Mobileye公布最新自動駕駛方案

2020年9月24日，吉利汽車與Mobileye正式簽約，將使用EyeQ5做自動駕駛，同時，Mobileye也公布了最新的自動駕駛方案。

11個攝像頭中，4個魚眼短距離的泊車用攝像頭，7個遠距離自動駕駛用攝像頭，包括前向6個，后向1個。與EyeQ4最大不同之處在于三目攝像頭被雙目取代了，三目攝像頭實際是單目攝像頭在不同F(xiàn)OV上的擴展，特斯拉和國內(nèi)新興造車的輔助駕駛或自動駕駛方案都是采用三目。而Mobileye這次沒有用三目，擋風玻璃后視鏡位置是兩個單目攝像頭，F(xiàn)OV分別是28度和120度。

考慮到兩個攝像頭之間的距離，顯然不是奔馳那樣傳統(tǒng)的Stereo Camera立體雙目攝像頭，并且根據(jù)這兩個攝像頭的FOV看，也不是主攝像頭。倒車鏡上則有一個FOV為100度的攝像頭，A柱下方還有一個側(cè)向的FOV為100度的攝像頭。 實際上Mobileye的前部六個攝像頭（可能后部的攝像頭也參與了）構(gòu)成了SfM（Structurefrom Motion）。Stereo Vision（立體視覺）SfM比較稀疏，再進一步稠密化就是Multi ViewStereo，即MVS。雖然這七個攝像頭都是單目，但他們是合在一起工作的，應該叫多目立體視覺。 Mobileye有關SfM的專利主要有三個，一個是2014年的DenseStructure from motion，另一個是2017年的StereoAuto-Calibration From Structure-from-motion，還有一個是2020年的COMFORTRESPONSIBILITY SENSITIVITY SAFETY MODEL（長達197頁），其中雖未提及SfM具體算法，但描述了SfM Stereo Image的處理流程。

Mobileye的Stereo Image處理流程

自動駕駛領域，感知部分的任務就是建立一個準確的3D環(huán)境模型。深度學習加單目三目是無法完成這個任務的。單目和三目攝像頭的致命缺陷就是目標識別（分類）和探測（Detection）是一體的，無法分割的。

必須先識別才能探測得知目標的信息，而深度學習肯定會出現(xiàn)漏檢，也就是說3D模型有缺失，因為深度學習的認知范圍來自其數(shù)據(jù)集，而數(shù)據(jù)集是有限的，不可能窮舉所有類型，因此深度學習容易出現(xiàn)漏檢而忽略前方障礙物，如果無法識別目標，單目就無法獲得距離信息，系統(tǒng)就會認為前方障礙物不存在危險，不做任何減速，特斯拉多次事故大多都是這個原因。 傳統(tǒng)算法，則可能無法識別前方障礙物，但依然能夠獲知前方障礙物的信息，能夠最大限度地保證安全。當然這需要傳感器配合，激光雷達和雙目立體視覺都是以傳統(tǒng)算法為核心（因為它不需要識別目標，自然就不需要深度學習，當然你也可以用深度學習處理激光雷達數(shù)據(jù)，但不是為了識別目標）。

其次，深度學習是一個典型的黑盒子系統(tǒng)，汽車上任何事物都必須具備可解釋性和確定性，深度學習并不具備。傳統(tǒng)車廠盡量避免在直接有關汽車安全領域使用深度學習，當然，深度學習是識別目標準確度最高的方法，不得不用。大部分車廠會堅持使用可解釋的具備確定性的傳統(tǒng)圖像算法，直到深度學習變成白盒子。

上圖為Waymo深度學習科學家drago anguelov 2019年2月在MIT在講述無人車感知系統(tǒng)時，坦承機器學習的不足，單目系統(tǒng)漏檢無法避免，特別是在交通復雜的中國。深度學習的漏檢和算力沒有任何關系，再強大的算力也無法避免漏檢，也就無法避免事故。 若要解決漏檢這個問題，或者說構(gòu)建一個沒有缺失的3D環(huán)境模型就必須用將識別與探測分離，無需識別也可以探測目標的信息，忘掉深度學習，傳統(tǒng)的做法是激光雷達和雙目立體視覺。但激光雷達商業(yè)化，車載化一直進展緩慢，雙目的缺陷是立體匹配算法門檻太高，在線標定非常困難，只有奔馳、斯巴魯、路虎和雷克薩斯運用的比較好。寶馬雖然高端車型使用雙目，但實測結(jié)果并不理想，寶馬如今也部分放棄了雙目路線，電動SUV領域還未放棄雙目。

除了激光雷達和雙目立體視覺外還有一種方法，這就是今天要說的主角：SfM。在雙目立體視覺中，兩個相機之間的相對位姿是通過標定靶精確標定出來的，在重建時直接使用三角法進行計算；而在SfM中該相對位姿是需要在重建之前先計算的。雙目必須兩個鏡頭輸入兩張照片雙目重建方法，SfM和MVS屬于單目重建多目立體視覺，輸入的是一系列同一物體和場景的多視圖。SfM得到的通常是稀疏點云，而經(jīng)過MVS處理極線約束后可建立稠密點云，可以媲美激光雷達點云，也就是Mobileye所說的Vidar。

SfM的框架圖

Structure fromMotion（SfM）是一個估計相機參數(shù)及三維點位置的問題。一個基本的SfM pipeline可以描述為:對每張2維圖片檢測特征點（feature point），對每對圖片中的特征點進行匹配，只保留滿足幾何約束的匹配，最后執(zhí)行一個迭代式的、魯棒的SfM方法來恢復攝像機的內(nèi)參（intrinsic parameter）和外參(extrinsic parameter)。并由三角化得到三維點坐標，然后使用Bundle Adjustment進行優(yōu)化。常見的SfM方法可以分為增量式（incremental/sequentialSfM）,全局式（global SfM），混合式（hybrid SfM）,層次式（hierarchica SfM）。這些都是傳統(tǒng)OpenCV算法，跟深度學習無關，而如今，簡單易學深度學習橫掃一切，復雜難學的傳統(tǒng)算法人才非常稀缺，導致SfM幾乎沒有商業(yè)化的例子。

SfM最初是假定相機圍繞靜態(tài)場景運動，實際就是相機獲取在目標不同位置的圖像，因此可以用放置多個相機取代運動的單一相機。為了避免干擾，28度FOV與兩個100度FOV的攝像頭構(gòu)成SfM系統(tǒng)。SfM通常針對靜止目標（古建筑物居多），移動目標難度極大，干擾因素比較多，大部分人都望而卻步。 在MVS重建精準3D尺寸模型領域有個難點，即尺度因子不確定性，這個可以用其他傳感器如高精度IMU獲取真實尺寸校準，但高精度IMU太貴了，還有一種方法就是DNN。也可以看作用先驗尺寸數(shù)據(jù)推算實際尺寸。當然也有傳統(tǒng)的非深度學習方法。

上圖即Mobileye的VIDAR，基于比較簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡DNN，對算力要求遠低于圖像識別分類的CNN?；谏疃葘W習的3D點云和mesh重構(gòu)是較難以計算的，因為深度學習一個物體完整的架構(gòu)需要大量數(shù)據(jù)的支持。傳統(tǒng)的3D模型是由vertices和mesh組成的，因此不一樣的數(shù)據(jù)尺寸data size造成了訓練的困難。所以后續(xù)大家都用voxelization(Voxel)的方法把所有CAD model轉(zhuǎn)成binary voxel模式(有值為1，空缺為0)這樣保證了每個模型都是相同的大小。利用一個標準的CNN結(jié)構(gòu)對原始input image進行編碼，然后用Deconv進行解碼，最后用3D LSTM的每個單元重構(gòu)output voxel。3D voxel是三維的，它的精度成指數(shù)增長，所以它的計算相對復雜。

這個多目立體視覺制造出來的VIDAR與真實的Lidar當然有一定差距，與傳統(tǒng)的雙目立體視覺相比精度也有一定差距，畢竟雙目立體視覺發(fā)展了20年，不過多目比雙目覆蓋面更廣。

Mobileye SuperVision的系統(tǒng)框架圖

在2020年Mobileye的專利里也提到了雙處理器設置，第一個視覺處理器檢測道路標識、交通標識，并根絕ROADBOOK做定位，第二個視覺處理器則處理SfM，并發(fā)送到第一個視覺處理器，構(gòu)建起一個帶有完整道路結(jié)構(gòu)的3D環(huán)境模型。 和英偉達、特斯拉以及一堆視覺加速器廠家比，Mobileye并不擅長硬件高算力，EyeQ5的算力只有24TOPS，低于英偉達Xavier的32TOPS，2022年即將量產(chǎn)的Orin高達200TOPS。

Mobileye擅長的是算法，SfM和MVS將筑起一道算法護城河，并借此提高安全。EyeQ5預計在2021年3月量產(chǎn)，盡管其算力與許多國內(nèi)初創(chuàng)廠家相比都低，但高算力不代表安全，EyeQ5依然獲得吉利、寶馬等4個大整車廠的訂單。 加入佐思數(shù)據(jù)平臺會員，可獲得Mobileye立體視覺專利完整版。

原文標題：忘掉單目和三目吧，Mobileye轉(zhuǎn)向立體視覺

文章出處：【微信公眾號：佐思汽車研究】歡迎添加關注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責任編輯：haq