为什么对于整个传感器行业来说，苹果公司的示范效应意义重大？

据麦姆斯咨询报道，前不久苹果发布了新款iPad Pro，成为苹果第一款为虚拟现实/增强现实（VR/AR）应用引入激光雷达（LiDAR）的智能设备。迄今为止，激光雷达已经广泛应用于自动驾驶、工业自动化、机器人、无人机以及安防等领域。苹果此次的激光雷达应用，或将标志着激光雷达已经超越了它最初的工业自动化领域，逐步打开主流消费类市场。

三维空间感知需求

苹果的开发团队认为，激光雷达可以改善AR体验，而这仅仅依赖摄像头技术是难以实现的。对于整个传感器行业来说，苹果公司的示范效应意义重大，因为，一直到现在业界仍在争论纯摄像头技术的可行性。许多厂商尝试仅采用摄像头，通过算法推算三维空间信息来改善AR体验，但是，低质量的空间数据，使这些尝试的用户体验并不理想。

AR设计师希望用户看到的画面

基于摄像头的AR系统的实际体验

激光雷达输出的3D数据可以提供精确的环境3D深度信息，解决了以往AR系统仅使用摄像头的不足，并且，激光雷达对于阴影、眩光和低/无光照条件具有原生的免疫力。对苹果来说，激光雷达技术给AR体验带来的优势远超成本。为了实现这一目标，苹果公司采用了一种长期来看具有最高性能、最佳可靠性以及最低成本的激光雷达架构：数字激光雷达。

苹果选择的数字激光雷达

苹果新款iPad Pro配备了数字Flash激光雷达（一种固态激光雷达）系统。顾名思义，Flash激光雷达就像照相机的闪光灯一样，通过发射一整幅光束来探测物体，而不是传统机械旋转激光雷达的逐点扫描激光束。

这套激光雷达系统采用垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为光源，单光子雪崩二极管（SPAD）阵列作为光探测器。这两项核心技术构成了数字激光雷达的基础，这种方案所具有的多项优势使其更理想地适于商业化：

1、VCSEL和SPAD能够提供卓越的性能、尺寸和成本。与其它激光发射器技术相比，VCSEL更小、更轻、更耐用、更易于制造。而SPAD能够进行单个光子计数，可以密集地封装在芯片上，具有出色的时间分辨率，与传统的模拟激光雷达探测器（如APD）相比，SPAD具有更简单、更小、更耐用且更原生的数字架构。

2、由于VCSEL和SPAD都可以以阵列形式集成，因此它们可以实现更坚固更耐久的系统。将所有激光器和探测器都以单芯片阵列形式体现，能够大幅减少系统中的组件数量，提高耐久性和鲁棒性。

3、VCSEL和SPAD的成本正随着规模的扩大而快速下降，并且，能够随着摩尔定律的发展而不断改善。而边发射激光器（EEL）和传统的模拟APD探测器已经成熟，几乎没有改进的空间。

2015年，Ouster成为第一家采用这种方案的激光雷达公司，拥有该领域最早的基础专利，并在2017年率先发布了第一款数字激光雷达传感器。从那以后，Ouster一直见证着这项技术的成本、可靠性和性能在持续改善，而2020年苹果对这项技术的应用，是推动该激光雷达方案迈向大规模量产的又一里程碑。

利用近红外相机拍摄的Ouster商用激光雷达和苹果iPad Pro消费级激光雷达分辨率对比

传统的基于模拟APD的激光雷达系统（匹配边发射激光器）一直用于研发，难以突破商业化。这种过时的系统有上百个激光器、探测器及其它组件，需要人工手动组装，并且需要不断重新校准。因此，这种复杂系统的成本可以高达35000美元，而且在室外条件下故障率很高，因此不具备商业化所要求的成本或可靠性。

相比之下，Ouster和现在苹果使用的数字激光雷达系统只需要两颗芯片。这种系统简单、经济、可靠性高，能够抵御最严苛的工业应用环境（现在已经实现消费级应用）。Ouster的激光雷达传感器通过了严格的车规级冲击和振动测试，达到IP68和IP69K防护等级，是目前市场上所有激光雷达传感器中防护等级最高的产品。

振动测试中的Ouster激光雷达

苹果iPad Pro中的激光雷达系统只需要数米的探测范围，但对于自动驾驶、工业自动化和3D测绘等应用，性能需求要高得多，例如，感知范围可能需要数百米。为了达到超过200米的探测性能，Ouster数字激光雷达传感器应用了相同的底层数字激光雷达技术，但是采用了更先进的专利光学设计。

左图，iPad Pro室内测绘图；右图，Ouster新款128线激光雷达OS1-128生成的高分辨率即时定位与地图构建（SLAM）图

随着芯片升级，系统性能还可以持续改善

苹果iPad Pro对VCSEL和SPAD应用的示范作用，势必会鼓励供应链合作伙伴加大投入，推动该技术方案在未来几年内快速发展。随着VCSEL和SPAD品质和性能的改进，Ouster数字激光雷达传感器可以在不改变核心系统架构的情况下，获得更高的分辨率、更远的探测距离和更高的精度。

近红外摄像头拍摄的运行中的OS0-128激光雷达

事实上，自Ouster在2015年首次设计该方案以来，在5年左右的时间内，VCSEL和SPAD的性能已经提高了约1000%，而其它机械旋转式激光雷达所使用的模拟技术几乎没有什么改进。

2020年初，Ouster推出了第二代激光雷达传感器，将垂直分辨率提高了一倍，达到了128线，同时精度还提高了一倍。此外，最大探测距离提高到了240米，并且，仍然能够提供市场上最低的价格。随着时间的推移，分辨率、探测范围和精度还会持续改善，同时成本将不断走低。在高性能激光雷达市场上，Ouster的数字激光雷达技术将以极具竞争力的价格，提供令人难以置信的性能和可靠性。随着苹果数字激光雷达方案的商业化应用，Ouster期待将同样的优势和性能交付给全球各地的消费者。
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