自動(dòng)駕駛中的傳感器融合

據麥姆斯咨詢(xún)介紹，目前，對于科技公司和汽車(chē)廠(chǎng)商的高管和工程師來(lái)說(shuō)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)（AV）技術(shù)及其發(fā)展路線(xiàn)圖上還有很多問(wèn)題有待解決。其中，三個(gè)懸而未決的大問(wèn)題正在突顯。

市場(chǎng)研究機構IHS Markit汽車(chē)信息娛樂(lè )和高級駕駛輔助系統（ADAS）研究總監Egil Juliussen列出了以下幾個(gè)將在2019年困擾汽車(chē)行業(yè)的“遺留問(wèn)題”：

1、我們是否真的需要激光雷達（LiDAR）？

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

3、業(yè)界能否解決Level 2級到Level 3級駕駛操控權的移交問(wèn)題？行業(yè)觀(guān)察家已經(jīng)看到科技公司、Tier 1和汽車(chē)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Level 2級到Level 3級自動(dòng)駕駛操控權的移交問(wèn)題嘗試新技術(shù)，例如以色列ADAM公司，正在嘗試利用人工智能（AI）及算法助力其技術(shù)平臺，以解決人、車(chē)駕駛操控權的移交問(wèn)題。對于自動(dòng)駕駛汽車(chē)突然將控制權交回人類(lèi)駕駛員時(shí)的手足無(wú)措困境，“預計下個(gè)月在拉斯維加斯舉辦的2019年消費電子展上，Tier 1和汽車(chē)OEM制造商對駕駛員監控系統的興趣會(huì )重新抬頭，”市場(chǎng)研究機構Semicast Research首席分析師Colin Barnden表示。但是，ADAS汽車(chē)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)真的需要激光雷達嗎？

Juliussen稱(chēng)，“我們已經(jīng)聽(tīng)到很多這樣的市場(chǎng)疑問(wèn)?！边@個(gè)疑問(wèn)在數字成像雷達出現之后獲得了更多關(guān)注，“因為，數字成像雷達相比過(guò)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”數據

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。近一年來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)不一定需要激光雷達的聲音一直在科技界回響。這種思路確實(shí)很誘人，因為許多汽車(chē)OEM制造商都認為激光雷達太昂貴了，他們認為激光雷達技術(shù)距離實(shí)際應用還遠未成熟。AEye從另一個(gè)角度進(jìn)入了這場(chǎng)“激光雷達是否必要”的市場(chǎng)辯論。該創(chuàng )業(yè)公司認為，汽車(chē)OEM制造商不愿意使用現有的激光雷達，除了成本問(wèn)題，還因為他們目前的解決方案依賴(lài)于一系列獨立的傳感器，這些傳感器共同產(chǎn)生了海量數據?！斑@需要漫長(cháng)的處理時(shí)間和龐大的運算能力，通過(guò)較準、分析、校正、下采樣來(lái)收集和重組這些傳感器采集的數據，并將它們轉換為可用于安全引導車(chē)輛的可操作信息，”AEye解釋說(shuō)。

但是，如果AEye以某種方式使用人工智能，僅對自動(dòng)駕駛路徑規劃有意義的數據信息進(jìn)行區分采集，而不是為每個(gè)像素分配相同的優(yōu)先級呢？“正是這一初衷激發(fā)了AEye開(kāi)發(fā)iDAR，”AEye營(yíng)銷(xiāo)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(kāi)發(fā)的技術(shù)”，Lambright表示。該創(chuàng )業(yè)公司首席執行官Luis Dussan之前曾致力于為戰斗機設計監控、偵察和防御系統。他創(chuàng )建了AEye公司，“以為自動(dòng)駕駛汽車(chē)提供軍用級別的性能?！睋﨤ambright稱(chēng)，驅動(dòng)iDAR開(kāi)發(fā)的是“首席執行官Dussan在軍用飛機感知系統中學(xué)到的三個(gè)原則”， 1）永遠不錯過(guò)任何信息；2）所有物體對象不是平等的，需要給予不同的權重；3）實(shí)時(shí)處理。簡(jiǎn)而言之，iDAR的目標是開(kāi)發(fā)一種“無(wú)需浪費計算周期”的傳感器融合系統。

iDAR的構建模塊包括1550nm固態(tài)MEMS激光雷達，低光照高清攝像頭和嵌入式AI。該系統旨在整合2D攝像頭“像素”（RGB）和3D激光雷達數據“體素”（XYZ），以提供“一種新的實(shí)時(shí)傳感器數據”，為自動(dòng)駕駛路徑規劃系統提供更快速、更準確、更長(cháng)距離、更智能的信息。值得注意的是，AEye的iDAR提供的不是各自獨立的攝像頭和激光雷達系統的掃描后融合。而是通過(guò)開(kāi)發(fā)人工智能感知系統，iDAR將固態(tài)激光雷達與高分辨率攝像頭進(jìn)行物理融合，創(chuàng )建了一種被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)像素的新數據類(lèi)型。通過(guò)捕捉x、y、z、R、G、B數據，這種動(dòng)態(tài)像素“仿生”了人類(lèi)視覺(jué)皮層的數據結構。整合片上系統（SoC）近日發(fā)布的新型iDAR系統AE110是AEye公司的第四代原型產(chǎn)品。據Ratnam介紹，“該系統中包含一個(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和混合信號功能。2019年，AEye計劃為這款整合SoC設計自己的ASIC?！?/p>

“攝像頭+雷達”或“攝像頭+激光雷達”？

AEye正在推廣其“攝像頭+激光雷達”整合傳感器系統，而一些高精度毫米波（mmWave）雷達芯片開(kāi)發(fā)商則推崇“攝像頭+雷達”解決方案?？萍夹袠I(yè)研究機構Linley Group的高級分析師Mike Demler稱(chēng)，AEye的攝像頭+激光雷達融合“是一種有趣的方案”。Aeye的方案“可能具有一些獨特的功能”，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（Continental）也在銷(xiāo)售“攝像頭+激光雷達”的組合單元。但據推測，大陸集團是將兩個(gè)獨立傳感器的數據進(jìn)行預處理后再進(jìn)行整合。正如Demler所看到的那樣，AEye解決方案的優(yōu)勢在于“傳感器融合軟件”。實(shí)質(zhì)上，“將攝像頭/激光雷達傳感器作為一個(gè)集成單元進(jìn)行處理，可以加速識別目標區域，”Demler指出，“除此之外，兩個(gè)傳感器的各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)仍然保留?！盌emler表示，AEye采用了MEMS激光雷達，但并沒(méi)有公開(kāi)透露其空間分辨率。他推測，跟Velodyne等機械掃描激光雷達相比，這可能是AEye的一個(gè)弱項?！皵z像頭傳感器具有相對最高的分辨率，但它無(wú)法應對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，不能單獨依靠攝像頭來(lái)獲得空間分辨率。同樣地，激光雷達在降雨時(shí)性能表現也不如雷達，所以在這些條件下不能單獨依靠激光雷達進(jìn)行物體探測，并且，大多數激光雷達都不能測量物體的移動(dòng)速度?！?/p>

真正的邊緣融合

談及AEye，據VSI Labs創(chuàng )始人Phil Magney透露，VSI Labs被聘請驗證激光雷達的距離和掃描速率。Magney強調，“iDAR傳感器的獨特之處在于它將攝像頭和激光雷達耦合了在一起，并在中央計算機攝入整合數據之前，對兩個(gè)傳感器數據進(jìn)行融合?！彼J為，“這是真正的邊緣融合，因為設備在對采集的數據進(jìn)行任何分類(lèi)之前，融合了攝像頭數據和激光雷達原始數據。我們還認識到，其設備有能力聚焦目標主題，而不需要處理整個(gè)點(diǎn)云場(chǎng)景?！贝送?，Magney還承認，AEye的iDAR設備“由于擁有融合的攝像頭數據，因此具有更好的目標分類(lèi)潛力?！彼赋?，“iDAR正在開(kāi)發(fā)適用于融合數據集的分類(lèi)算法?！崩碚撋?，AEye所謂的動(dòng)態(tài)像素創(chuàng )建的內容“比攝像頭或激光雷達各自產(chǎn)生的內容更豐富”，Magney說(shuō)。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高于激光雷達，因此像素與點(diǎn)的比例不是一對一的?！盡agney承認，“當把iDAR與雷達放在一起比較時(shí)，確實(shí)可以放棄對雷達的需求，因為激光雷達和雷達都是測距設備?！彼赋?，“如果iDAR激光雷達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的速度信息，那么完全可能放棄雷達。值得一提的是，與大多數商用激光雷達產(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?！绷硪环矫?，在完全自動(dòng)駕駛汽車(chē)實(shí)現之前，會(huì )有越來(lái)越多配備ADAS功能的汽車(chē)推出，雷達似乎在A(yíng)DAS市場(chǎng)比激光雷達（或iDAR）更占優(yōu)勢。

“雷達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，也需要安全系統運行，”Magney說(shuō)，“但雷達本身在物體分類(lèi)方面仍然受到限制。這是由雷達設備的硬件決定的。我們知道雷達在分類(lèi)方面正在變得越來(lái)越好，并且相關(guān)廠(chǎng)商聲稱(chēng)可以提供更豐富的功能。一些雷達創(chuàng )業(yè)公司也提出了非常吸引眼球的方案?！盫SI近期在A(yíng)Eye最近的性能測試中驗證了iDAR傳感器的探測和方法。Magney表示，該公司驗證了iDAR激光雷達信號能夠探測到道路上距離1000米的卡車(chē)，其掃描速率達到了100赫茲?！拔覀儧](méi)有驗證這種傳感器能否帶來(lái)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(lái)識別1000米處的物體，”他補充說(shuō)。在Demler看來(lái)，AEye的iDAR并沒(méi)有取代雷達。德州儀器（TI）的mmWave成像雷達也并沒(méi)有取代激光雷達，Demler解釋說(shuō)，“大多數自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)商都使用了這三種傳感技術(shù)，當然，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(shuō)：“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，因為沒(méi)有一種類(lèi)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累計完成6000萬(wàn)美元融資

近日，AEye還披露了其二次B輪融資，這使公司的總融資額超過(guò)了6000萬(wàn)美元。AEye表示其B輪投資方包括汽車(chē)OEM制造商、Tier 1和Tier 2廠(chǎng)商，以及戰略投資者海拉（Hella Ventures）、斯巴魯（Subaru-SBI）創(chuàng )新基金、LG電子和SK海力士。AEye營(yíng)銷(xiāo)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(lái)提高iDAR產(chǎn)量并降低單位成本。Lambright估計到2021年iDAR的初步單位成本將降到1000美元以下。