Cepton科技，激光雷達研發的矽谷范兒

圖1：用於汽車的Cepton Vista感測器

雷鋒網按：成立於2016年7月的Cepton是一家成長非常快的創業公司，它為汽車、工業和測繪應用提供高性能、高解析度的三維激光雷達。目前，Cepton有四款激光雷達產品，分別是HR80T、HR80W，面向汽車市場的Vista、以及面向無人機市場的SORA 200。Cepton強調，他們的感測原理中沒有旋轉部件，因而不會產生摩擦，。Cepton的CEO裴軍博士和業務發展部總監魏巍在2017年10月的拉斯維加斯商業無人機博覽會期間遇見了LIDAR雜誌的發行人Allen Cheves和執行主編Stewart Walker，並邀請他們到Cepton在聖何塞的工廠看一看。

LiDAR雜誌的執行主編Stewart Walker在2017年12月來到了位於加州聖何塞的Cepton，探究為何這家激光雷達供應商選擇在矽谷落腳，又是如何給感測器的研髮帶來新思考的。

Stewart Walker博士是LiDAR雜誌的執行主編。他先後在格拉斯哥大學、紐布朗維克大學和布里斯托爾大學獲得了碩士和博士學位，他還是赫瑞瓦特大學的工商管理碩士學位。他也是美國攝影測量與遙感協會認證的攝影測量專家。

Stewart撰文記錄了這次訪問:

Cepton是由裴軍、Mark McCord和葉軍共同創辦的。這幾名核心人物的聰明才智是毋庸置疑的，他們都有斯坦福大學的博士學位，而裴軍在自己還是學生時期時就認識了已經是教授的Mark。Mark現在是Cepton的工程副總裁，葉軍則是董事會成員。Cepton的創始人在光學、系統、演算法和汽車應用領域有著很深的積累。他們都是連續創業家，同時也是人工智慧演算法專家。葉軍現在經營的Sentieon Technologies，他是他的第三家公司，此前，他成功地將創辦的兩家公司賣給了巨頭（Brion Technologies被ASML收購，Founton Technologies被阿里巴巴收購）。2015年，裴軍向百度諮詢後發現，當時市場上沒有任何一款激光雷達的性能可以突破10年前的水平。葉軍向裴軍提出挑戰，要他做出不一樣而且更好的產品。他組建一支精益求精的團隊，最後完成了這一挑戰。不過，他的團隊成員並不全來自斯坦福大學，軟體工程副總裁廖冬一是麻省理工學院的核工程博士，在加入Cepton之前，他在英偉達領導DirectX軟體團隊。

在我訪問Cepton的時候，他們對即將完工的新工廠感到期待，新廠址在離他們的第一個工廠以北不到一英里的地方。2018年2月他們就會搬到新工廠里。新工廠比原來的空間大三倍，Cepton在這可以進行年產萬台的小規模生產。此外，Cepton目前正在評估三家大型製造商的資質，為量產做準備。這個數字對於我們這些有傳統機載激光雷達背景的人來說，簡直不可思議，因為機載激光雷達供應商每年也就銷售幾十個機載激光雷達系統。但如果考慮到Cepton面向的主要是汽車市場，就不覺得那麼多了。因為這些元件既可用於自動駕駛車輛，也可以用於傳統汽車和高級駕駛輔助系統（ADAS）中。在我訪問的時候，Cepton共有員工44人，正準備擴大規模。當天下午，裴軍駕車帶我到了他們的新工廠參觀。他自己設計了布局，內部劃板和隔間還沒有組裝好。新工廠的一切設計都是長遠考慮的，包含了大幅增長的預期。

*Cepton CEO 裴軍

在我們談話的開頭，魏巍拿特斯拉來比較，並提出了一個重要的觀點：充分利用可靠材料和現成組件來完成快速的研發和系統級的創新，是成功的必經之路，此外，靈活的封裝和控制也必不可少。矽谷聞名於世，並不是因為一次次基礎科學的突破，而是這裡能夠出現大範圍解決一些有意義、能解決的問題的解決方案。他謙虛地將為Cepton帶來了不同的文化和視角的同事們形容為黑客，形容他們的技能應用到有需要的地方。他們不但非常聰明，並且很願意解決新問題。魏巍形容矽谷高科技公司與「瑞士鐘錶業」是相反的，手工藝人採用的是傳統的方法，嘔心瀝血，堅持創造世代相傳的技藝。為了揭示特斯拉和Cepton的矽谷特性，魏巍進一步向我解釋：「我們善於解決問題，試圖找出能解決問題的關鍵，最大限度地發揮每個現成組件的潛力，然後從不同的角度出發，將他們整合到一起，在短時間內實現我們的想法，這與瑞士手錶業是截然不同的」。Velodyne最初也是這樣產生的。在汽車激光雷達的早期，我們有測距儀，接著，德國的Sick AG公司製造了單層旋轉激光雷達。然後，Velodyne延續了這種方案，製造了多層旋轉激光雷達，有更高的解析度，也確實幫助了第一代自動駕駛汽車。不過，他們必須努力保持創新。魏巍解釋道：「但現在激光雷達正在不斷發展，人們想要越來越高的解析度，得到像攝影圖片一樣的結果，你怎麼做到這一點？」對於自動駕駛汽車，大家都知道360度覆蓋的旋轉激光雷達並不是理想的技術。它們難以安裝到車身上，又浪費了很多像素。同時，旋轉電機的可靠性低。新一代的激光雷達技術朝著新的方向發展：更遠距離，非360度的視角場，更高的解析度，不用旋轉電機，更小的體積、能更好地與車輛集成。未來，量產自動駕駛車輛的目標是不再將激光雷達裝在車頂。供應商需要用更低的成本獲得更高的解析度，這樣的設計必須能夠在不增加激光和接收器的元件數量的條件下達到性能目標。

圖2：用於機載無人機的Cepton SORA 200感測器

Cepton感測器的基本原理是通過其獨有的激光掃描陣列，提高性能和解析度，同時降低成本。HR80和Vista（圖1）兩款產品是專為汽車和區域成像應用而打造的：感測器輸出像素數據，而無人機使用的機載激光雷達SORA 200（圖2）（裴軍介紹說「SORA」源自日語，是天空的意思）有兩束300像素的掃描線，垂直於飛行方向，掃描線之間的夾角為18°。這種方法提高了測量幀速，使之超過200Hz。解決方案不完全是固態的，但所需的運動很小且無摩擦。儘管激光的線數很少，但是掃描還產生了密集的點雲。SORA 200平台非常靈活，可以通過不同的光學元件定製出更大的視場角和更高的解析度。為了說明這一點，魏巍指出，競爭對手提供解析度為0.2°頻率為0.2Hz的產品。Cepton可以每線增加更多的像素，或者可以添加第三束激光。他們一開始甚至想只使用一束，但最後還是決定用兩束來增加穿透樹冠的概率。市場上已經有現成的脈衝激光器，波長為905nm。一些製圖公司要求使用波長為1550nm的激光，但是功耗太大，而905nm的激光已經提供了足夠的範圍。1550nm激光技術的最大問題就是成本，它會令感測器的總成本比905nm的高10倍以上。此外，水對1550nm激光的吸收比905nm的要多得多，因此，在惡劣天氣下，1550nm的感測器性能會有很大損耗。

圖3：用Cepton感測器測量的點雲示例（SORA 200）

Cepton對尺寸、重量、功耗和成本（size、weight、power、cost四者合稱為SWaP-C）等非常在意：例如，SORA 200的尺寸為90x 60x100mm，重量為僅550g，功耗只有9 W。HR80有兩種型號，HR80T長焦和HR80W廣角。這些感測器捕獲的點雲示例如圖3所示。Cepton的方案是，一輛汽車應該配備6個HR80W，提供360°視場角，再加上一個HR80T檢測前方（圖6a）。同時用一個HR80W和一個HR80T檢測前方，在關鍵中心區域能夠獲得更多的像素，並且可以最大限度地減少最影響汽車安全的物體被漏檢的可能性（圖4b；在Vimeo上有一些視頻展示了Cepton系統運行的狀態） 。Cepton的開發速度非常快：2016年11月，僅在Cepton成立4個月後，他們就有了HR80T的Alpha版樣品；隨後在2017年2月，他們又發布了測試版，2017年6月就推向市場，每個版本都在原有的基礎上有了很大的改進。HR80W也在2017年6月上市。SORA 200則於2017年10月在拉斯維加斯舉行的商業無人機系統展上公布。最新的Vista則在2018年3月英偉達的GTC活動上推出，這款產品有著跟HR80W一樣的視場角，但在掃描範圍、角解析度、頻率以及SWaP-C上有了很大的提高。

圖4（a）：Cepton的汽車激光雷達方案，系統由多個HR80W和一個前向的HR80T組成；

圖4（b）：Cepton的汽車激光雷達方案，前視的感測器組合，通過平方函數來減少誤差

Cepton與LiDAR USA有著密切的合作，他們將SORA 200集成到無人機測繪系統中並進行實地測試（圖5）。LiDAR USA已開始向全球客戶交付這些系統。其他客戶和系統集成商也將與Cepton一同在無人機領域合作。自動駕駛汽車市場還需要兩年時間才能達到量產，但無人機市場今天已經日趨龐大。Cepton預計，在未來兩年，其所有感測器的銷量將超過一萬台，並隨後迎來大幅增長。當天下午與裴軍和Mark聊時，我故意向他們詢問有人機的市場情況。Cepton坦白，他們在這塊市場上並沒有什麼野心，但從技術角度來看，也不是攻不下的市場。Mark表示，如果有足夠多的顧客向Cepton提出需求，他們的團隊也是能夠完成的！

圖5：LiDAR USA集成到無人機激光雷達系統上的Cepton SORA 200

魏巍指出汽車和無人機市場的重要相似點：兩者都需要長距離和高精度的激光雷達；當然都想要低價的。從測量範圍來說，Cepton是非常強大的。速度為每秒2米的倉庫機器人只需要10-20米的測量範圍，解決這種問題很簡單。而無人機將會是自動化的，感知能力就變得很必要的。這種問題對Cepton來說小菜一碟。他們對自己研髮長距離、高解析度產品的速度和專業技能充滿信心。魏巍總結道：「Cepton在研究的，是可以代替昂貴傳統激光雷達的高性能低成本解決方案。」

圖6：Cepton HR80T的後視圖，接入100 Mbps的乙太網連接

在未來三到五年內，高度自動駕駛市場將成為激光雷達在汽車市場的陣地。這種被稱為Level 3的自動駕駛，在某些情況下駕駛員的手不必放在方向盤上，除非系統提醒駕駛員接管。這種自動駕駛可能成為2020-23年車輛的標配。Level 4的自動駕駛則代表在某些區域內駕駛員雙手可以始終不在方向盤上，而Level 5的自動駕駛則意味著不需要方向盤，即完全自動駕駛。如果對汽車應用不熟悉，可以在https://en.wikipedia.org/wiki/Autonomous_car找到權威解釋。當然，目前的系統還沒有達到那樣的高度，例如，當汽車在牆壁或其他障礙物附近倒車時發出的嗶嗶聲通常只是簡單的超聲波測距反饋。許多汽車都有更先進的系統，用後視攝像頭和疊加在屏幕上的網格幫助駕駛員進行操作。「高速公路自動駕駛（Higway Pilot）」指的是在高速公路入口、出口或收費站之間的自動駕駛，包括變道和自動緊急制動（AEB），這類自動駕駛是當今汽車製造商的目標。這是驅動Cepton的巨大市場——現在全球每年新車的銷量已經超過8000萬輛！

Cepton認為許多無人機應用還沒有怎麼開始。現今，測繪當然非常重要，自動駕駛配送車和乘用車很快就要出現了，無人機的感知能力需求就更加迫切。魏巍表示，詳細的地圖測繪的確很有挑戰性，但全自動無人機更是如此。無人機運輸市場將是巨大的。此外，使用無人機重複繪製建築工地的市場目前還是一片空白。精準農業也很有前景：當然，圖象已經能夠反映植物的健康狀況，但激光雷達可以測量植物和樹木的實際大小。這些細分市場如果用有人駕駛的飛機或直升機來完成，其實並不經濟：無人機正在為這些市場帶來革命性的變化，並使之擴張。

魏巍早上在商業方面做了一些總結。Cepton在汽車市場已經擁有大量客戶，並且對自己18個月以來的發展速度感到自豪。他們在測繪市場的前景非常廣闊。移動測繪系統可以使用多個HR80、Vista或SORA 200來打造。移動測繪系統公司都在棄用昂貴的單線產品，因為他們的客戶希望用多束激光從不同角度來測繪物體，因此Cepton的陣列方案很有前途。一款包含激光雷達（HR80或SORA 200）和Cepton SDK（軟體開發組件）的入門套件，其價格不過是幾千美元，預計大量購買的價格會更低。Cepton的移動測繪計劃還在萌芽階段，但他們設想的整套測繪系統的價格將會低於2萬美元，這個價格包括了多個激光雷達和GNSS/IMU，這將給行業帶來變革。他們想要重塑市場，想要摘取唾手可得的勝利果實。對於高性價比的產品來說，城市資產管理也是一個潛在的市場。在汽車和飛行器之間，Cepton毫無疑問能賣出大量的感測器。該公司的資金消耗率很低，預計很快就能實現盈利。魏巍再次強調了使用現成組件和避免使用特殊材料的好處。他們專註於激光雷達這個核心並且從不分散精力到GNSS，IMU或SfM上。

在下午的會談中，裴軍和Mark明確表示，因為市場競爭非常激烈，他們不想分享他們內部的技術細節。汽車激光雷達的大批量需求，令有很多激光雷達公司都在爭奪這個市場。各玩家們都為自己的知識產權而感到驕傲，並且有意防範。而裴軍則打趣說：「激光雷達就是把光發出去再收回來！」但他們其實希望能夠透露多一點，這樣可以讓他們在市場上更有說服力。Teledyne Optech和Hexagon這樣的公司就可以詳細描述自家的技術，因為有人機市場很小，而他們的客戶希望能深入了解產品技術。

圖7：安裝在Clearpath Husky倉庫機器人上的Cepton HR80W

目前美國大約有二十多家面向自動駕駛的激光雷達公司。他們一有想法，就去驗證可行性，想一些技術上的漂亮話，從風投那融點錢，製作原型，再融第二筆錢。這種循環是眾所周知的，Cepton只在一定程度上遵循了這種方式。這是歷史的重演，優勝劣汰的過程。明星或倖存者留了下來，包括一些超級明星公司，如惠普。Cepton的模式對於矽谷公司來說不是新的東西。他們使用已有的材料和設備。這是一個更實際的方法，一種傳統的商業模式：製造和銷售真正的產品來獲得利潤。因此，商業發展有了節奏。這一理念決定了他們的技術方法。Cepton不會開發沒有利潤的花俏技術，這些東西不會帶來現金流。他們的目標是用真正的產品來解決今天有意義的市場問題。創新的速度可以通過每個季度的里程碑來衡量。Cepton必須達到這些里程碑。技術方案的成功與否取決於研究水平，零部件和材料的成熟可靠度，Cepton憑藉自己的技術能夠控制自己的命運，並能在今天產生影響力。裴軍舉了特斯拉的例子：特斯拉沒有發明電池，而是在封裝和系統層面進行了創新。Cepton將精力放在了系統設計、封裝、光學和信號處理上。小尺寸的激光雷達對自動駕駛車輛來說尤其重要。性能、成本和可靠性都是關鍵。

裴軍認為無人機市場更容易進入。2017年10月，僅在公司成立15個月後，Cepton就推出了SORA 200。Cepton的目標是建立在之前提到的商業模式上的。儘管如此，汽車仍然是最大市場。Cepton正在籌劃自己的小批量生產，並將找代工廠進行大批量生產。

圖8：安裝在May Mobility自動駕駛接駁車上的Cepton HR80W

裴軍指出了空間解析度和距離方面的市場差距。Cepton將自己定位為最頂端的供應商，提供大於300米範圍和0.1～0.2°解析度的產品。他們在四個關鍵領域都取得了進展：光學、電子、機械、信號處理（固件和軟體中的演算法）。他們使用的是定製的光學元件。他們為求最佳的信噪比在電子元件上投入了大量資金。根據裴軍的說法，Cepton的激光雷達不是固態的，而是微動的，Cepton稱之為自主設計的微動掃描陣列，這是Cepton解決方案的核心和靈魂。裴軍表示，大部分的機械系統都有電機，或整個機組都在旋轉。這種方案的後果就是會產生摩擦，導致轉軸和軸承的磨損。Cepton已經消除了這一點。因此這些關鍵部件預計能使用很長的時間。微動，顧名思義，就是只有微小的運動。Mark解釋說：「我們的感測器不是純固態的，就像揚聲器中的音圈一樣：它們有運動的部件，存在在每輛車中。」Mark補充說，該技術可以在未來的更新中擴展到更高的解析度和更長的距離，而且Cepton的方案比其他激光雷達解決方案簡單、便宜。Cepton的目標是達到數碼單反相機的重量和價格。裴軍指出，Cepton的團隊很擅長工程。「我們的團隊擁有從光學、電子學、機械學到機器學習和計算機視覺的垂直綜合技能。」裴軍補充說，Cepton擁有令人欣羨的專利組合，但他們最大的資產是人才。對於Cepton的規模來說，他們的工程團隊確實非常大。

感測器不會記錄數據，但會輸出連續的帶坐標的測量點、距離和強度（圖6）。Cepton開發了一個SDK，能夠解析和彙編點雲數據，並診斷信息。該SDK支持Windows、Linux、機器人操作系統、Mac OS和本地Python Binding（API）。如果Cepton對感測器進行固件升級，SDK仍能與用戶現有的軟體兼容。

我們比較了汽車和無人機的激光雷達市場。18個月前，Cepton的目標市場幾乎完全是汽車。裴軍認為無人機不過是玩具。然而，魏巍堅持說，一個新的商業無人機市場正在形成，需要有價格競爭力、高性能的感測器。當問其為什麼選擇在商業無人機系統展會上發布SORA 200時，裴軍坦白，他們並不善於營銷。當時他們僅運送了少量SORA 200到場，他們更喜歡偏技術性的活動，在那種場合他們能夠回答參會者們的技術問題。但是，到了我參觀Cepton的時候，他們正在為2018年1月的CES做準備，這就是另一番光景了。

Cepton的產品對每個脈衝都輸出兩次回波和強度。他們還在規劃許多新的功能。為了達到50％的反射率這個目標，他們故意將SORA 200的檢測距離設計為200米，因為這很輕易就能覆蓋美國目前規定的無人機400英尺的限飛高度。事實上，美國的限飛高度已經很高了。

Cepton發展了一個強大的合作夥伴網路，尤其是在汽車方面，包括一些初創公司。其他分銷應用領域包括機器人、測繪、農業、鐵路和採礦。我們還特別談到了位於加拿大安大略省基奇納的Clear path Robotics。這家公司有一個聚焦倉庫機器人的機器人部門，是與機器人相關的感測器和組件的經銷商（圖7）。Cepton的商業版圖必將擴大到全球，他們已經有了2018年的實施計劃。

裴軍認為，短期內，自動駕駛汽車在特定園區的運營有前景。因此，激光雷達的最初將會賣給小型自動駕駛計程車隊和接駁車隊（圖8）。激光雷達可以提供厘米級的距離精度和空間解析度，與雷達和攝像頭感測器融合，提供多重的冗餘和可靠性。對於量產車輛，汽車公司希望將激光雷達無縫集成到車身中。汽車儀錶盤後面或前大燈處將是不錯的安裝激光雷達的位置，而Cepton正積極與這方面的Tier 1供應商合作。

*在追趕Cepton的下一個里程碑之前，CEO裴軍博士通過音樂進行放鬆。

我最後問了裴軍一些關於他自己的問題。他很喜歡腕錶，小的時候喜歡搭建模型船和模型飛機。他鋼琴彈得很棒，差點去了音樂學院，但他更喜歡機械工程這樣的職業，同時仍與音樂有所連結。他在家裡有一架施坦威的三角鋼琴。他還有一架電子琴在放在辦公室里，他彈的時候會戴上耳機。因為不想打擾正在為Cepton的產品貢獻才能的同事們，他們在做的，是能夠改變汽車、無人機和其他激光雷達市場的產品。該公司的口號「智能機器的3D激光雷達」已經實現。

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