自動(dòng)駕駛中的傳感器融合

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，目前，對(duì)于科技公司和汽車廠商的高管和工程師來說，自動(dòng)駕駛汽車（AV）技術(shù)及其發(fā)展路線圖上還有很多問題有待解決。其中，三個(gè)懸而未決的大問題正在突顯。

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS Markit汽車信息娛樂和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）研究總監(jiān)Egil Juliussen列出了以下幾個(gè)將在2019年困擾汽車行業(yè)的“遺留問題”：

1、我們是否真的需要激光雷達(dá)（LiDAR）？

2、科技/汽車公司是否真的準(zhǔn)備好一起合作追求“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”，以推動(dòng)駕駛軟件的發(fā)展？

3、業(yè)界能否解決Level 2級(jí)到Level 3級(jí)駕駛操控權(quán)的移交問題？行業(yè)觀察家已經(jīng)看到科技公司、Tier 1和汽車OEM制造商之間興起的新一輪自動(dòng)駕駛伙伴關(guān)系。有幾家公司正對(duì)Level 2級(jí)到Level 3級(jí)自動(dòng)駕駛操控權(quán)的移交問題嘗試新技術(shù)，例如以色列ADAM公司，正在嘗試?yán)?a target="_blank">人工智能（AI）及算法助力其技術(shù)平臺(tái)，以解決人、車駕駛操控權(quán)的移交問題。對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車突然將控制權(quán)交回人類駕駛員時(shí)的手足無措困境，“預(yù)計(jì)下個(gè)月在拉斯維加斯舉辦的2019年消費(fèi)電子展上，Tier 1和汽車OEM制造商對(duì)駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)的興趣會(huì)重新抬頭，”市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Semicast Research首席分析師Colin Barnden表示。但是，ADAS汽車和自動(dòng)駕駛汽車真的需要激光雷達(dá)嗎？

Juliussen稱，“我們已經(jīng)聽到很多這樣的市場(chǎng)疑問。”這個(gè)疑問在數(shù)字成像雷達(dá)出現(xiàn)之后獲得了更多關(guān)注，“因?yàn)?，?shù)字成像雷達(dá)相比過去的產(chǎn)品可以提供更多信息，”他解釋道。

AEye融合“攝像頭+激光雷達(dá)”數(shù)據(jù)

在此背景下，位于美國加利福尼亞州普萊森頓的一家名為AEye的創(chuàng)業(yè)公司，近日宣布為ADAS和自動(dòng)駕駛市場(chǎng)推出了首款商用產(chǎn)品“iDAR”，這是一款融合了高清攝像頭的固態(tài)激光雷達(dá)。近一年來，自動(dòng)駕駛汽車不一定需要激光雷達(dá)的聲音一直在科技界回響。這種思路確實(shí)很誘人，因?yàn)樵S多汽車OEM制造商都認(rèn)為激光雷達(dá)太昂貴了，他們認(rèn)為激光雷達(dá)技術(shù)距離實(shí)際應(yīng)用還遠(yuǎn)未成熟。AEye從另一個(gè)角度進(jìn)入了這場(chǎng)“激光雷達(dá)是否必要”的市場(chǎng)辯論。該創(chuàng)業(yè)公司認(rèn)為，汽車OEM制造商不愿意使用現(xiàn)有的激光雷達(dá)，除了成本問題，還因?yàn)樗麄兡壳暗慕鉀Q方案依賴于一系列獨(dú)立的傳感器，這些傳感器共同產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)?！斑@需要漫長的處理時(shí)間和龐大的運(yùn)算能力，通過較準(zhǔn)、分析、校正、下采樣來收集和重組這些傳感器采集的數(shù)據(jù)，并將它們轉(zhuǎn)換為可用于安全引導(dǎo)車輛的可操作信息，”AEye解釋說。

但是，如果AEye以某種方式使用人工智能，僅對(duì)自動(dòng)駕駛路徑規(guī)劃有意義的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行區(qū)分采集，而不是為每個(gè)像素分配相同的優(yōu)先級(jí)呢？“正是這一初衷激發(fā)了AEye開發(fā)iDAR，”AEye營銷副總裁Stephen Lambright解釋道。事實(shí)上，AEye的iDAR“深根于最初為國防工業(yè)開發(fā)的技術(shù)”，Lambright表示。該創(chuàng)業(yè)公司首席執(zhí)行官Luis Dussan之前曾致力于為戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)監(jiān)控、偵察和防御系統(tǒng)。他創(chuàng)建了AEye公司，“以為自動(dòng)駕駛汽車提供軍用級(jí)別的性能。”據(jù)Lambright稱，驅(qū)動(dòng)iDAR開發(fā)的是“首席執(zhí)行官Dussan在軍用飛機(jī)感知系統(tǒng)中學(xué)到的三個(gè)原則”， 1）永遠(yuǎn)不錯(cuò)過任何信息；2）所有物體對(duì)象不是平等的，需要給予不同的權(quán)重；3）實(shí)時(shí)處理。簡而言之，iDAR的目標(biāo)是開發(fā)一種“無需浪費(fèi)計(jì)算周期”的傳感器融合系統(tǒng)。

iDAR的構(gòu)建模塊包括1550nm固態(tài)MEMS激光雷達(dá)，低光照高清攝像頭和嵌入式AI。該系統(tǒng)旨在整合2D攝像頭“像素”（RGB）和3D激光雷達(dá)數(shù)據(jù)“體素”（XYZ），以提供“一種新的實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)”，為自動(dòng)駕駛路徑規(guī)劃系統(tǒng)提供更快速、更準(zhǔn)確、更長距離、更智能的信息。值得注意的是，AEye的iDAR提供的不是各自獨(dú)立的攝像頭和激光雷達(dá)系統(tǒng)的掃描后融合。而是通過開發(fā)人工智能感知系統(tǒng)，iDAR將固態(tài)激光雷達(dá)與高分辨率攝像頭進(jìn)行物理融合，創(chuàng)建了一種被稱為動(dòng)態(tài)像素的新數(shù)據(jù)類型。通過捕捉x、y、z、R、G、B數(shù)據(jù)，這種動(dòng)態(tài)像素“仿生”了人類視覺皮層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。整合片上系統(tǒng)（SoC）近日發(fā)布的新型iDAR系統(tǒng)AE110是AEye公司的第四代原型產(chǎn)品。據(jù)Ratnam介紹，“該系統(tǒng)中包含一個(gè)基于賽靈思（Xilinx）Zynq SoC的整合SoC。Zynq將基于ARM的處理器與FPGA集成在一起，旨在實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵分析和硬件加速，同時(shí)在一個(gè)器件上集成了CPU、DSP、ASSP和混合信號(hào)功能。2019年，AEye計(jì)劃為這款整合SoC設(shè)計(jì)自己的ASIC?！?/p>

“攝像頭+雷達(dá)”或“攝像頭+激光雷達(dá)”？

AEye正在推廣其“攝像頭+激光雷達(dá)”整合傳感器系統(tǒng)，而一些高精度毫米波（mmWave）雷達(dá)芯片開發(fā)商則推崇“攝像頭+雷達(dá)”解決方案?？萍夹袠I(yè)研究機(jī)構(gòu)Linley Group的高級(jí)分析師Mike Demler稱，AEye的攝像頭+激光雷達(dá)融合“是一種有趣的方案”。Aeye的方案“可能具有一些獨(dú)特的功能”，但Mike Demler也提出，AEye“并不是唯一一家這樣做的公司?！盌emler指出，大陸集團(tuán)（Continental）也在銷售“攝像頭+激光雷達(dá)”的組合單元。但據(jù)推測(cè)，大陸集團(tuán)是將兩個(gè)獨(dú)立傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后再進(jìn)行整合。正如Demler所看到的那樣，AEye解決方案的優(yōu)勢(shì)在于“傳感器融合軟件”。實(shí)質(zhì)上，“將攝像頭/激光雷達(dá)傳感器作為一個(gè)集成單元進(jìn)行處理，可以加速識(shí)別目標(biāo)區(qū)域，”Demler指出，“除此之外，兩個(gè)傳感器的各自優(yōu)缺點(diǎn)仍然保留。”Demler表示，AEye采用了MEMS激光雷達(dá)，但并沒有公開透露其空間分辨率。他推測(cè)，跟Velodyne等機(jī)械掃描激光雷達(dá)相比，這可能是AEye的一個(gè)弱項(xiàng)?！皵z像頭傳感器具有相對(duì)最高的分辨率，但它無法應(yīng)對(duì)極其明亮或黑暗的場(chǎng)景，并且仍然會(huì)受到可能阻擋鏡頭的污垢和沉積物的影響。因此，不能單獨(dú)依靠攝像頭來獲得空間分辨率。同樣地，激光雷達(dá)在降雨時(shí)性能表現(xiàn)也不如雷達(dá)，所以在這些條件下不能單獨(dú)依靠激光雷達(dá)進(jìn)行物體探測(cè)，并且，大多數(shù)激光雷達(dá)都不能測(cè)量物體的移動(dòng)速度?！?/p>

真正的邊緣融合

談及AEye，據(jù)VSI Labs創(chuàng)始人Phil Magney透露，VSI Labs被聘請(qǐng)驗(yàn)證激光雷達(dá)的距離和掃描速率。Magney強(qiáng)調(diào)，“iDAR傳感器的獨(dú)特之處在于它將攝像頭和激光雷達(dá)耦合了在一起，并在中央計(jì)算機(jī)攝入整合數(shù)據(jù)之前，對(duì)兩個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。”他認(rèn)為，“這是真正的邊緣融合，因?yàn)樵O(shè)備在對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行任何分類之前，融合了攝像頭數(shù)據(jù)和激光雷達(dá)原始數(shù)據(jù)。我們還認(rèn)識(shí)到，其設(shè)備有能力聚焦目標(biāo)主題，而不需要處理整個(gè)點(diǎn)云場(chǎng)景?！贝送猓琈agney還承認(rèn)，AEye的iDAR設(shè)備“由于擁有融合的攝像頭數(shù)據(jù)，因此具有更好的目標(biāo)分類潛力?！彼赋?，“iDAR正在開發(fā)適用于融合數(shù)據(jù)集的分類算法?！崩碚撋?，AEye所謂的動(dòng)態(tài)像素創(chuàng)建的內(nèi)容“比攝像頭或激光雷達(dá)各自產(chǎn)生的內(nèi)容更豐富”，Magney說。但他也提出“基本上每個(gè)像素都有一個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)都有一個(gè)像素，但需要注意的是攝像頭的分辨率要遠(yuǎn)高于激光雷達(dá)，因此像素與點(diǎn)的比例不是一對(duì)一的?！盡agney承認(rèn)，“當(dāng)把iDAR與雷達(dá)放在一起比較時(shí)，確實(shí)可以放棄對(duì)雷達(dá)的需求，因?yàn)榧す饫走_(dá)和雷達(dá)都是測(cè)距設(shè)備?！彼赋觯叭绻鹖DAR激光雷達(dá)的深度感知能力可以給你足夠的信心，并且又能夠跟蹤目標(biāo)的速度信息，那么完全可能放棄雷達(dá)。值得一提的是，與大多數(shù)商用激光雷達(dá)產(chǎn)品相比，iDAR的掃描速度是其兩倍（100赫茲），這是其另一個(gè)優(yōu)勢(shì)?！绷硪环矫?，在完全自動(dòng)駕駛汽車實(shí)現(xiàn)之前，會(huì)有越來越多配備ADAS功能的汽車推出，雷達(dá)似乎在ADAS市場(chǎng)比激光雷達(dá)（或iDAR）更占優(yōu)勢(shì)。

“雷達(dá)在惡劣天氣下能夠更好地工作，因此最適合ADAS，即使條件不適合自動(dòng)駕駛，也需要安全系統(tǒng)運(yùn)行，”Magney說，“但雷達(dá)本身在物體分類方面仍然受到限制。這是由雷達(dá)設(shè)備的硬件決定的。我們知道雷達(dá)在分類方面正在變得越來越好，并且相關(guān)廠商聲稱可以提供更豐富的功能。一些雷達(dá)創(chuàng)業(yè)公司也提出了非常吸引眼球的方案。”VSI近期在AEye最近的性能測(cè)試中驗(yàn)證了iDAR傳感器的探測(cè)和方法。Magney表示，該公司驗(yàn)證了iDAR激光雷達(dá)信號(hào)能夠探測(cè)到道路上距離1000米的卡車，其掃描速率達(dá)到了100赫茲。“我們沒有驗(yàn)證這種傳感器能否帶來更好的性能或安全性，但我們證明它確實(shí)有足夠的性能和智能來識(shí)別1000米處的物體，”他補(bǔ)充說。在Demler看來，AEye的iDAR并沒有取代雷達(dá)。德州儀器（TI）的mmWave成像雷達(dá)也并沒有取代激光雷達(dá)，Demler解釋說，“大多數(shù)自動(dòng)駕駛開發(fā)商都使用了這三種傳感技術(shù)，當(dāng)然，事實(shí)上它們也在使用其他傳感器，例如，超聲波傳感器、紅外傳感器等等?！盌emler說：“自動(dòng)駕駛的安全性需要傳感器冗余支持，并且需要多種傳感器共同完成，因?yàn)闆]有一種類型的傳感器可以在所有條件下發(fā)揮最佳性能?！?/p>

產(chǎn)業(yè)鏈巨頭看好，Aeye累計(jì)完成6000萬美元融資

近日，AEye還披露了其二次B輪融資，這使公司的總?cè)谫Y額超過了6000萬美元。AEye表示其B輪投資方包括汽車OEM制造商、Tier 1和Tier 2廠商，以及戰(zhàn)略投資者海拉（Hella Ventures）、斯巴魯（Subaru-SBI）創(chuàng)新基金、LG電子和SK海力士。AEye營銷副總裁Lambright指出了Hella Ventures和LG電子在公司B輪融資中加入的重要意義。AEye將依靠這些Tier 1合作伙伴來提高iDAR產(chǎn)量并降低單位成本。Lambright估計(jì)到2021年iDAR的初步單位成本將降到1000美元以下。