比起全面的车载激光雷达，工业激光雷达更加专一

电子发烧友网报道（文/周凯扬）即便是在车载激光雷达宣传得如此火热的当下，全球激光雷达市场的出货量中，贡献一半以上的还是工业与测绘用激光雷达。从去年Yole发布的激光雷达产业报告来看，虽然禾赛在车载激光雷达的出货量上名列第一，但从总营收的市场占比上看，排名前五的依然是主要发力工业与测绘激光雷达的Trimble、Hexagon、西克、Topcon、Riegl这几家厂商。
 
而且激光雷达在工业领域应用，可以说同样包含了在测绘与自动驾驶上的要求，比如大型室内测距以及工业移动机器人等。然而对于这类在业内仍算得上创新的传感方案，工业激光雷达在技术路线的选择上同样伴随着各种冲突，无论是扫描方式、激光器或是集成化设计等等。相对车规激光雷达来说，工业激光雷达的职能显得更加“专一”。
 
机械式激光雷达先行，固态激光雷达紧随其后
 
决定激光雷达分类的一个最关键因素就是扫描方式，从机械扫描、MEMS、OPA再到Flash等，激光雷达也被分为了机械式激光雷达、半固态激光雷达和固态激光雷达等。机械激光雷达起步和量产时间早，加上高精度等优势，虽说造价更为昂贵，但由于用量不多还在成本接受范围内，所以被率先应用于工业场景中。但新兴的工业应用诸如AGV、无人叉车等，也为半固态与固态激光雷达创造了新的机遇。
 
比如关键的体积问题，机械激光雷达较大的体积决定了其更适合用在一些固定系统上，比如非接触式的3D防护系统。借助机械激光雷达更容易实现全方位探测范围的优势，实现自定义的防护区域配置，利用主动扫描来检测入侵或辅助AMR完成避障。
 
而半固态和固态激光雷达，由于减少了机械扫描的运动部件，显著减小了体积，适合放在那些低系统负载的移动工业设备上，诸如无人叉车、牵引车等。而且由于机械扫描部件的减少，其可靠性也随之加强，对于一些存在振动且较为频繁的工业场景，也会缩短因为故障导致的长停机时间。
 
但半固态与固态在体积上的优势也不一定能完全体现出来，比如在无人叉车应用中，选择3块120°视场角的固态激光雷达在体积上真不一定会小过单个机械式激光雷达。所以工业激光雷达哪怕应用方向一致，也不一定有最优的选择，还是得在性能、成本等因素中进一步权衡，激光雷达的“专一性”可见一斑。
 
工业激光雷达的激光器选择
 
与小体积的图像传感器不同，在激光雷达的部署中，往往激光器的选择不仅决定了光源，也与扫描方式一样，或多或少决定了整个传感器系统的大小，而像AGV、清洁机器人和叉车这一类的设备中，如何将传感器做到更小的体积，给其他附加系统留出空间才是最重要的。
 
目前主流的激光器有边发射激光器（EEL）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）、光纤激光器等。EEL凭借高功率密度和高脉冲峰值功率，在测距领域应用多年相对成熟，尤其是与APD探测器组合在一起，诸如艾迈斯欧司朗等厂商在EEL上也有着深厚的技术积累。而VCSEL虽然在部分性能上不及EEL，但由于其可见发射器阵列与SPAD探测器集成在一起，省略掉运动部件，所以在现在的固态激光雷达中被频繁使用。
 
甚至已经有部分厂商已经在研发更高集成度的VCSEL，例如国内的识光芯科。识光芯科选择的是VCSEL+SPAD的技术路线，将SPAD探测器、高精度时钟采样矩阵、单光子测距引擎、dToF感知算法加速器、激光雷达控制单元和高速接口等集成到单个SoC芯片上，同时实现数据采集和片上处理，从而简化整个激光雷达系统的传感与计算结构。
 
对于工业机器人来说，如此设计可以在维持高集成度的同时，显著加快产品落地时间。所以我们在识光芯科的Pre-A轮融资中，也能看到汇川的身影。在工业控制与自动化领域，激光雷达必须得在性能、可靠性、体积与成本之间找到一个平衡，而现有的dToF+VCSEL+SPAD无疑是首选方案之一。
 
接着自然是老生常谈的波长选择，大家都知道1550nm相对905nm来说人眼安全等级更高，或者探测距离更远等，但905nm配套产品的技术成熟度更高、成本更低等等。不过我们在讨论波长的同时，也应该考虑到激光发射器带来的功耗问题。
 
毕竟AMR这种移动设备往往是通过可充电电池来运转的，除了驱动系统、处理系统等附加系统外，由激光雷达等传感器组成的感知系统功耗也应该纳入考量。所以无论使用哪种波长的大功率激光发射器，都应该注意功耗、能量转换效率等指标。
 
复杂工业环境下的“特种”激光雷达
 
与车规级激光雷达极力追求的通用性不同，很多时候工业激光雷达只需要覆盖单一场景即可，毕竟即便是AMR这种移动设备，或许会部署在复杂的环境中，但活动范围有限，可以预见的变数不多。反观车载激光雷达，则需要考虑到各种突发情况，添加更多的冗余设计，甚至是需要与其他ADAS系统协同开发。
 
以北醒光子的激光雷达TF02-Pro-W为例，这就是一个专为粉尘环境设计的料位检测激光雷达。由于料位检测并不需要3D数据，所以TF02-Pro-W仅仅只是一个单点测距的激光雷达。但其独特之处不仅在于优秀的测距性能，还在设备上集成了自清洁的除尘刷。
 
在料仓、料罐、粮仓这类粉尘污染严重的环境中，之所以用到激光雷达就是看中了其穿透能力强的特性，传统的图像传感器在类似场景中的可用性可谓大大受限。可即便如此，还是需要保证镜头清洁才能给到精确的检测结果。而TF02-Pro-W可以自动清洁激光雷达窗口镜上的粉尘赃物，从而减少人工维护的成本。
 
以及在某些复杂的工业环境中，激光雷达的IP防护等级要求要高于车规激光雷达，甚至达到IP67级以上。而且在做到如此高防护等级的同时，还得兼具RS-485、I2C等多工业接口的支持，甚至是对无线协议的支持。
 
写在最后
 
由于中国工业制造业正处于4.0的转型期，随着激光雷达等高性能工业传感器的出现，未来加大覆盖率已成定局。国内工业激光雷达的优势在于起步时间与国外齐平，已经落地的设计数量甚至远超国外。且对车载激光雷达的追求，加速了激光雷达各大组件的研发与制造突破，以及相关软件系统的完善。
 
不少激光雷达厂商在车载激光雷达产品逐步获取车规认证的途中，也都纷纷推出了工规级的激光雷达产品。鉴于市面上不少激光雷达公司也都创立不久，还在高研发投入和寻求融资的困境中挣扎，如果上车这条路走得并不顺畅，或许激光雷达厂商不必像工业激光雷达那么专一，兼顾工业与测绘领域也未尝不是一种思路。