東芝布局汽車LiDAR半導(dǎo)體業(yè)務(wù) 多項(xiàng)新技術(shù)助推探測(cè)距離翻番

　　據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，日本東芝(TOSHIBA)將深入開(kāi)發(fā)汽車LiDAR(激光雷達(dá))半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，主要面向：(1)LiDAR中使用的光接收元件;(2)測(cè)量IC(模擬前端IC);(3)電源IC(圖1)。東芝目前正在研發(fā)這三項(xiàng)技術(shù)，預(yù)計(jì)到2020年完成前期開(kāi)發(fā)并達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平，然后計(jì)劃將其商業(yè)化。其高精度測(cè)量IC技術(shù)和錯(cuò)誤檢測(cè)去除技術(shù)，可使LiDAR傳感器的探測(cè)范圍相比傳統(tǒng)方案提高約1.8倍。

　　圖1 典型LiDAR結(jié)構(gòu)框圖

　　2025年市場(chǎng)需求將達(dá)3000萬(wàn)臺(tái)

　　東芝對(duì)汽車LiDAR市場(chǎng)寄予厚望。根據(jù)該公司預(yù)測(cè)，未來(lái)L3級(jí)或更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛汽車數(shù)量將持續(xù)增長(zhǎng)，這將推動(dòng)LiDAR需求迅速增長(zhǎng)。市場(chǎng)預(yù)計(jì)一輛汽車將安裝多個(gè)LiDAR傳感器，到2025年，每年的市場(chǎng)需求將超過(guò)3000萬(wàn)臺(tái)。在此之后，汽車LiDAR市場(chǎng)仍將保持繼續(xù)增長(zhǎng)，東芝預(yù)測(cè)2025~2035年的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)將達(dá)到18%。

　　東芝開(kāi)發(fā)的測(cè)量IC專為采用“直接ToF(飛行時(shí)間)”距離測(cè)量方法的LiDAR傳感器而設(shè)計(jì)。 利用直接ToF距離測(cè)量方法，從紅外激光器發(fā)射脈沖光，然后利用光接收元件將從物體反射回的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其輸入到測(cè)量IC，利用激光從發(fā)射到反射光返回的時(shí)間估算距離。 為了獲取二維距離圖像，通常使用多面鏡掃描激光束。在測(cè)量IC中，執(zhí)行距離圖像生成等處理。

　　車載LiDAR需要更遠(yuǎn)的探測(cè)距離和高像素的距離圖像(多個(gè)距離測(cè)量點(diǎn))。例如，以時(shí)速120公里的速度行駛的車輛，其LiDAR傳感器探測(cè)距離需要達(dá)到200m。

　　為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)和高像素，有必要提高測(cè)距精度(準(zhǔn)確率)的同時(shí)，降低錯(cuò)誤檢測(cè)。

　　SAT智能累積技術(shù)，緊盯目標(biāo)物體

　　為了提高測(cè)距精度，東芝開(kāi)發(fā)了一種被稱為“SAT(Smart Accumulation Technique，智能累積技術(shù))”的方法，即使在各種不同的噪音環(huán)境中也能更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量，該研究成果已于2018年2月在ISSCC上公布。

　　在上述直接ToF距離測(cè)量方法中，隨著被測(cè)物體的距離增加，入射到光接收元件上的太陽(yáng)光量也隨著反射光返回而增加(圖2)。此時(shí)太陽(yáng)光等背景光線便成為噪音，使SNR(信噪比)下降。因此，需要通過(guò)累積遠(yuǎn)距離圖像的多個(gè)像素來(lái)提高SNR。然而，如果采用簡(jiǎn)單地累積，遠(yuǎn)距離圖像的圖像質(zhì)量會(huì)將低，如同進(jìn)行了模糊處理，使LiDAR系統(tǒng)難以探測(cè)并識(shí)別諸如行人和騎行者等物體(圖3)。

　　圖2 太陽(yáng)光等強(qiáng)烈的背景光為L(zhǎng)iDAR帶來(lái)的挑戰(zhàn)

　　圖3 簡(jiǎn)單平均處理的畫(huà)質(zhì)問(wèn)題，降低了行人的識(shí)別率

　　對(duì)此，SAT對(duì)每個(gè)物體(如汽車和電線桿)進(jìn)行反射光分類，僅累積并平均處理來(lái)自目標(biāo)物體的反射光(圖4)，并在處理中抑制圖像質(zhì)量劣化。與傳統(tǒng)累積技術(shù)相比，東芝SAT分辨率獲得了4倍提高，由此實(shí)現(xiàn)高達(dá)200m的高畫(huà)質(zhì)LiDAR成像。

　　圖4 SAT智能累積技術(shù)概覽