)公司。 2014 年 5 月，獲得來自三星電子風(fēng)險投資，特斯拉創(chuàng)始人及清華企業(yè)家協(xié)會天使基金的種子投資。2014 年 12 月，完成 3000 萬美元的A輪融資。2015 年 Quanergy 得到了德爾福的戰(zhàn)略投資。德爾福收購了 Quanergy部分股權(quán)，兩家公司的工程師正在努力研發(fā) Lidar 系統(tǒng)。 Quanergy 負(fù)責(zé)技術(shù)開發(fā)，德爾福有可能負(fù)責(zé)產(chǎn)生。
2014 年 9 月第一款產(chǎn)品 M8-1 投入使用，已經(jīng)應(yīng)用在奔馳，現(xiàn)代等公司的實(shí)驗(yàn)車型上面，在路試過程中為軟件模塊積累經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)時 M8-1 的單個標(biāo)價是 1,000 美元。為了覆蓋車身周圍的全部區(qū)域，用于展示的奔馳車一共安裝了 3 個樣品，兩個位于車頂，一個位于車頭前方。
2016CES 上， Quanergy 展示了新產(chǎn)品 S3，大小接近名片盒。官方公布的信息并不多， 8 線激光雷達(dá)，探測距離 10cm-150m，掃描頻率 30Hz。據(jù)介紹，新產(chǎn)品只需在車輛前后對角線各裝一個，就能覆蓋 360 度視域范圍，未來售價有望減至 100 刀。
（2）國內(nèi)企業(yè)正加速追趕
國內(nèi)尚無用于 ADAS 的激光雷達(dá)產(chǎn)品。 國內(nèi)在激光雷達(dá)研發(fā)方面起步晚，積累尚淺，已有的激光雷達(dá)產(chǎn)品多用于建筑測量、地形測繪等領(lǐng)域，還未研制出適用于車載的激光雷達(dá)產(chǎn)品。但國內(nèi)已有部分企業(yè)正在加速研發(fā)，未來有望推出低價的車載激光雷達(dá)產(chǎn)品。
巨星科技：巨星科技控股（65%）的華達(dá)科捷是專門從事激光雷達(dá)業(yè)務(wù)的公司，在高端激光測量傳感設(shè)備領(lǐng)域有一定的技術(shù)積累，已研發(fā)出適用于 AGV、巡檢機(jī)器人等使用的 32線束激光雷達(dá)，目前正在研發(fā) 3D 激光雷達(dá)，一旦成功，每臺機(jī)器的成本將從 10 萬降到 3萬左右。
大族激光： 大族激光是一家提供激光加工及自動化系統(tǒng)集成的設(shè)備制造商，目前已掌握激光器的核心技術(shù)。公司先后引進(jìn)激光雷達(dá)、激光傳感器領(lǐng)域的技術(shù)人才，并成立了三家機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)公司，其中大族銳視著力研發(fā)機(jī)器人激光雷達(dá)感知系統(tǒng)，目前基本完成以AGV 導(dǎo)航為代表的工業(yè)級激光雷達(dá)的研發(fā)，準(zhǔn)備開展無人駕駛領(lǐng)域等前沿領(lǐng)域的預(yù)研工作；大族銳波正在進(jìn)行激光傳感器核心零部件研發(fā)，未來有望應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、智能裝備等領(lǐng)域。
思嵐科技：上海思嵐科技有限公司（SLAMTEC）成立于 2013 年 10 月，團(tuán)隊前身是RoboPeak，擁有長達(dá) 6 年的機(jī)器人自主定位導(dǎo)航算法、激光傳感器及機(jī)器人硬件系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。主要產(chǎn)品包括低成本激光測距掃描傳感器(RPLIDAR)、基于激光的即時定位與地圖構(gòu)建導(dǎo)航系統(tǒng)(SLAM)。公司目前已獲千萬美元融資，估值 3.6 億元。
可見，在未來的自動駕駛傳感器中，國內(nèi)廠商需要加倍努力。
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