
悄摸摸地,现在的激光雷达已经发展成大伙曾经无法想象的样子了。
一说到车上用的激光雷达,大伙的第一反应肯定是这个曾经高不可攀的玩意,现在已经变成了便宜货,就连很多的入门级的车型都能用得起了。
但哥几个可能不知道的是,在变便宜的同时,激光雷达其实也在偷偷变强,然后惊艳所有人。曾经被人吐槽精度不不够的激光雷达,现在,已经恐怖到可能可以替代摄像头了。。。
这还真不是我在夸张,大伙看,这是一张市面上主流的 128 线激光雷达的成像画面。
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只能大概看出里头似乎是有一台卡车的样子对吧,边上的东西是啥,还真就看不太出来。
而这,是某国内厂家前不久刚发布的 1080 线激光雷达的成像画面。
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都不说物体是啥了,就连城楼牌匾上写的字和八爪鱼雕塑的表情,这玩意都能看个大差不差。
哥俩对比起来,真就有种散光患者突然戴上眼镜的感觉。
很明显,成像效果能有这么大的提升最大的功臣就是激光雷达线数的暴增( 128线~1080线 )。但如果大伙曾经对激光雷达有过了解就肯定会疑惑,激光雷达的线数,似乎已经很久没有明显地上涨过了。
鸿蒙系车型上用的华为 192 线激光雷达,也已经霸榜量产最多线的位置很久了。
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可为啥一到今年,新车上雷达的线束就跟黄金的价格似的一路飙升,动辄 500 线( 岚图泰山、极氪 9X、智己 LS9 )起跳,甚至还突破了 1000 线呢?
要聊这个问题,我们得先知道这个所谓的线数是个啥意思,以及它卡在一百多线的原因是什么。
可能会有朋友会以为,这里的多少线说的是激光雷达的天线,越多越牛逼,但其实,它指的其实是激光雷达发射出来的激光光线的条数。
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比如最早的机械式激光雷达,也就是转圈圈的那种,就可能会同时发射出 32 条激光线束探测环境,那这就是一个 32 线的激光雷达。
而通过这些激光反射回来的时间不同,激光雷达就可以给周边的环境打上一个个点,把所有的有效点合在一起,就能形成这样一个点云图,来交给智驾系统参考。
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很明显,这个点云的密度就是激光雷达探测环境的 “ 分辨率 ” 。
想要探测的精度更高,就必须增加发射出去的激光数量,which means 增加激光器发射器的数量。
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可激光器这玩意是有体积的,几十个激光器放一起就已经很大了。
想搞到一百多线甚至是更多,那估计就得是这个画风的了。
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于是一小撮聪明的工程师们想到,土办法不行,咱就耍点小聪明呗?
于是现在很常见的半固态激光雷达就出现了,它的里头的激光器数量非常少,却可以通过特殊的部件( 比如一个很小的镜面或者透镜 )把很少的激光折射或者反射到不同的角度。
MEMS微振镜式混合固态激光雷达原理
而只要这个部件运动的足够快,折射出来的激光线束就能在相同的时间积分里,和多激光器收集到相同效果的点云。这就是目前业内最主流的混合固态激光雷达,而它的线束计算方式,也就是通过类比得出的 “ 等效线束 ” 。
就比如 Livox 在 2021 年推出的激光雷达 HAP 其实就只有 6 组激光收发器,但它在 100ms 的积分时间里可达到与 144 线的旋转式机械激光雷达相似的点云水平,那么它就是一个 “ 等效 144 线 ” 的激光雷达。
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如果用画画来类比的话,其实就有点像现在的 AI 画图,在出图效率上相当于 10 个插画师这样。
OK 说了这么多,重点终于要来了。
如果按这个等效的说法,那只要里头的机械部件活动得够快,这激光雷达岂不是想多少线就可以多少线嘛。
可为啥明明早在 2021 年等效 128 线的激光雷达就已经量产上车了,几年下来主流的方案还一直停留在等效 100 多线,直到现在才有超过 500 线的方案出现呢?
如果说上一次线数飙升的瓶颈是激光器的体积,那这回限制线数上涨的原因就就会更复杂一点了,江湖人称:模拟信号。
前头我们也说到过,此前激光雷达的成像原理靠的是在空间里打点然后合成点云,这就需要用到一套复杂的模拟信号从发射到过滤到接收的流程。
简化一点说,就有点像在 3D 空间里用一根笔来模拟出环境的轮廓。
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但就像再牛逼的画师绘画速度都有上限一样,这种依靠模拟信号的激光雷达有着明显的物理能力瓶颈。
因为想要处理模拟信号就得需要专门的 APD( 雪崩光电二极管 )模拟探测器通道来输出波形,比如 128 线的信号就得对应 128 个模拟通道。
16通道激光雷达模拟前端组件
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想要继续提高线数,一方面会让模拟电路的数量和复杂程度大幅上升,还会让附带的电路体积也对应变大。在对集成化要求很高的新能源车上,想要随便增加线数基本不太可能。
咋办?聪明的工程师们这时候又想到,用笔画画不太行,那咱们要不就不用笔了呗?
故事的转折发生在 2023 年,一块名叫 IMX459 的芯片在一个等效 192 线的激光雷达上量产了,一下就打破了模拟信号激光雷达的线数瓶颈。
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而它之所以能做到这一点,本质上是用照相,代替了画画。
具体来说,则是用了 SPAD( 单光子雪崩二极管 )代替了之前的 APD 来收集激光信号,把激光雷达的测距流程改成了激光器瞬间打出一片激光,再用 SPAD 阵列同时接受一大片激光反射回来的信息。
啪的一下,就能获得一个带有深度信息的 “ 照片 ” 。
顺道也把靠模拟信号测距的激光雷达,变成了和相机似的靠 COMOS 处理数字信号的路线。
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巧的是,这种方案的核心: SPAD-SoC 芯片的构造也几乎和相机上的 CMOS 一模一样,都需要用 3D 堆叠的方式制造。
毕竟这玩意需要的通信时间误差非常小,需要每层电路在物理上的距离越短越好,堆叠起来自然就是最好的方式。
那再回过头看提高激光雷达线数这个事儿,那其实就跟相机提高像素一样简单了对吧,也不用搞什么模拟通道和配套电路了,只要提高 SPAD-SoC 上的像素数量就行。
也是因此,在前头那个 IMX459 芯片上车量产了没多久之后,IMX479 的芯片就已经要来了,等效的线束也直接从 192 线直接飞到了 520 线,也让激光雷达实现了开头那样 “ 戴上眼镜 ” 一样的能力蜕变。
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而在实现这样巨大的能力飞跃之后,关于智驾到底要不要用激光雷达的争论,好像又有些头绪了。
毕竟此前激光雷达遭人吐槽的最大问题就是性能差和价格贵,但在接入了相机的技术栈以后,不仅性能实现了巨大的飞跃,相关的软硬件因为相机产业的关系也已经相当成熟,成本和可靠性还有不小的优势。
所以大伙可以做好心理准备了,以后咱们买到的新车上,激光雷达的线数可能没一会就会超级加倍了。
但就和相机再牛逼,也需要摄影师的技术过硬一样。激光雷达的线数变多虽然是个好事,但总归还是要看车企们有没有能力抓住这波的技术进步。
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毕竟硬件性能的上涨,总归需要软件的适配才能最大程度地发挥出来。而激光雷达分辨率的暴涨在软件层面带来的最大挑战,就是应该怎么和摄像头看到的图像信息做拟合。
这也很好理解对吧,一边是分辨率很高的点云,另一边是分辨率也很高的图像,这俩只有完美的叠在一起才能给智驾最好的参考。
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如果叠歪了,智驾可能就会看到一台车在天上飞啥的。如果叠的时间没有同步好,还可能会出现图像是车尾但点云是车头的冲突,都会影响智驾对各种情况的决策,影响到大伙用车的安全。
所以如果哪家车企用了高线数雷达但智驾表现依旧拉垮的,基本就可以确定它只是为了数字本身去的了。
而就目前的情况看,好像已经有几家出现类似的症状了。
撰文:致命空枪
编辑:脖子右拧 & 面线
美编:焕妍
图片、资料来源:
IMX479-AAMH5-W SONY diagonal 15.8mm (Type 1/1) Single photon avalanche diode(SPAD)
聊聊SPAD-SoC —— 数字激光雷达的核心
Livox HAP LiDAR
SPAD Depth Sensor for Automotive LiDAR | Sony official Introduction
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