苹果为何选择在iPad Pro上使用数字激光雷达？

近期，苹果发布了一款最新的iPad Pro，首次将激光雷达组件应用于VR／AR体验。至今，激光雷达已经在自动驾驶、重工业自动化、机器人、无人机、安防等领域有了广泛的应用，苹果使用激光雷达对市场来说是一个明确的信号——激光雷达正在从工业自动化的应用中逐渐进入主流消费级应用。

值得注意的是，苹果选择了激光雷达而非摄像头解决方案。激光雷达能够为AR体验提供关键性能，而这些性能是摄像头所无法提供的。相比摄像头，激光雷达获取的是3D信息，更可靠，且能够在黑夜中正常工作。 苹果对数字激光雷达的选择iPad Pro搭载的是一款闪光激光雷达（Flash Lidar，固态激光雷达的一种）。顾名思义，就如照相机的闪光灯一样，闪光激光雷达是通过发射一面光墙来实现对物体的探测， 而不是传统机械旋转式激光雷达的激光束逐点扫描。

与Ouster的激光雷达一样，苹果的激光雷达采用了垂直腔面发射激光器（VCSEL， vertical cavity surface emitting laser）来发射激光，激光在遇到物体之后返回的光则采用单光子雪崩二极管（SPAD， single photon avalanche diodes）进行接收，同样的技术也应用在了苹果的Face ID上。

VCSELs和SPADs是数字激光雷达的两大技术基础，也是实现商业化的理想选择，因为：

1． VCSELs和SPADs能够提供更优的性能、结构和成本效益。与其他发射激光器相比，VCSELs更小、更轻、更耐用、更易于制造；不同于传统模拟激光器，例如APDs或SiPMs（难以搭载到消费级产品中）， SPADs通过计算单独的光子，能够获得更简单、更小、更可靠的数字化结构，SPADs本身还具有单光子灵敏度、低噪声和极佳的时间分辨率等特点；

2．   VCSELs和SPADs都能够集成到芯片上，大幅减少了内部零件，由此形成的激光雷达系统更加可靠稳定；

3． VCSELs和SPADs更容易实现量产，成本也会随之不断降低；其性能会随着摩尔定律不断提升，而生产更便宜；传统模拟技术APDs或SiPMs虽然比较成熟但发展的空间十分有限。

Ouster早在三年前便实现了VCSEL＋SPAD方案的商业化

苹果对数字激光雷达的选择，与Ouster在成立之初设计高性能数字激光雷达时的选择一致。2015年，Ouster成为了第一家使用这一技术方案的激光雷达公司，也拥有了这一领域的基础专利技术，并成功在2017年发布了第一款芯片化的激光雷达。Ouster见证了这一方案的成本、可靠性和性能逐年不断提升。而此次苹果引入数字激光雷达，促使了这项技术更广泛的应用。

商用激光雷达和消费级激光雷达分辨率对比，由红外相机拍摄

以APDs或SiPMs为基础的激光雷达长久以来多被用于研发，而难以突破实现商业化。这些过时的系统由上百个发射激光器、接收激光器以及其他器件组成，并且都需要手工装配和标定，成本高达25万元，无法满足商业化的成本和可靠性要求。 而Ouster和苹果使用的数字激光雷达系统只需要两块芯片，更简单可靠、成本更低。Ouster的所有产品都通过了车规级别的冲击和振动测试，其防水等级为IP68和IP69K，这是市场中现有激光雷达中等级最高的。

Ouster的激光雷达正在进行振动测试 

苹果构建了一个能够实现数米探测距离的数字激光雷达，但对于商业应用来说，如自动驾驶、工业、3D地图等，激光雷达必须拥有更高的性能，例如探测距离需要达到几百米。为了获得200米以上的探测能力，Ouster在相同的底层数字激光雷达技术上，研发了一个更加先进的、自有专利的光学系统。

左：室内地图，右：高分辨率SLAM，OS1－128实测点云

产品性能将随着芯片升级不断提升 苹果将VCSELs和SPADs应用于iPad Pro的决定，将会吸引更多来自供应链的投资，从而获得快速的技术提升。随着VCSELs和SPADs性能的不断提升，Ouster的数字激光雷达将获得更高的分辨率、更远的探测距离以及更高的精度，而其系统结构不会发生任何改变。

OS0－128，由红外相机拍摄

实际上，自从2015年Ouster首次设计了数字激光雷达之后，其中VCSELs 和SPADs 的性能就已经提升了～1000％。 2020年初，Ouster推出了第二代数字激光雷达，实现了128线的垂直分辨率，其精度也得到了成倍的提升，同时最远探测距离提升至了240 m，但却仍然保持了市场最低价。这样的性能提升会在未来继续发生，且成本会越来越低。Ouster正在持续为客户提供更高性能、更高可靠性、更具竞争力价格的激光雷达产品。苹果对数字激光雷达的应用，是对Ouster技术的有力背书。