Лидары для автомобилей стоили $75.000, а теперь лидары будут в каждом iPhone +45




image

Как Apple удалось создать доступные лидары без движущихся частей для iPhone

На презентации iPhone 12 во вторник Apple представила возможности нового лидара. По словам Apple, лидар позволит усовершенствовать камеру iPhone за счёт ускорения фокусировки, особенно в условиях низкой освещённости. Возможно, таким образом появится новое поколение сложных AR-приложений.

Во вторник на презентации было рассказано о том, как работает лидар в iPhone, хотя это не первое устройство с лидаром от Apple. Впервые компания представила устройство, использующее эту технологию, в марте – это был обновленный iPad. И хотя пока еще никто не успел разобрать iPhone 12, мы можем многое узнать из недавних разборок последнего iPad.

Принцип работы лидара заключается в том, что он посылает лазерный свет и измеряет, сколько времени ему потребуется на возврат. Поскольку свет движется с постоянной скоростью, время пути туда и обратно может быть преобразовано в точную оценку расстояния. Повторяйте этот процесс на двумерной сетке, и в результате получится трехмерное «облако точек», показывающее расположение объектов внутри комнаты, на улице или другом месте.

Июньский анализ, проведенный компанией «System Plus Consulting», показал, что лидар в iPad посылает свет, используя матрицу вертикально-излучающих лазеров (VCSEL), изготовленную компанией «Lumentum». Затем он фиксирует обратную вспышку, используя массив однофотонных лавинных диодов (SPAD), поставляемых компанией Sony. Я объясню что это такое в следующем разделе.

Я нашел презентацию Apple особенно интересной, потому что я работал над текстом о компаниях, которые используют эти технологии (VCSEL и SPAD) для создания гораздо более мощного лидара для автомобильного рынка. Вертикально-излучающие лазеры и однофотонные лавинные диоды интересны тем, что они могут массово изготавливаться с использованием обычных технологий производства полупроводниковых приборов. Таким образом, выгода возникает за счет огромной экономии на производстве в больших объемах. По мере того, как растет распространенность датчиков на основе лазеров с вертикальным излучением, будет расти их качество (а цена будет снижаться).

Две компании, работающие над топовыми лидаром на основе лазеров с вертикальным излучением (Ouster и Ibeo) уже сейчас получают больше поддержки, чем большинство игроков на тесном рынке лидаров. Решение Apple о принятии этой технологии (и возможность того, что другие производители смартфонов последуют примеру Apple), обеспечит им попутный ветер в ближайшие годы.

Лазеры с вертикальным излучением позволили Apple создать очень простые лидары


image

Компания Velodyne стала пионером на рынке лидаров, выпустив 64-лазерный датчик

Первый трехмерный лидар был представлен компанией Velodyne более десяти лет назад. Вращающееся устройство стоило около 75 000 долларов и по габаритам было значительно больше смартфона. Apple должна была удешевить и уменьшить лидары, чтобы их можно было вставлять в iPhone, и лазеры с вертикальным излучением позволили компании этого добиться.

Что такое лазер с вертикальным излучением? Если вы создаете лазер, используя традиционные методы производства полупроводниковых устройств, у вас есть две основные технологии. Вы можете сделать лазер, излучающий свет в плоскости подложки (лазеры с торцевым излучением) или сверху (лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором – VCSEL).

Лазеры торцевого излучения традиционно были более мощными. Лазеры с вертикальным излучением десятилетиями используются в самых различных устройствах – от оптических мышей до сетевых передатчиков. Считалось, что они не подходят для высокотехнологичных решений, где требовались большие пучки света, но технология развилась, и лазеры с вертикальным излучением стали более мощными.

Для обнажения излучателя лазера с торцевым излучением обычно требуется полировка торца пластины для образования резонатора. Это увеличивает стоимость и сложность производственного процесса и ограничивает количество лазеров, которые могут быть размещены на одной пластине. В свою очередь, лазеры с вертикальным излучением выпускают свет перпендикулярно пластине, поэтому их не нужно разрезать или упаковывать по отдельности. Таким образом, один чип может содержать сотни (и даже тысячи) лазеров с вертикальным излучением. В целом, при условии производства в больших масштабах, микросхема с тысячами лазеров с вертикальным излучением может стоить не больше нескольких долларов.

То же самое и с однофотонными лавинными диодами. Как следует из названия, они достаточно чувствительны, чтобы обнаружить одиночный фотон. Высокая чувствительность означает, что они страдают от шумов. Для того, чтобы использовать такие диоды в таких устройствах, как лидары, необходима сложная постобработка. Большое преимущество однофотонных лавинных диодов заключается в том, что как и лазеры с вертикальным излучением, они могут производиться с использованием привычных технологий, и тысячи таких диодов могут размещаться на одном кристалле.

Сочетание лазеров с вертикальным излучением и однофотонных лавинных диодов позволяет значительно упростить конструкцию лидара. Оригинальный трехмерный лидар, созданный Velodyne, содержал 64 отдельно упакованных лазера на вращающейся установке. Каждый лазер имел соответствующий ему детектор. Сложность этой конструкции и необходимость точной подгонки каждого лазера были одними из причин дороговизны устройств от Velodyne.

В последнее время некоторые компании экспериментировали с использованием маленьких зеркал, чтобы «направлять» лазерный луч в соответствии с заданным паттерном сканирования. В такой конструкции достаточно всего одного лазера, но она все еще нуждается в подвижной части.

В свою очередь, Apple, Ouster и Ibeo производят лидары без движущихся частей. Лидары на основе чипов с сотнями/тысячами лазеров с вертикальным излучением могут использовать отдельные лазеры для каждой точки в поле зрения датчика. А поскольку все эти лазеры предварительно упаковываются на одном чипе, сборка этих устройств намного проще по сравнению с лидарами от Velodyne.

В последних моделях iPhone использовался еще один трехмерный датчик под названием TrueDepth Camera – он обеспечивал работу функции FaceID. Также сообщается, что в этом модуле использовался массив лазеров с вертикальным излучением от Lumentum. Принцип работы TrueDepth заключается в проецировании 30 000 точек на лицо пользователя для формирования трехмерной модели и сравнения сохраненной модели с полученной (с учетом ее деформаций).

Лидар в iPad проецирует намного меньше точек, чем камера TrueDepth. Видео от iFixIt, снятое ИК-камерой показало, что лидар проецирует сетку размерностью в несколько сотен пикселей. При этом если датчик TrueDepth распознавал глубину на основе формы света, падающего на лицо человека, то лидар в iPad измеряет расстояние напрямую, засекая время на полет света до объекта и обратно. Такой подход, вероятно, обеспечивает более высокую точность измерения глубины, а также увеличивает дальность работы датчика.

В более мощных лидарах также используются лазеры с вертикальным излучением (VCSEL) и однофотонные лавинные диоды (SPAD)


image

Лидары OS-1 и OS-2 от Ouster

Производительность лидаров от Apple намного ниже, чем у топовых датчиков, производимых компаниями, специализирующимися на лидарах. Velodyne, компания выпустившая первый трехмерный лидар, утверждает, что их датчик может работать с дальностью в 200 метров, в то время как датчик от Apple работает с дальностью 5 метров.

Многие лидары, использующие лазеры с вертикальным излучением, более мощны чем датчики, которые используются в устройствах от Apple. Например, самый мощный лидар от Ouster на основе VCSEL-лазеров может похвастаться дальностью около 100 метров при 10-процентной отражательной способности.

Все нынешние датчики от Ouster похожи на вращающиеся устройства от Velodyne. В них используются чипы, в которых установлены от 16 до 128 лазеров с вертикальным излучением – эти чипы устанавливаются столбцами на вращающейся основе. Простота этой цельной конструкции позволила Ouster снизить цену своих устройств и стать одним из крупнейших конкурентов Velodyne. Впрочем, эти датчики все еще стоят тысячи долларов – слишком дорого для использования в автомобилях, не говоря уже о смартфонах.

На прошлой неделе Ouster объявила о планах выпустить новый твердотельный лидар без движущихся частей. Вместо того, чтобы выставлять в ряд от 16 до 128 лазеров, в новом устройстве от Ouster будут использоваться 20 000 лазеров с вертикальным излучением, расположенных в двумерной сетке.

Ibeo придерживается аналогичной стратегии и может превзойти Ouster. Компания Ibeo разработала самый первый лидар, когда-либо поставляется на рынок автомобилей массового потребления — датчик для Audi A8. Это было абсолютно примитивное устройство с разрешением всего в 4 линии по вертикали. Сейчас компания занимается разработкой нового устройства под названием IbeoNext. Данная модель будет иметь лазерную сетку размером 128 на 80 пикселей – чуть меньше чем в проектируемом датчике от Ouster, но значительно больше, чем в последних устройствах от Ibeo. Компания утверждает, что ее новый датчик будет иметь дальность работы 150 метров и 10-процентную отражательную способность.

Последний игрок, о котором стоит упомянуть – Sense Photonics, компания, о которой мы рассказывали еще в январе. Как и другие компании, о которых мы говорили, Sense в своих лидарах использует лазеры с вертикальным излучением и однофотонные лавинные диоды. При этом, при работе с лазерами Sense используют технологию, которая называется микротрансферной печатью. С ее помощью лазеры могут потребять больше энергии, не перегреваться и оставаться безопасными для человеческих глаз. Пока что устройства от Sense не отличались большой дальностью работы, но генеральный директор компании Шона Макинтайр сказала Ars, что компания стремится разработать датчик, работающий с дальностью 200 метров – об этом устройстве Sense объявит в начале 2021 года.

Лидары скоро ворвутся на автомобильный рынок


image

Лидар от Ibeo

Ibeo, Sense и Ouster выпускают новые недорогие модели, поскольку ожидают резкого роста спроса со стороны автомобильной промышленности. Лидары могут значительно улучшить ADAS-системы.

Например, многие считают, что у Tesla одни из передовых ADAS-систем в индустрии. При этом у компании есть постоянная проблема – ее автомобили врезаются в неподвижные объекты, иногда со смертельным исходом. Лидары справляются с обнаружением неподвижных объектов лучшем, чем камеры и радары, а значит внедрение лидаров может предотвратить множество аварий, за счет чего системы ADAS будут более полезными для водителей.

До нынешних времен считалось, что лидары слишком дороги для автомобильного рынка, но ситуация меняется. Некоторые компании обещают, что в следующие несколько лет выпустят лидары, стоящие менее 1000 долларов.

Ouster планирует подготовить свой датчик ES2 к массовому производству для автомобильной индустрии в 2024 году. Компания заявляет, что изначально устройство будет стоить 600 долларов, а в будущем цена снизится до 100.

Ibeo не объявила цену на IbeoNext, но компания заявляет, что уже заключила сделку с Great Wall Motors (крупным автопроизводителем в Китае) о начале серийного производства в 2022 году.

Компании, не использующие лазеры с вертикальным излучением, также устремились на этот рынок. Одной из наиболее известных компаний в этом пуле является компания Luminar – она объявила о сотрудничестве с Volvo в мае. Volvo планирует выпустить автомобили с лидаром от Luminar в 2022 году.

Все эти конструкции имеют свои сильные и слабые стороны (причем разные). Пока что Luminar может похвастаться значительной дальностью – целых 250 метров. Возможно дело в том, что Luminar использует лазеры с длиной волны 1550 нм, которая находится далеко за пределами диапазона видимого света. Жидкость в человеческом глазу непроницаема для такого света, а значит Luminar может использовать мощные лазеры, которые не будут опасны для человеческих глаз. Также у лидаров от Luminar более широкое поле зрения, чем у устройств от Ouster.

Самый большой вопрос к Luminar – смогут ли они уложиться в заявленную цену, равную 1000 долларов. Когда я два года назад брал интервью у генерального директора Luminar Остина Рассела, он сказал, что Luminar нужно будет «снизить цену до нескольких тысяч», чтобы выйти на массовый рынок. Тогда я предположил, что лидар от Luminar стоит больше, чем «несколько тысяч». Теперь же компания утверждает, что цена на их лидары упадет ниже 1000 долларов.

Ouster и Ibeo же не имеют проблем с тем, чтобы сделать свои устройства дешевыми. Вероятно, у компаний возникнет проблема с достижением дальности работы в 200 метров – считается, что она необходима для работы на скоростях езды по магистрали.

«Лазеры с вертикальным излучением уступают по яркости тем лазерам, что используются в привычных лидарах», – так мне сказал генеральный директор Ouster Ангус Пакала. «Если вы создадите физическую модель, подключите однофотонный лавинный диод и лазер с вертикальным излучением, то в результате получите невысокую производительность». Впрочем, Пакала сказал, что Ouster разработала ряд «фундаментальных решений на разных уровнях», которые могут заставить это сочетание работать. Пакала сказал, что в перечень этих решений входят «исключительное» подавление света, выбивающегося из диапазона, и «размещение устройств обработки сигнала рядом с диодами», что помогает отличить возвращающиеся лазерный свет от шумов.

Таким образом, в ближайшие годы Ouster, Ibeo и Sense столкнутся с большой проблемой: развить производительность сочетания лазеров с вертикальным излучением и однофотонных лавинных диодов до такой степени, чтобы их устройства могли работать с дальностью в 200 метров. Если им удастся решить эту задачу, то низкая стоимость и простота чипов дадут этим компаниям решающее преимущество. Если же им не удастся, то они могут опуститься на более низкий уровень этого рынка.





image

Вакансии
НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.



О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.




Комментарии (109):

  1. achekalin
    /#22193762 / -11

    Я правильно понимаю заголовок, что в каждом айфоне сегодня автолидары по 75к?


    Кручу в руках свой аппарат (и это не 12про) — нет, не появился!

    • vvzvlad
      /#22193906 / +3

      Слово «стоили» вас не смущает? И то, что 75к стоили лидары для автомобилей, а в айфонах будут абстрактные лидары, без уточнения, что такие же?

      • achekalin
        /#22194062 / +2

        А вас не смущает, что заголовок изменился с момента моего комментария? В оригинале было «Лидары для автомобилей стоили $75.000, а теперь они в каждом iPhone» — и ваш коммент отлично уходит автору такого «шикарного» заголовка перевода.

        Кеш гугла

        • MiXei4
          /#22194364 / +1

          Именно поэтому об этом пишут в личных сообщениях.

          • achekalin
            /#22194590 / +10

            Так вы бы и написали мне?


            Считаю, что неудачный перевод (как и слабый пост, если это пост в корпблоге), стоит обсуждать вслух: это и другим поможет писать лучшие материалы, и автору дает возможность как-то участвовать в обсуждении. Личка хороша для опечаток, а здесь далеко не тот случай, здесь просто перевод «по мотивам» с осознанным отходом от оригинала.

          • novoselov
            /#22194610 / +11

            Уже не первый раз на Хабре пишут про проблему желтизны заголовков.
            Это же не какая-то интернет газетенка, а около-технический блог.
            Редакторы Хабра задают тон, а компании его подхватывают.
            Может хватит это терпеть и затыкать всем рот?

            • MiXei4
              /#22194642 / -6

              Как в борьбе с желтизной заголовков поможет первый комментарий? Он достоин около-технического блога?

            • achekalin
              /#22196546 / -1

              Как давно мне пояснил один медиа-товарищ, мнение которого мне тогда не понравилось, но — он же прав, черт побери! — «Пипл хавает».

              Это же не какая-то интернет газетенка, а около-технический блог.

              Хабр, как кажется нам с вами — это мы. Но: и вы, и я ходим на Хабр, и читаем, и не ставим минусы «редакторам», а втягиваемся в обсуждение всякого и каждого желтого заголовка, создавая этим постам просмотры, а кто-то и плюсы ставит. Получается, про газетенку зря вы отпираетесь, мы все «играем короля» именно так.

              Ну а владельцам — бабло капает, чего там.

            • ilya-zharskiy
              /#22197224 / -1

              Может хватит это терпеть и затыкать всем рот?


              Как же тогда повесточку продвигать?

              Без анонимных минусов тема 666 гендеров не взлетит.

  2. sedyh
    /#22193774 / +2

    Скорее не лидар, а модифицированная ToF камера.
    Как в FaceID, только с большим разрешением.
    Это совсем разные вещи как по цене, так и по назначению. Ничего кардинально нового Apple тут не ввела.

    • deepform
      /#22193990

      Как это не ввели?
      А как же новый тренд в мобильных устройствах?
      sarcasm
      Теперь смартфон без лидара и не смартфон вовсе.

      • nixtonixto
        /#22194576

        Лазерный дальномер точно был в HTC 10 4 года назад, и, возможно, в более ранних моделях.

        • megagnom
          /#22194606 / +1

          ASUS ZenFone Selfie 2015 года тоже имеет лазерный дальномер.

        • river-fall
          /#22200678

          а микрософт сделали планшет лет за 10 до айпада :)

    • Dee3
      /#22194330 / -1

      Да вообще не понятно чем занимаются, 10 лет штаны просиживают, вот другое дело %brandname%! Вот там настоящие инновации)

    • LittleSquirrel
      /#22194964 / +1

      Там именно Direct ToF, на матрице из SPAD-ов. Все вариации на тему Face ID делаются или через Structured Light или Continious Wave ToF, и то и другое ощутимо дешевле и проще.

    • Tangeman
      /#22195854

      ToF это способ измерения, а не технология, любой несканирующий лидар использует ToF по определению, так что это не могут быть "разные вещи".

  3. RealBeria
    /#22193870

    рынок 3д сканеров оживится!

  4. JaoDa
    /#22193894 / -1

    Вот интересно: насколько этот лазерный свет безопасен для сетчатки глаз?

    • lonelymyp
      /#22193954 / +8

      Лазерный свет ничем не опасней света солнца, лучины или света от ночных светлячков.
      Опасность может представлять мощность излучения, но она естественно на безопасном уровне.

      • 15432
        /#22194342

        Вопрос действительно интересный. Если в телефонах уж точно излучение слабое, то автомобильные лидары довольно-таки опасны. Вот здесь камера повредилась при съёмке на выставке.
        arstechnica.com/cars/2019/01/man-says-ces-lidars-laser-was-so-powerful-it-wrecked-his-1998-camera

        • lonelymyp
          /#22194390

          Лазеры работают в безопасном инфракрасном диапазоне который не проходит через хрусталик и роговицу.
          По ссылке

          Cameras are up to 1000x more sensitive to lasers than eyeballs

          • 15432
            /#22194398

            Хм, из опыта с лазерами, помню, что хрусталик и роговица неплохо задерживают УФ, а ИК вроде бы проходит без проблем. И опасность ИК лазеров как раз в том, что излучение не видно глазу, то есть не срабатывает моргательный рефлекс, из-за чего возможны серьезные повреждения

            • selivanov_pavel
              /#22194568 / +1

              Не знаю насчёт ИК, но получить повреждения сетчатки от УФ — проще простого. Снежная слепота, "зайчики", которые ловят сварщики без маски — это именно УФ.

              • 15432
                /#22194700

                Это да, при достаточной мощности что угодно навредит

            • nixtonixto
              /#22194586 / +4

              Лазер способен повредить сетчатку за наносекундное время, поэтому неважно, успеете вы моргнуть или нет. Знакомый в лаборатории поймал отражённого от наручных часов зайчика, и теперь у него тёмная полоса на картинке в глазу.

              • 15432
                /#22194706 / +1

                При не слишком большой мощности (класс опасности 3) моргание поможет. От мощных лазеров и их бликов спасут только специальные очки, да.

                • arheops
                  /#22196706

                  От реально мощных лазеров спасет только глухой шлем из сантиметрового металла ;)
                  Всегда вопрос в мощности. Если очки помогают — они забирают на себя тепло луча.

            • lonelymyp
              /#22195344

              Повторюсь, ИК излучение может быть с очень разной длиной волны, для безопасности выбрана именно та длина волны которая не доходит до сетчатки.
              Это где-то 1500 и выше, диапазон IR-B.

      • quwy
        /#22199734 / +1

        Лазерный свет ничем не опасней света солнца, лучины или света от ночных светлячков.

        Не совсем. Лазерный луч когерентный, а значит создает интерференционную картину сам с собой. Обычный свет дает просто светлое пятно на сетчатке, а лазер — множество интерференционных минимумов и максимумов. И вот эти максимумы могут быть опасны при такой яркости, при которой обычный свет еще остается безобидным.

  5. KbRadar
    /#22193902 / -1

    del

  6. Windev
    /#22194002

    А как они планируют решать следующие проблемы:


    1. Работа в туман.
    2. Работа в снег и дождь
    3. Работа сотен лидаров в одном месте (в пробке)

    • tester12
      /#22194144

      Можно использовать несколько лазеров с разными длинами волн (проходящих сквозь туман, дождь и т.п.). Плюс дополнительный радар (на случай пылевой бури).

      • begin_end
        /#22194468

        Ближнее ИК, доступное для лазеров неплохо поможет в случае смога, мелкой пыли и умеренного дыма (поглощение, небольшое рассеивание). Но вот туман и особенно дождь/снег по прозрачности для этого ИК не лучше, чем для видимого света (переотражение и рассеивание). Да, вот тут потребуется уже не лазер, а мазер.

        Проблему множества лидаров частично можно решить: разными длинами волн (но выбор все-таки не велик, специфические лазеры дoроги); разной поляризаций (но поляризация порой может вращаться); и отловом коллизий импульсного сканирования (чтобы не принимать чужие импульсы за собственные с возникновением ошибки мнимого уменьшения дистанции — ложные данные опаснее отсутствующих).

        Допустим, будет протокол, согласно которому предваряя сканирующий лидарный импульс излучается не используемый для сканирования, более длинный импульс-метка с данными (скорее всего мы не сможем передавать идентификационные данные в составе сканирующего импульса). Если система фиксирует чужой импульс-метку в пределах временного окна выполнения собственного сканирования, то данные отбрасываются, операция повторяется.

        • Aberro
          /#22194566 / +1

          А есть ли проблема с чужими импульсами? Ежели свет пролетает 500 метров менее чем за пару микросекунд, 250 метров туда и обратно. Мне видится очень маловероятным чужому авто попасть в такой временной интервал. Нужны будут сотни лидаров, излучающих каждый в своё уникальное время, чтобы попасть в такое окно. Ну и, к тому же, это будет дефект размером в одну точку, банально отсекающийся при обработке данных. Ну и можно каждому лидару задать немного различную частоту опроса, чтобы не возникло синхронизации, так что, опять же, дополнительно подобные дефекты можно легко отсеивать временнЫм сглаживанием.

          • begin_end
            /#22195644

            Рано или поздно возникнет ситуация, когда попадет. Да, это маловероятно при тестировании. Но машин будет много в одном месте не в каком-то разовом тесте, а на улице. То есть повторно огромное количество раз.

            Причем, учитывая идентичность систем и хорошую стабильность частоты, время синхронного совпадения может быть продолжительное. Ошибка станет не просто дефектом, а ложным досрочным срабатыванием. Получим полноценную информацию о внезапно возникшем близком препятствии.

            Различная частота опроса устранит синхронность совпадения, но резко повысит шанс разовых коллизий. Впрочем, наверное это хорошее решение.

            • LittleSquirrel
              /#22196096

              Такая ситуация именно в dToF обрабатывается достаточно легко и все на нее расчитывают последние несколько лет. И разовые коллизии воспринимаются просто как увеличенный уровень шума.
              Даже для устройств смотрящих на >500м время «экспозиции» после одного пульса — меньше 2 микросекунд. Достаточно добавить произвольную задержку перед началом каждого пульса с максимальной величиной больше оной «экспозиции» полностью уберет вероятность систематических помех от одиночными однотипными устройствами. Для расстояний ближе 100м, где это действительно критично, время экспозиции и вовсе меньше 500нс, кроме легкой просадки фреймрейта особого негатива не будет.
              Во-вторых на обработке обычное отражение очень сильно отличается от «ослепления» чужим источником и легко выфильтровывается. Получается некоторая «слепая зона» на расстоянии до чужого источника, но из-за динамического характера сцены это тоже быстро устраняется и фильтруется.

    • sumanai
      /#22195268

      Они не будут решать эти проблемы, они смартфоны делают.

    • burzooom
      /#22196852 / +1

      1. «К сожалению, погода не позволяет включить ваше авто, воспользуйтесь ближайшей остановкой общественного транспорта»
      2. п.1
      3. «Маршрут перестроен, вы будете ехать вот этими зигзагами и поворотами, с периодической остановкой на несколько минут, что бы не создать пробку на развязке»

  7. nehrung
    /#22194088

    Производительность лидаров от Apple намного ниже, чем у топовых датчиков, производимых компаниями, специализирующимися на лидарах. Velodyne, компания выпустившая первый трехмерный лидар, утверждает, что их датчик может работать с дальностью в 200 метров, в то время как датчик от Apple работает с дальностью 5 метров.
    Такое впечатление, что автор пытается занизить достижение Apple. А по мне, исходя из физики, всё наоборот. Тот, кто оперирует дальностью порядка сотен метров, должен измерять запаздывание порядка наносекунд, что в общем-то не так уж сложно. А для измерителей единиц метров придётся точно измерять запаздывание в пикосекунды. Верно ли моё почерпнутое из курса вузовской физики представление, что второе гораздо сложнее? Я даже не понимаю, как в цифровом аппарате, работающем на предельно достижимых нынче частотах в гигагерцы (т.е. с характерными временами в наносекунды) удаётся точно измерять время на три порядка короче. Это какая-то технологическая магия, не иначе.

    • DrPass
      /#22194116 / +1

      Верно ли моё почерпнутое из курса вузовской физики представление, что второе гораздо сложнее?

      Скорее всего, там просто другой способ. Если отражаемый объект относительно недалеко и неподвижен, можно сделать так: лазер модулируется какой-то определённой длиной волны, и сравнивается фаза сигнала на лазерном диоде и на фотоприёмнике. Зная длину волны и разницу фаз, можно высчитать и расстояние.

      • Qvarknn
        /#22197196

        Именно так. В лидарах малой дальности используется модуляция сигнала

    • d2ab
      /#22194130 / +2

      Никто такие задержки не меряет программно, так что частота процессора не играет роли. Для этого есть аналоговые схемы, они уже выдают готовый результат для процессора. А по поводу 200м / 5м — важна не общая задержка сигнала, а точность измерения, чтобы получить точное расстояние, точность 10м на расстоянии 200м легче достичь, чем 10 см на расстоянии 5м.

    • Paskin
      /#22194312

      Это делается аппаратно, специальной микросборкой — а потом уже данные передаются в ЦП.
      В позиционировании внутри зданий по схеме TDoA (разница времени прибытия сигнала) приходится решать еще более сложные задачи — вроде синхронизации времени до пикосекунды на разнесенных в пространстве приемниках — и ничего, те же BLE и UWB-системы вполне работают.

    • nixtonixto
      /#22194598 / +5

      Это отнюдь не достижение Эпла, лазерные дальномеры есть на каждой стройке и стоят от 14 долларов за готовое изделие с дисплеем и кнопками. Разрешение 2 мм, расстояние до сотен метров.

      • tormozedison
        /#22194612 / +2

        Там единичный дальномер, а не массив оных.

        • iliasam
          /#22194666 / +1

          Там еще и скорость измерений — 1 Гц, и довольно крупная оптика с большим фокусным расстоянием — в телефон такую не встроить.
          Если кому интересно, у меня есть статья про такие лазерные рулетки: habr.com/ru/post/327642

        • nixtonixto
          /#22194832

          Для измерения расстояния достаточно одной ячейки, массив нужен для трёхмерной картинки. Но трёхмерную картинку невозможно построить без рассеивающе-собирающей оптики (или изготовления выпуклого кристалла массива лазеров и вогнутого — массива датчиков), поэтому в телефоне с его миллиметровыми размерами фактически получится всё то же одноточечное измерение, но массивом датчиков…

    • LittleSquirrel
      /#22194998 / +1

      Для разных задач будут разными ограничивающие факторы, как в любой инжинерии.
      Для коротких расстояний основной упор приходится делать на точность измерения времени( отклонение «часов») и подавление шума от своих собственных триггеров и начала эмиссии. Зато объекты близко и обычно дают достаточно интенсивный сигнал, потому можно намного меньше загоняться с SNR. И мерять такие системы должны обычно от 5 — 10см с точностью не ниже сантиметра.
      При работе на сотни метров допустимая абсолютная точность может быть на уровне 15 — 20 см, близкое расстояние часто тоже обрезается. Зато в общем сигнале приходится выискивать те несколько фотонов, что вернулись вот от того куска угля за 200 метров от нас. Не самое тривиальное занятие.
      Вообще же, для достижения нужных параметров приходится измерять сигнал на частотах от 1 до 5 ГГц. Строить хорошую PLL на такое дорого и сложно, поэтому, например, могут использоватся множественные сэмплеры, где разница во времени срабатывания достигается задержкой прохождения сигнала от оного источника.

      • tbl
        /#22197576

        Если использовать синхронный усилитель на приемнике, то на SNR можно вообще не смотреть (использование такой схемы позволяет провести измерения в условиях, когда на входе шум на порядки сильнее полезного сигнала)

        • LittleSquirrel
          /#22197972

          Я не гуру обработки сигнала, но в меру моего понимания для такого метода нужна регулярность значимого сигнала и хотя б некоторая регулярность уровня шума. У лидаров все плохо с обеими компонентами. Шум очень варьируется от температуры и освещенности окружающей среды. Сигнал, который мы ищем тоже принимает достаточно разнообразные формы. Скажем профиль возврата от дорожного знака-ретрорефлектора в 50м будет очень сильно отличатся от темного цилиндрического матового столба на том же расстоянии.

          • tbl
            /#22198774

            для метода измерения с синхронным усилителем достаточно стабильности частоты, а в измерении лидаром частота модуляции светового потока излучаемого сигнала стабильна и известна, но неизвестна фаза отраженного сигнала, которая по сути и есть задержка сигнала, и, чтобы найти ее, двумя ключами (работающими с задержкой pi/2, за это время отраженный сигнал гарантированно придет хотя бы на один из ключей) и двумя интеграторами ищем амплитуды U_0 и U_pi/2, арктангенс отношения которых и даст сдвиг фазы принятого сигнала относительно излученного.

            • LittleSquirrel
              /#22199590

              Такой подход замечательно работает для iToF систем, где мы как раз ищем смещение фазы сигнала. Описанная в данной статье штука это direct ToF, когда измеряется непосредственно время между исходящим пульсом и возвратом отраженного излучения. Исходящий пульс один, не повторяющийся, возврат сэмплится с определенной частотой. Такой цикл может многократно повторятся, чтоб SNR улучшить, но технику для определения смещения фазы применить не получается.

  8. Skykharkov
    /#22194172 / +3

    Я могу ошибаться, но кажется именно лазерные "дальномеры" стояли в телефонах LG лет десять назад.
    Например.

    • Aberro
      /#22194574 / +2

      Я так понимаю, там был один «пиксель», в то время, как у лидара это целый массив. Грубо говоря, вы этим пикселем мимо лица промахнулись и всё, фокус будет на фоне, а не на человеке.

      • Skykharkov
        /#22194578

        Да вроде там нормальная развертка была. Я никак не хочу "унизить" Apple, возможно у них лидар полноценный, как 3Д сканнер. Но технологии то уже сто лет в обед...

        • Clasen01
          /#22196834

          Термин LiDar появился в 1953 году и Apple нигде (насколько мне известно) не заявляет, что она изобрела эту технологию, но она действительно первая среди прочих, кто реализовала форм-фактор, позволяющий компактно разместить матрицу на обычном, по своим размерам, смартфоне)

          • Skykharkov
            /#22196850 / +1

            Да бог с ней, с Apple. Пусть пиписьками меряются с кем хотят. Но это не отменяет факта того, что лидар был уже давным-давно установлен на телефон. И это не "прорыв", а просто "установка лидара".

            • SandroSmith
              /#22200658

              А Apple никогда и ни в чём не была первой. Ни сканер отпечатка, ни распознавание лица, ни голосовой ассистент не появились впервые в их смартах. Что они предлагали — так это удобную реализацию оных фич. И это были не гиммики, а то, чем реально начинали пользоваться и что затем повторяли остальные. Что-то лучше (Siri, когда ты уже станешь не такой тупой?), что-то хуже.

  9. vmchaz
    /#22194200

    Я работал с несколькими ToF-лидарами одновременно и могу сказать, что они могут начинать давать помехи друг на друга, в этом один из их главных недостатков по сравнению с «пассивными» камерами.
    Облако точек объекта, освещённого несколькими ToF-лидарами, начнёт серьёзно «расплываться».
    Для телефона такое ещё может прокатить (особой опасности нет, если картинка получится не особо чёткой), а вот для автомобилей — там уже нужны дублирующие решения

  10. Fullspb
    /#22194274 / +1

    Обзор LG G4: камера с лазерным прицелом

    А это не то же самое но 5 лет назад?

    • Newbilius
      /#22194550 / -1

      Вы ещё скажите, что до айфонов были сенсорные коммуникаторы, ориентированные на управление без стилуса...

  11. 3263927
    /#22194328

    получится ли модулировать частотой чтобы решить проблему взаимных помех если измеряется фаза? мне кажется нет, хотя я не физик

  12. teology
    /#22194338

    Блин, ну во-первых понятие LIDAR включает как обычные лазерные дальномеры, так и их 2D и 3D варианты. Лидар на 250 метров должен работать от 0 до 250 метров, поэтому электроника там не хуже, чем в айфон-лидарах 0-5 метров.
    Промышленные лидары очень точные: riftek.com/ru/products/~show/sensors/2D-scanners (мэйд ин Белоруссия)
    Для автомобилей миллиметры точности неважны, важна скорость измерения, расстояние и цена.

    А для айфонов лидар вообще нужен???

    • pOmelchenko
      /#22195280

      Для AR может помочь в экономии ресурсов на обработку плоской картинки с камеры. Хотя, как я понял, это надо чтобы строить более честное боке и иметь более точный фокус на объекте. Но уверен что найдутся умельцы которые сделают приложение для сканирование объектов для последующей 3D печати :)

    • nee77
      /#22195998

      Теперь обладатели айфонов с лидарами легко смогут найти чёрную кошку в темной комнате.

      • sumanai
        /#22196582

        Эта кошка должны быть достаточно большой. Пантера?

        • DrPass
          /#22196642

          Пантера сама найдёт, если что.

  13. devdb
    /#22194356

    А не приведёт ли повсеместное внедрение лазеров (я надеюсь, что не приведёт) к проблемам со зрением у людей?

    • DrPass
      /#22194436

      Мне кажется, сначала оно приведёт к проблемам со зрением у самих лидаров.

    • burzooom
      /#22197032

      не переживайте, всего лишь достаточно эпидемии вируса, передающегося фотонами, и население заставят носить защитные очки на улице, что решит столь деликатную проблему

  14. pnp2000
    /#22194440

    “ Поскольку свет движется с постоянной скоростью” Как так то, т.е. теперь можно закрыть весь раздел физики касающийся оптики?

    • Astroscope
      /#22194854

      Нет, только подраздел, касающийся скорости света или в общем электромагнитных волн в прозрачных для рассматриваемых длин волны средах. Хотя, подождите...

  15. Kwisatz
    /#22194488

    А там действительно нужен лидар? Для ускорения фокусировки профессиональные навесные вспышки давным обладают функцией подсветки автофокуса.

    • nixtonixto
      /#22194604

      Телефону сложно осветить своими махонькими светодиодиками объект на расстоянии десятка метров. А лазеру для этого достаточно 10 мВт.

  16. givattal
    /#22194602 / -4

    Цитата из прошлого: "мы говорим партия — подразумеваем Ленин. Мы говорим Ленин — подразумеваем партия".
    И так было 70 лет. Говорили одно — подразумевали другое.
    По теме: "Лида?р (транслитерация LIDAR англ. Light Detection and Ranging «обнаружение и определение дальности с помощью света») "
    В телефоне — дальномер (лазерный). В машине — построитель окружения (почти объёмнный).
    Божий дар и яичница. Найдите десять отличий.....

  17. Tim_23
    /#22195036

    А чем лидар отличается от радара?
    По поводу аварий Тесла. Это связано с тем, что они в основном используют камеры с машинным обучением для координации в пространстве?

    • DrPass
      /#22195192 / +1

      А чем лидар отличается от радара?

      Да всем, в общем-то, только назначение частично пересекается. Радар — средство для обнаружения объектов с помощью отражённых/излучённых ими радиоволн (посему объекты должны уметь эти волны отражать или излучать), и могут находиться на любом доступном для радиоволн удалении, лидар — лазерный дальномер, или в более продвинутом варианте, сканирующий лазерный дальномер. Предназначен для определения расстояния до объектов в пределах прямой видимости.

      • SandroSmith
        /#22200684 / +1

        Да всем, в общем-то, только назначение частично пересекается.

        А я то, дурак, всю жизнь думал, что только частотой используемого электромагнитного излучения.

  18. SignallerK
    /#22195054

    И все таки не совсем понятно как работает этот массив лазеров. Если одновременно, то как избежать кросс помех, например если луч отразится в соседнюю ячейку. Особенно учитывая расстояние между излучателями на кристалле.
    Или все же там используется некая развертка, когда одновременно работает один (или несколько) лазер. Тогда не ясно к чему «тысячи однофотонных диодов» ведь тогда по идее хватит одного (нескольких).

    • ZyXI
      /#22195374

      Один нужно как-то перенацеливать. Перед массивом можно поставить оптику так, чтобы разные лазеры в результате стреляли в разные стороны. Второе работает намного быстрее и меньше изнашивается.

    • LittleSquirrel
      /#22196072

      Это особенности машинного перевода статьи, без обьяснения достаточно специфических понятий. Например излучатель и приемник это два разных чипа, отстоящих друг от друга и, обычно, неплохо изолированных чтоб прямых утечек света.
      VCSEL состоит из большого количества вертикальных «каналов», через которые уходят фотоны. Каждый канал дает не полностью колимированный луч, но очень узкий пучек. Чтобы этим набором «точек» покрыть целевой сектор обзора перед диодом ставится оптика, проецирующая лучи как надо.
      На стороне приемника почти обычная матрица, как в любой камере. Чем больше «пикселей» — тем выше разрешение с которым мы воспримем окружение.

      • SignallerK
        /#22196120

        Спасибо, то есть если более по простому. Лазер у на как-бы один, но проэцирующий некое облако точек (если сильно утрировать, это как фонариком через дуршлаг посветить). Так что можно считать что все лучи стартуют одновременно. А диоды типа как камера, но ловят не просто картинку, а время прибытия каждой точки облака.
        Действительно элегантное решение.

        • LittleSquirrel
          /#22196196

          Сильно утрируя, да, Ваше понимание корректно. Решение очень элегантное, но очень сложное на уровне микроэлектроники. Там и допуски по таймингу в десятки пикосекунд и сказочная чувствительность к шуму и просто архитектура и процессы сложные.

  19. firej
    /#22195244

    а еще почти в каждом пылесосе сейчас стоит полноценный вращающийся лидар (просто они имеют более низкое разрешение и скорость, чем те что по $75к)

    • sumanai
      /#22195286

      Разобрал свой Буран — нету там такого!

    • LittleSquirrel
      /#22196078

      В пылесосах намного проще устройство. Там по сути однопиксельный лазерный дальномер, который моторчиком вращают вокруг своей оси.

      • dinam
        /#22197728

        там многопиксельный дальномер. лазер и матрица от камеры, разнесенные по краям вращающегося диска. в зависимости от того, в какой пиксель камеры проецируется точка от лазера, вычисляетя расстояние.

        • LittleSquirrel
          /#22197938

          О, это интересно, спасибо! Не подскажете кто из производителей выпустил многопиксельный LDS? Когда я смотрел последний раз, примерно с год назад, такого еще ни у кого не было и многие флиртовали с iToF.

          • dinam
            /#22199638

            Наверное я не особенно понятно выразился. В пылесосах «моногопиксельный» не собственно лидар, а дешевая матрица-приемник. Никакого tof или модуляции там нет. Просто по положению пятна лазера на матрице вычисляется «однопиксельный» результат, дальше все скармливается в алгоритм SLAM для построения карты и позиционирования. У меня пылесос с таким лидаром уже лет восемь катается по квартире. Производитель пылесоса Neato конкурс на супер-дешевый лидар делали в свое время, вот, до сих пор все результатами того конкурса наслаждаются в пылесосах.

            • LittleSquirrel
              /#22200036

              А, понял, спасибо. С тех пор прогресс чуть подвинулся, сейчас от крутилок с триангуляцией перешли к крутилкам с однопиксельным dToF, они точнее. Но поскольку всем хочется углового разрешения лучше, чем пол-градуса: часть производителей смотрит чтоб поставить на крутилку многопиксельный dToF, часть смотрит чтоб приспособить iToF(или от телефонов или дешевые китайские варианты). Ну и есть идущие особым путем, типа Электролюкса.

              • dinam
                /#22202074

                Видел пылесос с компасом, одометром и датчиком приближения к препятствию. Получается ориентироваться не сильно хуже, чем с лидаром, если колеса у пылесоса не проскальзывают. И карта вполне точная на выходе, пылесосу достаточно.

                • LittleSquirrel
                  /#22202582

                  Тут я сильно не соглашусь. Работать такая штука конечно работает, но с точностью и планированием маршрута там сильно беда. Я общался с добрым десятком команд-разработчиков этих зверушек, включая тех же Neato, все хотят примерно похожего. 3D сенсор с угловым разрешением в пол-градуса или лучше, сантиметровой точностью и углом обзора хотя б градусов в 120. И чтоб оно копейки стоило, конечно. =__=

                  • isden
                    /#22202822

                    А зачем там 3D? Оно же по плоскости катается.

                    • LittleSquirrel
                      /#22202868 / +1

                      Там не нужно совсем-совсем 3D, но хотя б какое-то вертикальное разрешение нужно чтоб оценивать высоту объектов вокруг. Например чтоб понять влезет ли робот под этот диванчик или переедет ли через тот порог…

                      • tbl
                        /#22206076

                        Там скорее 2.5D нужно, чтобы оценить высоту препятствий на границах робота, когда к ним вплотную подъезжает. С этим вполне справится 1D-матрица с прецессией оси вращения

                        • LittleSquirrel
                          /#22206798

                          Замечательная идея, товарищи в Roborock были бы в восторге. По минимуму этого бы хватило, но по максимуму там несколько функций хотятб из-за которых и пытаются пристроить 2D матрицу:
                          1.Определить высоту препятствия на предмет «заехать под», желательно с некоторого расстояния, чтоб спланировать траекторию.
                          2. Детекция мелких обьектов перед роботом, особенно висящих проводов, чтоб, например, телефон со стола не стягивать.
                          3. Детекция высоты низкого препятствия, порога, чтоб понять может ли робот через него переехать. Например особая гордост Электролюксов — способность опознать и переехать 3см порог.
                          4. Детекция пола перед роботом. Во-первых чтоб выбросить clif sensor(ступеньки), во-вторых чтоб определять края ковра. Ну и совсем в идеале — опознавать лежащие провода.

                          Для всех этих функций одним сенсором вертикальное поле зрение должно быть градусов 30 как минимум, я предлагал систему на 60-70. Прецессией оси вращения столько не наберешь.

  20. Alex_ME
    /#22195656

    А solid state LiDAR и ToF-камеры — это одно и то же или там разные принципы?
    Пока пытался найти информацию, нашел это видео:


    • MagisterLudi
      /#22195906

      «Еще больше усложняет ситуацию тот факт, что технология ToF теперь представлена в двух вариантах: iToF и dToF. iToF измеряет фазовый сдвиг, а dToF – непосредственное время полета.»

      Ковыряемся в лидаре iPad 11 Pro

      image

      image

      «Внутрипиксельное соединение» — важное свойство. Компания Sony впервые интегрировала CMOS-датчик, используя 3D-стекинг для ToF-датчиков. Внутрипиксельное соединение позволило разместить CMOS-датчик изображения вместе с логической подложкой. Благодаря интегрированной логической матрице, датчик может производить простые вычисления расстояния между iPad и объектами, объяснил Халлеро.


      Ковыряемся в лидаре iPad 11 Pro

    • GomboTs
      /#22196088

      А они снаружи и должны быть похоже — светят инфракрасным светом по сетке.
      Весь вопрос в том, как принимается отраженный сигнал и как ведется обработка, в зависимости от этого получатся очень разные технологии с очень разными результатами с точки зрения точности и дальности.

  21. delhi_heir
    /#22196744

    лидары будут в каждом iPhone

    Что-то я совсем не доверяю безопасности для глаз нонейм лидаров в китайских клонах айфона. :(
    image
    пример поражения глаз лазером
    • pnp2000
      /#22196790 / +1

      А при чём тут поражение СО2 лазером?
      Да и прямо скажем по глупости повреждения глаз в разы больше, поэтому предлагаю запретить глупости.

  22. voidkor
    /#22197218

    А почему все интересуются потенциальными проблемами со зрением только у людей? А как на счёт других живых существ? Вот решил сфоткать какую-нибудь зверушку и оставил её без зрения. Я не очень силён в устройстве и работе глаза, но сдаётся мне, что диапазоны воспринимаемых волн отличаются от одного вида к другому. Проясните, пожалуйста, кто в теме.

  23. PeterKazakov
    /#22197220

    Сравнение странное, в iPhone ведь принципиально другое устройство камеры.