正在閱讀:

看懂這顆激光雷達芯片,就看懂了索尼汽車

掃一掃下載界面新聞APP

看懂這顆激光雷達芯片,就看懂了索尼汽車

索尼造車的底氣,都在傳感器上。

文|車東西 James

編輯|曉寒

索尼真要造車了?

就在昨天,索尼在CES 2022發(fā)布會末尾一口氣展出了兩款概念車——一個是去年已經(jīng)露過面的純電轎車Vision-S,另一個則是嶄新的純電SUV Vision-S 02。與去年展示的概念車的內(nèi)外飾設(shè)計不同,今年索尼以視頻的形式著重展示了概念車型的智能座艙功能,比如UI設(shè)計細節(jié),以及手勢交互、人臉識別等具體功能。

活動現(xiàn)場,索尼CEO吉田憲一郎還表示在2022年春季會成立索尼出行公司(Sony Mobility),專注于“探索電動汽車業(yè)務(wù)的商業(yè)化”。

雖然索尼CEO沒有明說是否會推出索尼牌的智能汽車,但上述表現(xiàn)顯然預(yù)示著索尼的汽車業(yè)務(wù)已是箭在弦上。

作為全球消費電子和娛樂領(lǐng)域巨頭,索尼的影響力和地位有目共睹。但一個關(guān)鍵問題是,索尼造車的底氣究竟在哪?

答案是傳感器。

早在2021年CES期間,索尼談到Vision-S時就表示,希望通過自身的CMOS傳感器、固態(tài)激光雷達、傳感器融合等成像、感知技術(shù)為消費者帶來安全、可靠、舒適的出行體驗。

2021年CES展出的Vision-S上有33個傳感器,其中大部分是索尼自研或使用了索尼的技術(shù)。今年CES上,傳感器數(shù)量升級到了40個。

這其中有一顆名為IMX459的SPAD(單光子雪崩二極管)激光雷達傳感器(激光接收芯片)。依托索尼的雙層圖像傳感器堆疊技術(shù),激光雷達企業(yè)可以基于IMX459造出等效線數(shù)上千的超高清雷達,讓汽車看得更遠、更清楚(300米的感知精度為15cm),并且還能以更快的速度計算出距離信息,生成3D點云圖像。

近幾年,激光雷達行業(yè)技術(shù)革新很快、雙棱鏡、MEMS、OPA、Flash、FMCW等各種技術(shù)路線不斷涌現(xiàn),新產(chǎn)品層出不窮,但很多都還是圍繞光路設(shè)計做優(yōu)化——沒有從本質(zhì)上進行升級。

索尼的IMX459顯然就突破了現(xiàn)在的創(chuàng)新困境,從最底層的激光接收和信號處理層面進行徹底改變,為激光雷達行業(yè)發(fā)展提供了新的基礎(chǔ)。

IMX459只是索尼概念車上的四十分之一,如果其它39個傳感器也擁有類似的底層創(chuàng)新,再加上索尼在感知和自動駕駛領(lǐng)域的投資布局,大法想造出來一臺智能電動汽車根本不是問題。

可以說,看懂了IMX459,你就看懂了索尼造車的底氣。

01.采用SPAD技術(shù),打造11萬像素激光傳感器

激光雷達即將迎來大規(guī)模量產(chǎn)上車之時,索尼公布了首顆車規(guī)級激光雷達接收傳感器IMX459。這顆傳感器最亮眼之處有兩點,其一是采用對光感知更敏感的SPAD(單光子雪崩二極管)技術(shù),其二是這顆傳感器的像素數(shù)量達到了11萬,這是當(dāng)前量產(chǎn)產(chǎn)品難以比擬的。

從結(jié)構(gòu)上看,這顆激光雷達接收傳感器共有兩層,上層采用了SPAD(單光子雪崩二極管)技術(shù),用于感知反射進傳感器的激光;下層則是邏輯芯片,使用直接飛行時間(D-ToF)技術(shù),就能實現(xiàn)測距。在性能上,索尼在1/2.9英寸的傳感器面積下放進了11萬個SPAD像素,其分辨率為189x600,呈現(xiàn)出一個矩形區(qū)域。而每一個SPAD像素的尺寸僅為10微米x10微米。

說到索尼IMX459的王牌,就是那11萬像素的SPAD傳感器,它相較于傳統(tǒng)激光雷達傳感器共有兩大優(yōu)勢。其一是感光能力更強,也就是在使用相同激光發(fā)射端的情況下,SPAD傳感器能感知到更微弱的光,感知距離更遠;其二是計算距離的延遲更低,索尼做到了6納秒。

要理解SPAD感光的邏輯,不得不提到照相機。數(shù)碼照相機CMOS上的一個個像素,通過接收大量光子,感知到光線強度,通過控制光子進入的數(shù)量,最終實現(xiàn)正確的曝光并成像。

激光雷達傳感器的感光元件和數(shù)碼相機近似,每一個像素點需要進入特定波長的大量光子,才能形成激光雷達圖像,然后通過一顆計算芯片算出感知距離。

無論是數(shù)碼照相機還是激光雷達傳感器,進光量都是“底大一級壓死人”,但車用激光雷達無論是成本還是體積都非常受限,一味比誰底大并不是最優(yōu)的解決方案。而SPAD方案的興起,讓傳感器廠商找到了進光量不足的另一路徑。

如果進光量不足,加上有干擾光線進入,激光雷達傳感器所成的像就會出現(xiàn)噪點。對于人類而言,一張照片中出現(xiàn)噪點,能通過智慧將噪點內(nèi)容“腦補”齊全。因此為激光雷達傳感器單獨配備一顆AI芯片,用于噪點、干擾光線處理就是路徑之一。不過,每經(jīng)過一次處理,都會產(chǎn)生一定時延,如果低時延的優(yōu)勢被慢慢磨去,自動駕駛的安全性就會降低。

加入AI芯片做信號預(yù)處理雖然簡單,但實際表現(xiàn)可能并不完美。

因此,如果能用微弱的進光量“代表”其他光成像,不但能實現(xiàn)更低的延遲,而且通過成像能得到噪點更少的點云圖。

韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)新一代半導(dǎo)體研究所所長張畯然在一篇文章中闡述了SPAD傳感器的工作原理。

▲不同類型圖像傳感器在接受光子照射時電子放大程度

“當(dāng)在SPAD上施加比擊穿電壓(breakdown voltage)更高的電壓時,會發(fā)生碰撞電離現(xiàn)象(Impact Ionization),巨大的電場(electric field)使載流子(carrier)加速運動并與原子碰撞,從而使原子中釋放的自由載流子數(shù)量急速增多。這種現(xiàn)象被稱為雪崩倍增(Avalanche Multiplication),會導(dǎo)致圖像傳感器點亮的光子產(chǎn)生大量自由載流子。”他寫道。

這就意味著即便激光發(fā)射單元發(fā)射的激光僅有少量反射回來,通過雪崩倍增現(xiàn)象傳感器仍舊能夠?qū)⒐庾哟罅吭黾樱⑶易R別為大量的光子。這就意味著,SPAD傳感器具有非常高的信噪比。

同時,SPAD在接收的光子數(shù)量極少的情況下就能完成成像,因此其“快門速度”可以做到非常短,提升感知幀率。

02.雙層芯片架構(gòu),響應(yīng)速度遠超現(xiàn)有產(chǎn)品

索尼除了將SPAD技術(shù)逐步推向量產(chǎn)之外,也使用了已經(jīng)打磨多年的一項技術(shù)——雙層圖像傳感器堆疊,這項技術(shù)能夠讓感知響應(yīng)速度更快。

在去年2月的一次演講中,索尼半導(dǎo)體公司高級經(jīng)理Oichi Kumagai對SPAD激光雷達傳感器的技術(shù)路線進行了詳細介紹。

其中,邏輯電路放置在芯片底部,每一個像素尺寸為10微米*10微米。傳感器表面并非完全平整,索尼將每一個像素點做成了一個凸透鏡,從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的光折射率,提升激光的吸收效果。根據(jù)索尼的測試,這一激光雷達傳感器在使用905nm波長的激光光源時,光子檢測效率能達到24%。

此外,由于每一個SPAD像素都能與下方邏輯電路通過銅-銅(Cu-Cu)組件連接起來,因此只要光子進入SPAD,就能經(jīng)過雪崩進入邏輯電路。從感知到光子,到完成數(shù)字信號轉(zhuǎn)換,整個過程只需要6納秒,這一表現(xiàn)非常出色。索尼開發(fā)了數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器(TDC),直接能夠?qū)⒐庾语w行時間轉(zhuǎn)換為數(shù)值,不需要二次計算。

▲索尼IMX459光信號轉(zhuǎn)換電信號僅需6ns

國內(nèi)MEMS激光雷達廠商一徑科技的一位產(chǎn)品經(jīng)理談到,現(xiàn)在市面上其他技術(shù)路線的激光雷達接收傳感器的延遲已經(jīng)能做到比較低,從感知到生成深度數(shù)據(jù),基本需要百納秒到幾微秒之間。

然而,索尼的IMX459則是更進一步,相比此前最優(yōu)秀的產(chǎn)品,也有大幅提升。

IMX459采用直接飛行時間(D-ToF)的方式測距,張畯然在其文章中說道,當(dāng)光子進入時,SPAD陣列會發(fā)射數(shù)字脈沖(Digital Pulse),因此更容易跟蹤光飛時間。不僅如此,SPAD還能捕捉精確的時差,因此具有精確的深度分辨率(depth resolution),精確程度甚至可以達到毫米級別。

然而,采用D-ToF方式測距帶來了一個問題,那就是感知距離短。例如,近兩年在iPhone和iPad上采用的激光雷達,就采用D-ToF方式測距,其感知距離大概僅有5米。對一款移動設(shè)備來說,5米的感知距離絕對夠用,但對自動駕駛來說5米不可用。

SPAD技術(shù)再一次體現(xiàn)了它的優(yōu)勢,在同樣的激光發(fā)射功率下,SPAD傳感器僅需微弱的光,也能完成成像,并且其效率不輸傳統(tǒng)傳感器硬件。

▲索尼IMX459在不同條件下的性能表現(xiàn)

索尼還公布了其產(chǎn)品在不同溫度環(huán)境下的性能,其中光子探測效率在-40攝氏度時為14%,隨著溫度增加探測效率不斷上升,超過50攝氏度后能達到20%以上,當(dāng)溫度達到125攝氏度時,探測效率有所下降。

響應(yīng)時間上的表現(xiàn)更出色,當(dāng)在-25攝氏度時,響應(yīng)時間為7納秒,為最慢響應(yīng)時間,其他溫度條件下的響應(yīng)時間還要更快。

03.上千線激光雷達不是夢,行業(yè)已有先行者

對于激光雷達行業(yè)來說,SPAD技術(shù)可以說是革命性的。主要體現(xiàn)在兩點,第一是激光雷達等效線數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大幅度提升,第二是點云處理的步驟可以逐漸淡化。

目前,業(yè)內(nèi)主流傳感器方案是APD(雪崩光電二極管),隨著技術(shù)發(fā)展,SiPM(硅光電倍增管)和SPAD正在進入激光雷達領(lǐng)域。

▲不同激光雷達技術(shù)路線(來自O(shè)ichi Kumagai演講)

在相機行業(yè)中,佳能已經(jīng)能做到100萬像素的SPAD傳感器,并且利用SPAD響應(yīng)更快的優(yōu)點,實現(xiàn)精準(zhǔn)的距離測量。未來,激光雷達接收傳感器能夠像相機一樣,實現(xiàn)“像素”數(shù)量不斷增加。一旦像素數(shù)量倍增,激光發(fā)射端可以做更高的線數(shù),從而實現(xiàn)更精準(zhǔn)的深度信息感知。

這樣的提升將是APD、SiPM等技術(shù)路線難以匹敵的。

激光雷達還有一大難點就是點云處理,傳統(tǒng)點云處理需要一顆芯片實時處理計算。隨著線數(shù)、頻率、角分辨率的提升,計算設(shè)備所需算力越來越大,此時還想保證低延遲輸出,并且和視覺傳感器融合就會愈加困難。

然而,SPAD傳感器能夠直接輸出光子計數(shù),并且輸出飛行時間,能夠輕松輸出深度圖像。

正因為這兩點原因,索尼等SPAD傳感器供應(yīng)商如果能實現(xiàn)高像素SPAD傳感器量產(chǎn),就能夠改變整個行業(yè)。

實際上,索尼并非業(yè)內(nèi)首家使用SPAD技術(shù)的傳感器廠商。已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn),明年即將上車的ibeoNEXT激光雷達,其傳感器就采用了SPAD技術(shù)。

與ibeo公司合作并推動激光雷達量產(chǎn)上車的亮道智能,對這顆傳感器有深刻理解。亮道智能一位資深工程師認(rèn)為,SPAD技術(shù)是純固態(tài)激光雷達技術(shù)路線上非常重要的技術(shù)架構(gòu)之一。

與此同時,行業(yè)內(nèi)還有多種測距技術(shù)路線,但這些技術(shù)短期內(nèi)還無法達到量產(chǎn)節(jié)點。

據(jù)了解,ibeoNEXT除了能夠輸出X、Y、Z的三維坐標(biāo)信息,還能夠利用能量信息顯示環(huán)境圖像。這個能量信息圖與人們常見的黑白照片/視頻類似,可以和激光雷達的點云信息配合同步輸出。最后,配合車上的攝像頭等其他傳感器,就能夠形成信息冗余。

不過,ibeoNEXT的像素點僅有10240個,相比索尼IMX459的11萬相差很遠。即便索尼用3*3進行感知,其分辨率仍然更高。根據(jù)前文的分析,像素數(shù)量越多,所成的像越清晰,也就是索尼IMX459能實現(xiàn)更清晰的成像,這才是激光雷達更重要的意義。

實際上,除了索尼基于SPAD做激光雷達傳感器之外,相機廠商佳能也正在布局SPAD傳感器,并且做出了100萬像素的CMOS產(chǎn)品。

04.結(jié)語:索尼加速智能汽車布局

2020年的CES消費電子展上,索尼推出了其電動汽車Vision S,標(biāo)志著索尼開始布局智能電動汽車。2022年CES上,索尼推出Vision S-02,進一步加碼智能電動汽車。

同時,索尼多年來影像傳感器、娛樂系統(tǒng)、聲學(xué)等領(lǐng)域的布局,在智能汽車時代將有更廣闊的發(fā)展前景。索尼在此時布局智能汽車正當(dāng)其時,正在加速汽車智能化實現(xiàn)。

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請聯(lián)系原著作權(quán)人。

索尼

4.7k
  • 索尼將斥資近500億日元收購日本內(nèi)容巨頭角川股份,成后者最大股東
  • 亞太主要股指收盤多數(shù)下跌

評論

暫無評論哦,快來評價一下吧!

下載界面新聞

微信公眾號

微博

看懂這顆激光雷達芯片,就看懂了索尼汽車

索尼造車的底氣,都在傳感器上。

文|車東西 James

編輯|曉寒

索尼真要造車了?

就在昨天,索尼在CES 2022發(fā)布會末尾一口氣展出了兩款概念車——一個是去年已經(jīng)露過面的純電轎車Vision-S,另一個則是嶄新的純電SUV Vision-S 02。與去年展示的概念車的內(nèi)外飾設(shè)計不同,今年索尼以視頻的形式著重展示了概念車型的智能座艙功能,比如UI設(shè)計細節(jié),以及手勢交互、人臉識別等具體功能。

活動現(xiàn)場,索尼CEO吉田憲一郎還表示在2022年春季會成立索尼出行公司(Sony Mobility),專注于“探索電動汽車業(yè)務(wù)的商業(yè)化”。

雖然索尼CEO沒有明說是否會推出索尼牌的智能汽車,但上述表現(xiàn)顯然預(yù)示著索尼的汽車業(yè)務(wù)已是箭在弦上。

作為全球消費電子和娛樂領(lǐng)域巨頭,索尼的影響力和地位有目共睹。但一個關(guān)鍵問題是,索尼造車的底氣究竟在哪?

答案是傳感器。

早在2021年CES期間,索尼談到Vision-S時就表示,希望通過自身的CMOS傳感器、固態(tài)激光雷達、傳感器融合等成像、感知技術(shù)為消費者帶來安全、可靠、舒適的出行體驗。

2021年CES展出的Vision-S上有33個傳感器,其中大部分是索尼自研或使用了索尼的技術(shù)。今年CES上,傳感器數(shù)量升級到了40個。

這其中有一顆名為IMX459的SPAD(單光子雪崩二極管)激光雷達傳感器(激光接收芯片)。依托索尼的雙層圖像傳感器堆疊技術(shù),激光雷達企業(yè)可以基于IMX459造出等效線數(shù)上千的超高清雷達,讓汽車看得更遠、更清楚(300米的感知精度為15cm),并且還能以更快的速度計算出距離信息,生成3D點云圖像。

近幾年,激光雷達行業(yè)技術(shù)革新很快、雙棱鏡、MEMS、OPA、Flash、FMCW等各種技術(shù)路線不斷涌現(xiàn),新產(chǎn)品層出不窮,但很多都還是圍繞光路設(shè)計做優(yōu)化——沒有從本質(zhì)上進行升級。

索尼的IMX459顯然就突破了現(xiàn)在的創(chuàng)新困境,從最底層的激光接收和信號處理層面進行徹底改變,為激光雷達行業(yè)發(fā)展提供了新的基礎(chǔ)。

IMX459只是索尼概念車上的四十分之一,如果其它39個傳感器也擁有類似的底層創(chuàng)新,再加上索尼在感知和自動駕駛領(lǐng)域的投資布局,大法想造出來一臺智能電動汽車根本不是問題。

可以說,看懂了IMX459,你就看懂了索尼造車的底氣。

01.采用SPAD技術(shù),打造11萬像素激光傳感器

激光雷達即將迎來大規(guī)模量產(chǎn)上車之時,索尼公布了首顆車規(guī)級激光雷達接收傳感器IMX459。這顆傳感器最亮眼之處有兩點,其一是采用對光感知更敏感的SPAD(單光子雪崩二極管)技術(shù),其二是這顆傳感器的像素數(shù)量達到了11萬,這是當(dāng)前量產(chǎn)產(chǎn)品難以比擬的。

從結(jié)構(gòu)上看,這顆激光雷達接收傳感器共有兩層,上層采用了SPAD(單光子雪崩二極管)技術(shù),用于感知反射進傳感器的激光;下層則是邏輯芯片,使用直接飛行時間(D-ToF)技術(shù),就能實現(xiàn)測距。在性能上,索尼在1/2.9英寸的傳感器面積下放進了11萬個SPAD像素,其分辨率為189x600,呈現(xiàn)出一個矩形區(qū)域。而每一個SPAD像素的尺寸僅為10微米x10微米。

說到索尼IMX459的王牌,就是那11萬像素的SPAD傳感器,它相較于傳統(tǒng)激光雷達傳感器共有兩大優(yōu)勢。其一是感光能力更強,也就是在使用相同激光發(fā)射端的情況下,SPAD傳感器能感知到更微弱的光,感知距離更遠;其二是計算距離的延遲更低,索尼做到了6納秒。

要理解SPAD感光的邏輯,不得不提到照相機。數(shù)碼照相機CMOS上的一個個像素,通過接收大量光子,感知到光線強度,通過控制光子進入的數(shù)量,最終實現(xiàn)正確的曝光并成像。

激光雷達傳感器的感光元件和數(shù)碼相機近似,每一個像素點需要進入特定波長的大量光子,才能形成激光雷達圖像,然后通過一顆計算芯片算出感知距離。

無論是數(shù)碼照相機還是激光雷達傳感器,進光量都是“底大一級壓死人”,但車用激光雷達無論是成本還是體積都非常受限,一味比誰底大并不是最優(yōu)的解決方案。而SPAD方案的興起,讓傳感器廠商找到了進光量不足的另一路徑。

如果進光量不足,加上有干擾光線進入,激光雷達傳感器所成的像就會出現(xiàn)噪點。對于人類而言,一張照片中出現(xiàn)噪點,能通過智慧將噪點內(nèi)容“腦補”齊全。因此為激光雷達傳感器單獨配備一顆AI芯片,用于噪點、干擾光線處理就是路徑之一。不過,每經(jīng)過一次處理,都會產(chǎn)生一定時延,如果低時延的優(yōu)勢被慢慢磨去,自動駕駛的安全性就會降低。

加入AI芯片做信號預(yù)處理雖然簡單,但實際表現(xiàn)可能并不完美。

因此,如果能用微弱的進光量“代表”其他光成像,不但能實現(xiàn)更低的延遲,而且通過成像能得到噪點更少的點云圖。

韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)新一代半導(dǎo)體研究所所長張畯然在一篇文章中闡述了SPAD傳感器的工作原理。

▲不同類型圖像傳感器在接受光子照射時電子放大程度

“當(dāng)在SPAD上施加比擊穿電壓(breakdown voltage)更高的電壓時,會發(fā)生碰撞電離現(xiàn)象(Impact Ionization),巨大的電場(electric field)使載流子(carrier)加速運動并與原子碰撞,從而使原子中釋放的自由載流子數(shù)量急速增多。這種現(xiàn)象被稱為雪崩倍增(Avalanche Multiplication),會導(dǎo)致圖像傳感器點亮的光子產(chǎn)生大量自由載流子?!彼麑懙?。

這就意味著即便激光發(fā)射單元發(fā)射的激光僅有少量反射回來,通過雪崩倍增現(xiàn)象傳感器仍舊能夠?qū)⒐庾哟罅吭黾樱⑶易R別為大量的光子。這就意味著,SPAD傳感器具有非常高的信噪比。

同時,SPAD在接收的光子數(shù)量極少的情況下就能完成成像,因此其“快門速度”可以做到非常短,提升感知幀率。

02.雙層芯片架構(gòu),響應(yīng)速度遠超現(xiàn)有產(chǎn)品

索尼除了將SPAD技術(shù)逐步推向量產(chǎn)之外,也使用了已經(jīng)打磨多年的一項技術(shù)——雙層圖像傳感器堆疊,這項技術(shù)能夠讓感知響應(yīng)速度更快。

在去年2月的一次演講中,索尼半導(dǎo)體公司高級經(jīng)理Oichi Kumagai對SPAD激光雷達傳感器的技術(shù)路線進行了詳細介紹。

其中,邏輯電路放置在芯片底部,每一個像素尺寸為10微米*10微米。傳感器表面并非完全平整,索尼將每一個像素點做成了一個凸透鏡,從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的光折射率,提升激光的吸收效果。根據(jù)索尼的測試,這一激光雷達傳感器在使用905nm波長的激光光源時,光子檢測效率能達到24%。

此外,由于每一個SPAD像素都能與下方邏輯電路通過銅-銅(Cu-Cu)組件連接起來,因此只要光子進入SPAD,就能經(jīng)過雪崩進入邏輯電路。從感知到光子,到完成數(shù)字信號轉(zhuǎn)換,整個過程只需要6納秒,這一表現(xiàn)非常出色。索尼開發(fā)了數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器(TDC),直接能夠?qū)⒐庾语w行時間轉(zhuǎn)換為數(shù)值,不需要二次計算。

▲索尼IMX459光信號轉(zhuǎn)換電信號僅需6ns

國內(nèi)MEMS激光雷達廠商一徑科技的一位產(chǎn)品經(jīng)理談到,現(xiàn)在市面上其他技術(shù)路線的激光雷達接收傳感器的延遲已經(jīng)能做到比較低,從感知到生成深度數(shù)據(jù),基本需要百納秒到幾微秒之間。

然而,索尼的IMX459則是更進一步,相比此前最優(yōu)秀的產(chǎn)品,也有大幅提升。

IMX459采用直接飛行時間(D-ToF)的方式測距,張畯然在其文章中說道,當(dāng)光子進入時,SPAD陣列會發(fā)射數(shù)字脈沖(Digital Pulse),因此更容易跟蹤光飛時間。不僅如此,SPAD還能捕捉精確的時差,因此具有精確的深度分辨率(depth resolution),精確程度甚至可以達到毫米級別。

然而,采用D-ToF方式測距帶來了一個問題,那就是感知距離短。例如,近兩年在iPhone和iPad上采用的激光雷達,就采用D-ToF方式測距,其感知距離大概僅有5米。對一款移動設(shè)備來說,5米的感知距離絕對夠用,但對自動駕駛來說5米不可用。

SPAD技術(shù)再一次體現(xiàn)了它的優(yōu)勢,在同樣的激光發(fā)射功率下,SPAD傳感器僅需微弱的光,也能完成成像,并且其效率不輸傳統(tǒng)傳感器硬件。

▲索尼IMX459在不同條件下的性能表現(xiàn)

索尼還公布了其產(chǎn)品在不同溫度環(huán)境下的性能,其中光子探測效率在-40攝氏度時為14%,隨著溫度增加探測效率不斷上升,超過50攝氏度后能達到20%以上,當(dāng)溫度達到125攝氏度時,探測效率有所下降。

響應(yīng)時間上的表現(xiàn)更出色,當(dāng)在-25攝氏度時,響應(yīng)時間為7納秒,為最慢響應(yīng)時間,其他溫度條件下的響應(yīng)時間還要更快。

03.上千線激光雷達不是夢,行業(yè)已有先行者

對于激光雷達行業(yè)來說,SPAD技術(shù)可以說是革命性的。主要體現(xiàn)在兩點,第一是激光雷達等效線數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大幅度提升,第二是點云處理的步驟可以逐漸淡化。

目前,業(yè)內(nèi)主流傳感器方案是APD(雪崩光電二極管),隨著技術(shù)發(fā)展,SiPM(硅光電倍增管)和SPAD正在進入激光雷達領(lǐng)域。

▲不同激光雷達技術(shù)路線(來自O(shè)ichi Kumagai演講)

在相機行業(yè)中,佳能已經(jīng)能做到100萬像素的SPAD傳感器,并且利用SPAD響應(yīng)更快的優(yōu)點,實現(xiàn)精準(zhǔn)的距離測量。未來,激光雷達接收傳感器能夠像相機一樣,實現(xiàn)“像素”數(shù)量不斷增加。一旦像素數(shù)量倍增,激光發(fā)射端可以做更高的線數(shù),從而實現(xiàn)更精準(zhǔn)的深度信息感知。

這樣的提升將是APD、SiPM等技術(shù)路線難以匹敵的。

激光雷達還有一大難點就是點云處理,傳統(tǒng)點云處理需要一顆芯片實時處理計算。隨著線數(shù)、頻率、角分辨率的提升,計算設(shè)備所需算力越來越大,此時還想保證低延遲輸出,并且和視覺傳感器融合就會愈加困難。

然而,SPAD傳感器能夠直接輸出光子計數(shù),并且輸出飛行時間,能夠輕松輸出深度圖像。

正因為這兩點原因,索尼等SPAD傳感器供應(yīng)商如果能實現(xiàn)高像素SPAD傳感器量產(chǎn),就能夠改變整個行業(yè)。

實際上,索尼并非業(yè)內(nèi)首家使用SPAD技術(shù)的傳感器廠商。已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn),明年即將上車的ibeoNEXT激光雷達,其傳感器就采用了SPAD技術(shù)。

與ibeo公司合作并推動激光雷達量產(chǎn)上車的亮道智能,對這顆傳感器有深刻理解。亮道智能一位資深工程師認(rèn)為,SPAD技術(shù)是純固態(tài)激光雷達技術(shù)路線上非常重要的技術(shù)架構(gòu)之一。

與此同時,行業(yè)內(nèi)還有多種測距技術(shù)路線,但這些技術(shù)短期內(nèi)還無法達到量產(chǎn)節(jié)點。

據(jù)了解,ibeoNEXT除了能夠輸出X、Y、Z的三維坐標(biāo)信息,還能夠利用能量信息顯示環(huán)境圖像。這個能量信息圖與人們常見的黑白照片/視頻類似,可以和激光雷達的點云信息配合同步輸出。最后,配合車上的攝像頭等其他傳感器,就能夠形成信息冗余。

不過,ibeoNEXT的像素點僅有10240個,相比索尼IMX459的11萬相差很遠。即便索尼用3*3進行感知,其分辨率仍然更高。根據(jù)前文的分析,像素數(shù)量越多,所成的像越清晰,也就是索尼IMX459能實現(xiàn)更清晰的成像,這才是激光雷達更重要的意義。

實際上,除了索尼基于SPAD做激光雷達傳感器之外,相機廠商佳能也正在布局SPAD傳感器,并且做出了100萬像素的CMOS產(chǎn)品。

04.結(jié)語:索尼加速智能汽車布局

2020年的CES消費電子展上,索尼推出了其電動汽車Vision S,標(biāo)志著索尼開始布局智能電動汽車。2022年CES上,索尼推出Vision S-02,進一步加碼智能電動汽車。

同時,索尼多年來影像傳感器、娛樂系統(tǒng)、聲學(xué)等領(lǐng)域的布局,在智能汽車時代將有更廣闊的發(fā)展前景。索尼在此時布局智能汽車正當(dāng)其時,正在加速汽車智能化實現(xiàn)。

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請聯(lián)系原著作權(quán)人。