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微型计算机再次引领行业风潮？一文了解 iPad Pro 激光雷达扫描仪


3月18日 ， 苹果在官网更新了iPadPro、MacBookAir和Macmini三款产品 。 iPadPro毫无疑问是此次更新中的重磅产品 ， A12Z仿生芯片、摄像头双摄、妙控键盘、激光雷达扫描仪……对于此次的更新 ， 苹果似乎是信心十足 ， 甚至打出了"你的下一台电脑 ， 何必是电脑"的宣传语 。 当然 ， 其中最让人浮想联翩的还是新加入的激光雷达扫描仪 ， 那么它到底是什么 ， 又能做什么？想必很多朋友都非常好奇 ， 接下来就让我们一起了解一下 。
什么是激光雷达？
首先 ， 我们看一下苹果官方对新加入的激光雷达扫描仪的描述："激光雷达(LiDAR光探测和测距)这项先进技术 ， 是通过测量光触及物体并反射回来所需的时间 ， 来确定距离 。 特制的激光雷达扫描仪利用直接飞行时间(dToF) ， 测量室内或室外环境中从最远五米处反射回来的光 。 它可从光子层面进行探测 ， 并能以纳秒速度运行 。 "LiDAR全称是"LightDetectionandRanging" ， 在苹果使用之前 ， 它其实早已广泛运用于自动驾驶、地形探测、航空航天等领域 。 比如 ， 谷歌旗下Waymo的车载激光雷达技术已经更新到了第五代 ， 它用激光雷达监测的画面清晰度几乎接近以前的黑白照片 。

微型计算机再次引领行业风潮？一文了解 iPad Pro 激光雷达扫描仪
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▲特制的激光雷达扫描仪利用直接飞行时间(dToF) ， 测量室内或室外环境中从最远五米处反射回来的光 。 它可从光子层面进行探测 ， 并能以纳秒速度运行 。
相信大家在日常生活中或多或少都听过雷达（Radar）这个词语 ， 其实我们可以借助雷达来理解激光雷达 。 从工作原理上来讲 ， 激光雷达和雷达基本类似 ， 它以激光作为信号源 ， 由激光器发射出的脉冲激光 ， 遇到不可穿透的障碍物会发生反射 ， 部分反射回到激光雷达的接收器上 ， 由此可得到从激光雷达到目标点的距离 ， 脉冲激光不断地扫描可以得到目标物上全部目标点的数据 ， 用此数据进行成像处理后可得到精确的三维立体图像 。 如果大家理解起来还有困难的话 ， 可以回想一下上学时课本上蝙蝠通过超声波来定位的情景 ， 这样就很直观了 。

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▲摄像模组迎来全面升级 ， 包括1000万像素超广角摄像头+1200万像素广角摄像头+激光雷达扫描仪 。
要想进一步了解激光雷达 ， 不得不提的是ToF技术 。 目前市面上大部分激光雷达是基于ToF技术的 ， ToF的全称为"Timeofflight" ， 即飞行时间 。 此前华为Camera总工程师罗巍在微博上对其进行了详细解释："ToF的原理是通过测量光从发射、到达物体表面再反射回来的总时间 ， 结合已知的‘光速’ ， 计算即可得到被测物的距离 。 此外 ， 与结构光依靠视差关系和空间三角计算的原理不同 ， ToF测距依靠的是时间维度的测量 ， 因此在器件结构上ToF模组可以设计得非常紧凑 。 而在目前的技术路线中有iToF（间接飞行时间）和dToF（直接飞行时间）两种方案 。
iToF方案并不直接测量飞行时间 ， 通常做法是把发射的光波调制成一定频率的周期性信号 ， 然后通过测量发射信号和该信号经过被测物反射回来到达接收端时的相位差 ， 间接计算出光的飞行时间 ， 而dToF方案则直接完成光飞行时间的测量 。 "两种方案各有优缺点 ， iToF的优势在于原理简单 ， 容易集成 ， 但是精度较低 ， 并且精度还会随距离增大而降低 ， 功耗也比较大 。
dToF在一定程度上弥补了iToF的劣势 ， 不过有得必有失 ， 它对硬件要求比较高 ， 激光雷达芯片创业公司飞芯电子CEO雷述宇曾表示："dToF需要一个重要器件—单光子雪崩二极管(SPAD) ， 它需要在一个电压被严格控制的数值区间里才能工作 。 工艺上面 ， 把握火候很难 ， 但很关键 。 "据悉 ， 目前仅有索尼和意法半导体有供应能力 。 由此可见 ， dToF的技术门槛还是非常高的 。


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