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东芝布局汽车LiDAR半导体业务 助推探测距离翻番

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据麦姆斯咨询报道,日本东芝(TOSHIBA)将深入开发汽车LiDAR(激光雷达)半导体业务,主要面向:(1)LiDAR中使用的光接收元件;(2)测量IC(模拟前端IC);(3)电源IC(图1)。东芝目前正在研发这三项技术,预计到2020年完成前期开发并达到实际应用水平,然后计划将其商业化。其高精度测量IC技术和错误检测去除技术,可使LiDAR传感器的探测范围相比传统方案提高约1.8倍。

东芝布局汽车LiDAR半导体业务 助推探测距离翻番

图1 典型LiDAR结构框图

2025年市场需求将达3000万台

东芝对汽车LiDAR市场寄予厚望。根据该公司预测,未来L3级或更高级别的自动驾驶汽车数量将持续增长,这将推动LiDAR需求迅速增长。市场预计一辆汽车将安装多个LiDAR传感器,到2025年,每年的市场需求将超过3000万台。在此之后,汽车LiDAR市场仍将保持继续增长,东芝预测2025~2035年的复合年增长率(CAGR)将达到18%。

东芝开发的测量IC专为采用“直接ToF(飞行时间)”距离测量方法的LiDAR传感器而设计。 利用直接ToF距离测量方法,从红外激光器发射脉冲光,然后利用光接收元件将从物体反射回的光转换为电信号,并将其输入到测量IC,利用激光从发射到反射光返回的时间估算距离。 为了获取二维距离图像,通常使用多面镜扫描激光束。在测量IC中,执行距离图像生成等处理。

车载LiDAR需要更远的探测距离和高像素的距离图像(多个距离测量点)。例如,以时速120公里的速度行驶的车辆,其LiDAR传感器探测距离需要达到200m。

为了实现远距离探测和高像素,有必要提高测距精度(准确率)的同时,降低错误检测。

SAT智能累积技术,紧盯目标物体

为了提高测距精度,东芝开发了一种被称为“SAT(Smart Accumulation Technique,智能累积技术)”的方法,即使在各种不同的噪音环境中也能更准确地实现距离测量,该研究成果已于2018年2月在ISSCC上公布。

在上述直接ToF距离测量方法中,随着被测物体的距离增加,入射到光接收元件上的太阳光量也随着反射光返回而增加(图2)。此时太阳光等背景光线便成为噪音,使SNR(信噪比)下降。因此,需要通过累积远距离图像的多个像素来提高SNR。然而,如果采用简单地累积,远距离图像的图像质量会将低,如同进行了模糊处理,使LiDAR系统难以探测并识别诸如行人和骑行者等物体(图3)。

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图2 太阳光等强烈的背景光为LiDAR带来的挑战

东芝布局汽车LiDAR半导体业务 助推探测距离翻番

图3 简单平均处理的画质问题,降低了行人的识别率

对此,SAT对每个物体(如汽车和电线杆)进行反射光分类,仅累积并平均处理来自目标物体的反射光(图4),并在处理中抑制图像质量劣化。与传统累积技术相比,东芝SAT分辨率获得了4倍提高,由此实现高达200m的高画质LiDAR成像。

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图4 SAT智能累积技术概览

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