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自動(dòng)駕駛的視覺(jué)密碼丨深度

來(lái)源:車(chē)云網(wǎng) 瀏覽次數(shù):646 發(fā)布日期:2019-03-15

1999年,以色列希伯來(lái)大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授A(yíng)mnon Shashua決定開(kāi)始創(chuàng)業(yè),項(xiàng)目聽(tīng)起來(lái)很直接:用一顆攝像頭來(lái)完成車(chē)輛周邊的障礙物檢測(cè)。從工作原理來(lái)看,這項(xiàng)技術(shù)可以簡(jiǎn)單理解成為汽車(chē)裝上眼睛,因此Shashua將其稱(chēng)為“EyeQ”。

誰(shuí)也沒(méi)想到,20年之后的現(xiàn)在,Shashua和他的Mobileye將“EyeQ”一詞成功由醫(yī)學(xué)領(lǐng)域泛化至汽車(chē)領(lǐng)域。人們發(fā)現(xiàn),這個(gè)原本用于衡量人眼+大腦視知覺(jué)能力、形象記憶能力以及閱讀能力的名詞,幾乎可以與攝像頭+計(jì)算芯片疊加而來(lái)的視覺(jué)感知能力無(wú)縫鏈接。

有Mobileye在前方開(kāi)路,視覺(jué)感知作為自動(dòng)駕駛的底層技術(shù)能力,近年來(lái)也被推到了史無(wú)前例的高度,部分豪華車(chē)產(chǎn)品的整車(chē)攝像頭數(shù)量已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)8顆。

而無(wú)論是車(chē)載攝像頭硬件本身,還是與硬件匹配的算法算力,發(fā)展規(guī)模均呈現(xiàn)出幾何級(jí)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。IHS數(shù)據(jù)顯示,作為手機(jī)產(chǎn)品之外的第二大應(yīng)用場(chǎng)景,車(chē)載攝像頭全球出貨量預(yù)計(jì)會(huì)在2020年突破8000萬(wàn)顆,相比2016年的4000萬(wàn)顆再翻一倍。與此同時(shí),車(chē)載攝像頭的搭載形態(tài)也正向多元化轉(zhuǎn)變,在主流的單目攝像頭之外,雙目量產(chǎn)數(shù)量增加,特斯拉Model 3也首次實(shí)現(xiàn)了三目落地。與之對(duì)應(yīng)的,視覺(jué)芯片的圖像數(shù)據(jù)計(jì)算能力也正以每年十幾甚至幾十倍的速度快速迭代。

在當(dāng)下主流的多傳感器融合路線(xiàn)中,視覺(jué)感知技術(shù)本身玩法固然稱(chēng)不上激進(jìn)顛覆,卻始終被認(rèn)為是自動(dòng)駕駛落地整體方案的基石。

某種層面上,只有理解了視覺(jué),才能更好地認(rèn)知自動(dòng)駕駛。

1、初登舞臺(tái)

如今看來(lái)極其主流的視覺(jué)系ADAS方案,最初受到了極大的挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)之一,來(lái)源于視覺(jué)傳感器本身。

想要進(jìn)入車(chē)載市場(chǎng),首先需要跨過(guò)的就是車(chē)規(guī)級(jí)的超高門(mén)檻。與大眾熟悉的手機(jī)、相機(jī)鏡頭不同,ADAS傳感器鏡頭格外強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品在各類(lèi)嚴(yán)酷環(huán)境下的穩(wěn)定性,擁有持續(xù)穩(wěn)定的聚焦特性和熱補(bǔ)償特性,日本車(chē)廠(chǎng)甚至要求其零公里故障率為0 PPM(PPM即“百萬(wàn)分之”)。

除了穩(wěn)定性之外,OEM對(duì)于攝像頭的尺寸也有要求。為了盡可能將尺寸減小,圖像傳感芯片就要在保證更高集成度的同時(shí)降低尺寸限制。

鏡頭硬件廠(chǎng)商同樣面臨著車(chē)規(guī)級(jí)的挑戰(zhàn)。在建立符合車(chē)規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)線(xiàn)、并通過(guò)TS16949的質(zhì)量體系等認(rèn)證之后,他們必須要依照車(chē)規(guī)級(jí)圖像傳感器來(lái)匹配ADAS系統(tǒng)。在功能性安全方面,產(chǎn)品還要符合汽車(chē)安全完整性等級(jí)(ASIL)和ISO 26262,兼顧網(wǎng)絡(luò)安全的圖像傳感器。

由于A(yíng)DAS鏡頭對(duì)鏡片等性能要求更高,一些視覺(jué)類(lèi)能用塑料鏡片解決的問(wèn)題,到ADAS鏡頭中卻會(huì)面臨由溫度等因素影響造成的變異,但玻璃鏡片的高昂成本卻又無(wú)法被大眾市場(chǎng)接受。

除了車(chē)規(guī)級(jí)的挑戰(zhàn)外,攝像頭本身的高通光性、成像效果的清晰度、對(duì)于雜光強(qiáng)光的抗干擾性,均是硬性指標(biāo),考驗(yàn)著各大供應(yīng)商的技術(shù)能力。

挑戰(zhàn)之二,則在于多傳感器的匹配。

在業(yè)內(nèi)普遍的認(rèn)知中,ADAS系統(tǒng)必須通過(guò)幾項(xiàng)配置協(xié)調(diào)作用,利用安裝在車(chē)上各式各樣的傳感器,讓汽車(chē)在行駛過(guò)程中隨時(shí)感應(yīng)周?chē)沫h(huán)境,收集數(shù)據(jù),進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤,并結(jié)合導(dǎo)航儀地圖數(shù)據(jù),進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)算與分析,從而預(yù)先讓駕駛者察覺(jué)到可能發(fā)生的危險(xiǎn),有效增加汽車(chē)駕駛的舒適性和安全性。

因此,為了實(shí)現(xiàn)上述一系列功能,傳統(tǒng)方案利用各種傳感器予以支持,包括視覺(jué)傳感器、雷達(dá)、紅外傳感器等等。在這當(dāng)中,不同分辨率的攝像頭常常被車(chē)廠(chǎng)用來(lái)解決細(xì)分產(chǎn)品線(xiàn)的各種問(wèn)題,也需要和其他傳感器進(jìn)行有機(jī)融合。

攝像頭的學(xué)名即是“視覺(jué)傳感器”,作為一個(gè)相對(duì)廣義的概念,其中包括內(nèi)視攝像頭、后視攝像頭、前視攝像頭、側(cè)視攝像頭、環(huán)視攝像頭等等。

從功能分工來(lái)看,內(nèi)視攝像頭主要應(yīng)用于駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng),后視攝像頭用于倒車(chē)影像,環(huán)視攝像頭則用以實(shí)現(xiàn)“360°全景顯示”功能。其中,前視攝像頭作為ADAS (Advanced Driver Assistance Systems,意為高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng))的核心,用于感知車(chē)道線(xiàn)、障礙物、交通標(biāo)志牌和地面標(biāo)志、可通行空間、交通信號(hào)燈等要素,并衍生出整車(chē)FCW(前方碰撞預(yù)警系統(tǒng))、LDW(車(chē)道偏離預(yù)警)以及AEB(自動(dòng)緊急制動(dòng))等功能。

從結(jié)構(gòu)上看,攝像頭主要由鏡頭和后方傳感器組成。單就鏡頭而言,有定制需求的客戶(hù)需要提供傳感器芯片以匹配鏡頭解像力(圖像清晰度)水平,以及傳感器所需的視場(chǎng)角度,來(lái)決定最終裝載位置。

而在特定功能安全標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的前提下,部分車(chē)企需要通過(guò)附加的高分辨率攝像機(jī)來(lái)提供更加先進(jìn)安全的選裝功能。這就意味著在更高級(jí)別的智能駕駛部分,汽車(chē)制造商和一級(jí)供應(yīng)商必須要面臨較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期以及較高的工程成本。

真正的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在2014年。

那一年春天,歐盟開(kāi)始實(shí)施新車(chē)碰撞測(cè)試(EURO-NCAP)新規(guī)。自此,ADAS被業(yè)界公認(rèn)為能夠提高汽車(chē)行駛安全的技術(shù),并將逐漸成為智能汽車(chē)的標(biāo)配,而攝像頭作為成本最低、技術(shù)最為成熟的感知硬件,無(wú)疑成為了車(chē)企爭(zhēng)相搭載的香餑餑。

這一方案的原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是通過(guò)拍一張或多張連續(xù)圖片序列的方式,向汽車(chē)計(jì)算機(jī)下達(dá)任務(wù)指令,包括識(shí)別車(chē)輛、追蹤物體、場(chǎng)景分割等等。在未來(lái)V2X技術(shù)逐步成熟之后,視覺(jué)傳感器通過(guò)與行人、自行車(chē)等其他交通參與者溝通,充分理解當(dāng)前場(chǎng)景,可以同時(shí)避免系統(tǒng)誤判的情況。

這種給車(chē)輛“插眼”的思路,高度模仿了“人類(lèi)基于視覺(jué)可見(jiàn)創(chuàng)建世界”的原理,因此攝像頭產(chǎn)生的視覺(jué)圖像天然包含了豐富的語(yǔ)義,也就情理之中地扛起了為無(wú)人車(chē)提供各種環(huán)境信息感知的任務(wù)。

更重要的是,這種攝像頭基于CMOS技術(shù)運(yùn)作,具備三點(diǎn)突出優(yōu)勢(shì):低功耗、小尺寸、低成本。Mobileye埋頭苦干8年的故事證明,這樣一套名為“平臺(tái)化圖像傳感器系列的產(chǎn)品”,能夠在車(chē)載攝像頭本居不高的價(jià)格基礎(chǔ)上一再壓低成本,進(jìn)而加速自動(dòng)駕駛技術(shù)的普及。 換句話(huà)說(shuō),即通過(guò)單一攝像機(jī)芯片將多個(gè)路況探測(cè)應(yīng)用進(jìn)行捆綁,可以把無(wú)人駕駛的技術(shù)成本由數(shù)十萬(wàn)美元直接縮減到幾百塊美金,同時(shí)也能節(jié)省傳感器的占用空間。

2、路徑爭(zhēng)奪

從頭到尾梳理清楚自動(dòng)駕駛車(chē)輛視覺(jué)感知的工作原理之后可以發(fā)現(xiàn),在相同技術(shù)水平下,攝像頭的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于激光雷達(dá),更何況其可見(jiàn)范圍也超過(guò)激光雷達(dá)及毫米波雷達(dá)。作為被動(dòng)傳感器,攝像頭也可以避免雷達(dá)光波相互干擾的問(wèn)題,并且同一個(gè)攝像頭能通過(guò)調(diào)整算法融合多種不同功能。

視覺(jué)感知的優(yōu)勢(shì)如此顯著,使得該領(lǐng)域呈現(xiàn)異軍突起的局勢(shì)。

這項(xiàng)技術(shù)有多熱,Mobileye被圍攻的就有多慘烈。這位孵化于以色列的視覺(jué)系A(chǔ)DAS巨頭,一方面借著東風(fēng)在近幾年幾乎包攬了各大主流車(chē)企的相關(guān)訂單,同時(shí)也遭受著來(lái)自整條產(chǎn)業(yè)鏈上下游的全方位壓迫。

從Mobileye的商業(yè)模式來(lái)說(shuō),該公司是將定制化的視覺(jué)解決方案裝進(jìn)了基于A(yíng)SIC架構(gòu)的EyeQ系列芯片產(chǎn)品中,這本身就動(dòng)了芯片廠(chǎng)商的蛋糕。最典型的就是人工智能大牛企業(yè)英偉達(dá),雙方甚至直接在2019 CES現(xiàn)場(chǎng)對(duì)飚起來(lái)。后者從相對(duì)通用的GPU架構(gòu)入手,頗具針對(duì)性地推出了DRIVE PX,向車(chē)企開(kāi)放整套技術(shù)體系,包括芯片、驅(qū)動(dòng)、軟件開(kāi)發(fā)包、應(yīng)用工具等。

與此同時(shí),博世、日本電裝、德州儀器、飛思卡爾等傳統(tǒng)供應(yīng)商們也動(dòng)了凡心。有意思的是,目前飛思卡爾已被NXP收購(gòu),而近期坊間又瘋狂傳言稱(chēng)高通意圖收購(gòu)NXP。按照這個(gè)趨勢(shì),高通也將大概率成為Mobileye的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。更值得注意的是,車(chē)企意識(shí)到自動(dòng)駕駛技術(shù)的重要性,開(kāi)始自主研發(fā)相關(guān)技術(shù),其中就包括視覺(jué)感知。

爭(zhēng)奪蛋糕的過(guò)程中,核心技術(shù)成為各家比拼的關(guān)鍵。

Mobileye的拳頭產(chǎn)品便是單目視覺(jué)傳感方案。所謂單目,即車(chē)輛只裝配一顆前置攝像頭,將識(shí)別目標(biāo)物與背后的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配,再進(jìn)行障礙物判斷與距離估算。得益于Mobileye“吃土”研發(fā)換來(lái)的先發(fā)優(yōu)勢(shì),單目攝像頭的算法成熟度目前相對(duì)更高。

這種攝像機(jī)模組由一個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)鏡頭組成,也就意味著其測(cè)距的范圍和距離完全取決于鏡頭,焦距越短視野越廣,覆蓋范圍局限性較大。據(jù)悉,目前ADAS系統(tǒng)所要求的視距范圍是40米-120米,未來(lái)將會(huì)達(dá)到200米及以上。Mobileye的產(chǎn)品在EyeQ5一代才剛剛趕上。此外,對(duì)于單目攝像頭而言,物體越遠(yuǎn)測(cè)距精度還會(huì)降低。

關(guān)于單目攝像頭方案的技術(shù)爭(zhēng)論,集中體現(xiàn)在特斯拉與Mobileye經(jīng)歷的一場(chǎng)嚴(yán)重自動(dòng)駕駛事故上。

2016年5月7日,一位特斯拉Model S車(chē)主駕車(chē)自西向東行駛,同時(shí)一輛白色貨車(chē)從另一邊拐下高速公路。二者相遇的時(shí)候,特斯拉汽車(chē)正處于自動(dòng)駕駛狀態(tài),系統(tǒng)對(duì)于橫向行駛的貨車(chē)并沒(méi)有做出任何反饋,車(chē)輛甚至從貨車(chē)下面直接穿過(guò)去后仍繼續(xù)行駛,連續(xù)撞擊后無(wú)法運(yùn)行才最終停下。對(duì)此業(yè)內(nèi)人士均認(rèn)為,事故很大一部分原因歸結(jié)為車(chē)輛圖像識(shí)別系統(tǒng)未能把貨車(chē)的白色車(chē)廂與背后的藍(lán)天白云區(qū)分開(kāi)來(lái)。

從傳感器裝配角度來(lái)看,這輛特斯拉汽車(chē)的主傳感器選擇了Mobileye的視覺(jué)感知處理器,對(duì)前車(chē)尾部?jī)蓚€(gè)車(chē)燈和后車(chē)輪進(jìn)行識(shí)別,選取明顯特征點(diǎn)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行檢測(cè)。也就是說(shuō),當(dāng)前方車(chē)輛橫向行駛時(shí),Mobileye當(dāng)時(shí)的芯片確實(shí)無(wú)法成功檢測(cè)。單目視覺(jué)檢測(cè)方案對(duì)于A(yíng)DAS或者低階自動(dòng)駕駛而言完全夠用,只是更加復(fù)雜的無(wú)人駕駛對(duì)場(chǎng)景語(yǔ)義分割要求較高,需要對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行類(lèi)別判斷,比如地面、建筑、天空,對(duì)不同車(chē)輛、物體有不同顏色的分類(lèi),來(lái)幫助行駛車(chē)輛理解場(chǎng)景和路徑規(guī)劃。

那次嚴(yán)重事故之后,特斯拉全然看清了眼前的局面:Mobileye單目攝像頭的路線(xiàn)雖然當(dāng)下占據(jù)行業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),但總有一天將無(wú)法支撐其實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛的目標(biāo)。火上澆油的是,特斯拉對(duì)于Mobileye對(duì)市場(chǎng)控制及技術(shù)封鎖的強(qiáng)硬態(tài)度不甚滿(mǎn)意,后者不愿意將尚未完全商業(yè)化的三目攝像頭方案率先用于特斯拉。在看過(guò)Mobileye的三目前視和八個(gè)攝像頭環(huán)繞的方案雛形后,特斯拉掌門(mén)人馬斯克有了新的思路,決定自給自足,獨(dú)立研發(fā)視覺(jué)感知算法。

于是我們看到,三年之后,這家毫無(wú)歷史包袱的新創(chuàng)車(chē)企選擇采用三目攝像頭路線(xiàn),并在特斯拉Model 3車(chē)型上首次搭載。

作為全球首個(gè)采用三目視覺(jué)感知的車(chē)型,特斯拉將三目攝像頭具體分為前視窄視野攝像頭(最遠(yuǎn)感知250米)、前視主視野攝像頭(最遠(yuǎn)感知150米)及前視寬視野攝像頭(最遠(yuǎn)感知60米,探測(cè)寬度達(dá)120度的魚(yú)眼鏡頭),在視野和距離間進(jìn)行了很好的平衡。在主要分工方面,寬視野攝像頭負(fù)責(zé)近處測(cè)距,包括交通燈、道路障礙等近距離目標(biāo),主視野攝像頭負(fù)責(zé)中距離的測(cè)距,窄視野攝像頭則主管更遠(yuǎn)距離的測(cè)距。

根據(jù)各自焦距不同,每臺(tái)傳感器感知的范圍也由遠(yuǎn)及近進(jìn)行區(qū)分。三個(gè)攝像頭聽(tīng)起來(lái)各司其職,似乎克服了單目及雙目在視野局限性、測(cè)距精度、安裝位置等方面的硬傷,甚至進(jìn)而能夠?qū)?chē)輛前方200米的道路環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。綜合來(lái)看,三目可以說(shuō)是當(dāng)下最受歡迎的攝像頭組合形式。其最大程度上模擬了人類(lèi)雙眼快速變焦、同時(shí)覆蓋長(zhǎng)短距范圍的特性。

然而,核心問(wèn)題是,攝像頭數(shù)量越多,其精度誤差率也就越大。這大大提升了軟件和工程部門(mén)的工作難度。

一方面,三目攝像頭擺脫了單目對(duì)龐大數(shù)據(jù)庫(kù)的依賴(lài),不需要對(duì)其進(jìn)行更新和維護(hù)。另一方面,三目采取實(shí)時(shí)計(jì)算視差估測(cè)距離的方式,需要同時(shí)運(yùn)算包括機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)、摩托/自行車(chē)、行人、動(dòng)物、道路標(biāo)識(shí)、道路本身、交通燈、車(chē)道線(xiàn)等超過(guò)90%的環(huán)境信息。

三路數(shù)據(jù)的同步傳輸要求傳感器具備更強(qiáng)的圖像識(shí)別、融合算法及算力。除此之外,如果不同攝像頭對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景采集到的數(shù)據(jù)不同,系統(tǒng)后臺(tái)算法卻并沒(méi)有一定的運(yùn)算邏輯去進(jìn)行審核,計(jì)算結(jié)果進(jìn)入“黑匣子”,輸出駕駛決策的準(zhǔn)確性最終將無(wú)法預(yù)估。

特斯拉的勇敢在于,其身前并沒(méi)有前輩把三目攝像頭這條路蹚平。對(duì)于三目攝像頭整個(gè)安裝工程而言,前擋風(fēng)玻璃的空間捉襟見(jiàn)肘,還要考慮鏡頭間由氣溫變化引起的測(cè)距誤差。車(chē)規(guī)級(jí)制造工藝、成本、可靠性、精確性……量產(chǎn)車(chē)應(yīng)用的問(wèn)題撲面而來(lái)。

3、平衡方案

Mobileye和特斯拉兩個(gè)年輕人“撕”得風(fēng)生水起,老牌巨頭卻在旁邊為自己的“先見(jiàn)之明”偷笑。

從技術(shù)的局限性來(lái)看,雙目攝像頭有可能成為單目和三目之間,更接近平衡的路線(xiàn)選擇。

早在2016年,奔馳在S級(jí)車(chē)型中試驗(yàn)了雙目攝像頭。在智能配置方面,該產(chǎn)品共使用6個(gè)毫米波雷達(dá),分別為:58和59左右前保險(xiǎn)杠短距雷達(dá),前向雙模毫米波雷達(dá)66,60和61左右后保險(xiǎn)杠短距雷達(dá),62后向中遠(yuǎn)距毫米波雷達(dá)。

有意思的是,S級(jí)產(chǎn)品早期前向毫米波雷達(dá)使用的是博世LRR3,后更換為德國(guó)大陸汽車(chē)的ARS310。據(jù)報(bào)道,全新一代奔馳S級(jí)的毫米波雷達(dá)有可能將全部使用大陸的產(chǎn)品。不談大陸在毫米波雷達(dá)領(lǐng)域的龍頭地位,奔馳對(duì)于該硬件供應(yīng)商的選擇也就意味著其攝像頭系統(tǒng)將大概率選擇同一家廠(chǎng)商的產(chǎn)品。

后來(lái)的戴姆勒完全沒(méi)有辜負(fù)我們的期待,實(shí)力驗(yàn)證了這一猜想。在2017年奔馳銷(xiāo)量最廣的E級(jí)車(chē)標(biāo)配雙目之后,這家傳統(tǒng)車(chē)廠(chǎng)果不其然在大部分車(chē)型中裝配了大陸的雙目攝像頭,一少部分則通過(guò)韓國(guó)LG代工。

同樣青睞大陸的還有同一隊(duì)列中的寶馬。2015年,寶馬在全新的CLAR后驅(qū)平臺(tái)上發(fā)布代號(hào)為G11/G12的第六代7系車(chē)型,配置了大陸ARS4-A 77GHz毫米波雷達(dá)、超聲波探頭以及大陸的前視雙目攝像頭來(lái)支持整套ADAS系統(tǒng)。

后來(lái),作為寶馬在華銷(xiāo)售主力軍的3系和5系,同步貫徹了以攝像頭為主的戰(zhàn)略。在2017年4月上海車(chē)展上亮相的全新一代5系,搭載了與7系相同的前視雙目攝像頭系統(tǒng)。

有別于友商,寶馬在A(yíng)DAS系統(tǒng)配置的選擇上卻好像沒(méi)那么堅(jiān)定。寶馬3系與5系在面臨換代改款的壓力下,最終采取了降價(jià)保量的銷(xiāo)售策略。為此,車(chē)輛的智能化配置需要做出讓步,完成中期改款的2016款3系標(biāo)配了單目攝像頭。

隨后,寶馬在中國(guó)投產(chǎn)并發(fā)售了一款非典型的全新UKL前驅(qū)平臺(tái),主打經(jīng)濟(jì)低價(jià),產(chǎn)品主要為寶馬X1與寶馬2系旅行車(chē)。該平臺(tái)產(chǎn)品明顯舍棄了相當(dāng)一部分智能配置,其中半自動(dòng)泊車(chē)輔助系統(tǒng)采用10超聲波探頭替換掉12雷達(dá),X1配備前視單目攝像頭來(lái)完成FCW、LDW、PD、TSR等輔助駕駛功能。

縱使為了讓渡部分成本,車(chē)廠(chǎng)降低了ADAS系統(tǒng)的配置等級(jí),但諸如奔馳寶馬等一線(xiàn)廠(chǎng)商始終愿意將雙目攝像頭留給自家的拳頭產(chǎn)品。一定程度上,雙目攝像頭甚至稱(chēng)得上是奔馳S級(jí)和寶馬7系的ADAS系統(tǒng)強(qiáng)大的根本原因。

當(dāng)然,從核心技術(shù)層看,雙目攝像頭也是憑實(shí)力博得巨頭們垂青的。

針對(duì)單目攝像頭存在的缺陷,人們仿照人類(lèi)雙眼視差的三角測(cè)距原理又發(fā)明出了雙目攝像頭。兩個(gè)攝像頭同時(shí)拍攝物體,通過(guò)成像平面的像素偏移量、相機(jī)焦距和器材的實(shí)際距離進(jìn)行障礙物識(shí)別。在這種模式下,傳感器能夠采集到精度較高的數(shù)據(jù)結(jié)果,并得到圖像的深度幾何信息,有助于進(jìn)行圖像分割及障礙物分類(lèi),也就從理論上避免了特斯拉慘劇。

可是,要想同時(shí)伺候好兩個(gè)鏡頭并不容易。雙目攝像頭與人眼高度近似,鏡頭單體均會(huì)產(chǎn)生一定誤差?,F(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用的單目攝像頭誤差能夠控制在3%以?xún)?nèi),而雙目要想與這一使用標(biāo)準(zhǔn)持平,后期調(diào)校算法的成本就會(huì)大幅增加。

另外,兩個(gè)鏡頭的布置方式也有講究,要求保持在10-20cm之間。其安裝位置和距離甚至?xí)驘崦浝淇s問(wèn)題產(chǎn)生微小的偏差,進(jìn)而影響雙目測(cè)距的準(zhǔn)確性。專(zhuān)業(yè)人士直言,使用雙目攝像頭的場(chǎng)景相對(duì)有限,基本做不到主動(dòng)巡航等功能。

雙目攝像頭的限制因素顯而易見(jiàn),在成本、制造工藝、精準(zhǔn)度等因素的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求下,似乎很難在市場(chǎng)上推廣。

這恰恰戳中了豪華品牌的興奮點(diǎn)。相比雙目能夠取得的優(yōu)秀效果,他們好像不太在意其中的成本差距。

路虎甚至直接把雷達(dá)從前視傳感器中去掉,完全依靠雙目攝像頭實(shí)現(xiàn)ADAS功能。憑借這種激進(jìn)的魄力,該公司也在NCAP中拿到了滿(mǎn)分,獲得了當(dāng)年英國(guó)最佳安全車(chē)型獎(jiǎng)。

至于雙目系統(tǒng)的硬件,路虎選擇由博世供應(yīng)。此外,博世的雙目系統(tǒng)還應(yīng)用于捷豹的XFL及XE上。這家一級(jí)供應(yīng)商公司包攬了毫米波雷達(dá)、單目和雙目攝像頭、超聲波傳感器、環(huán)視系統(tǒng)的全套生產(chǎn)工作,同時(shí)也在積極向車(chē)廠(chǎng)提供最新一代傳感器。

總體而言,市面上活躍的雙目系統(tǒng)廠(chǎng)商僅有大陸、博世、韓國(guó)LG、日本日立和日本電裝這幾家,聲量相對(duì)較弱。他們進(jìn)入這一細(xì)分市場(chǎng)的節(jié)奏,恰恰是鉆了Mobileye供應(yīng)鏈的空子。

憑借單一視覺(jué)解決方案入圍的Mobileye方案并不完整,無(wú)法直接賣(mài)給相對(duì)封閉的OEM,最多扮演Tier 2的角色,其系統(tǒng)裝機(jī)需要經(jīng)過(guò)集成商的“倒手”。這時(shí),大量Tier 1動(dòng)了心思:既然本身就有能力開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛解決方案,為什么不連視覺(jué)感知一起承包,而要采購(gòu)?fù)獠糠桨改兀?/span>

事實(shí)上,早在1999年斯巴魯就有過(guò)相同的想法,并且已在量產(chǎn)車(chē)中實(shí)現(xiàn)落地。

這家日本車(chē)廠(chǎng)也是最早將雙目攝像頭應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域的玩家。從1999年推出第一代產(chǎn)品開(kāi)始,至2013年,斯巴魯將其更新至第三代“EyeSight駕駛輔助系統(tǒng)”,由CCD圖像傳感器改變?yōu)椴噬獵MOS圖像傳感器,通過(guò)立體攝像頭進(jìn)行單體控制,構(gòu)建防碰撞制動(dòng)系統(tǒng)(PCB)。

相比第二代產(chǎn)品,其最遠(yuǎn)探測(cè)距離從第二代的70米提高到100米,水平視角由25度擴(kuò)展到35度,攝像頭及處理IC等硬件由日立提供。直到2013年,其立體化攝像頭實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距,廣角攝像頭化以及彩色成像識(shí)別的能力之后,成功于第二年拿到世界第一ADAS系統(tǒng)的成績(jī)。

這套20歲的系統(tǒng)基本可以說(shuō)是目前公認(rèn)最好的雙目系統(tǒng),卻于2016年才正式進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),應(yīng)用于全新傲虎與力獅上。具體而言,斯巴魯EyeSight駕駛輔助系統(tǒng)將立體攝像頭與3D圖像處理器、發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱、VDC及制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)作。攝像頭主要負(fù)責(zé)采集信息,3D圖像處理器則用以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析后發(fā)出決策信號(hào),對(duì)車(chē)輛的油門(mén)與制動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)。

EyeSight的實(shí)力印證了斯巴魯技術(shù)宅的身份。如今其決定高調(diào)一把,將EyeSight裝載在務(wù)實(shí)的中配車(chē)型中。相比其他廠(chǎng)商選擇頂配車(chē)型以提升品牌形象,這位不茍言笑的日本車(chē)企反而更注用戶(hù)對(duì)其技術(shù)成果的認(rèn)知度。

4、未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)

技術(shù)競(jìng)合時(shí)代,商業(yè)模式為王。

大家心里都無(wú)比清楚,當(dāng)下視覺(jué)感知技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì),便是將AI算法和AI芯片直接植入攝像頭硬件前端,用以研發(fā)具有目標(biāo)檢測(cè)、分割與識(shí)別能力,甚至同時(shí)具有參數(shù)估計(jì)和行為意圖預(yù)測(cè)功能的人工智能攝像頭,來(lái)獲得更加安全和更精準(zhǔn)的感知性能,同時(shí)減少傳統(tǒng)攝像頭對(duì)傳輸帶寬和傳輸可靠性的要求。

遵循這一要義,國(guó)內(nèi)技術(shù)公司一部分轉(zhuǎn)為智能網(wǎng)聯(lián)或自動(dòng)駕駛綜合解決方案供應(yīng)商(Tier 1),通過(guò)收購(gòu)兼并等手段擴(kuò)充產(chǎn)線(xiàn),另一部分則選擇從出行服務(wù)下手,聚焦自主泊車(chē)等單點(diǎn)服務(wù),希望將技術(shù)方案打造成一條服務(wù)生態(tài)。

最多的還是延續(xù)自己的老本行。從某項(xiàng)核心技術(shù)產(chǎn)品突破,包括與英特爾一脈相承的嵌入式人工智能公司地平線(xiàn),或是直接與Mobileye對(duì)標(biāo),通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)完成一套可量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛解決方案。

在自動(dòng)駕駛新秀與產(chǎn)業(yè)鏈上下游的圍追堵截之下,Mobileye同樣也在謀劃自己的拓寬路徑,將視覺(jué)感知獲取的數(shù)據(jù)用于定位。作為自動(dòng)駕駛供應(yīng)商,該公司計(jì)劃以攝像頭數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過(guò)具備深度學(xué)習(xí)能力的圖像識(shí)別體系,構(gòu)建能夠優(yōu)化自動(dòng)駕駛決策的高精度地圖。

換句話(huà)說(shuō),就是讓攝像頭無(wú)限熟悉車(chē)輛行駛路徑,把無(wú)人車(chē)變成一位老司機(jī)。即便車(chē)道被遮擋,ADAS系統(tǒng)也可以根據(jù)這張“習(xí)慣地圖”操控車(chē)輛正常行駛。

與通過(guò)路測(cè)車(chē)隊(duì)不斷跑里程攢數(shù)據(jù)的方式相比,這種“輕地圖”的模式顯然更加務(wù)實(shí)。其更大的優(yōu)勢(shì)在于,傳感器只要按照標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議提供數(shù)據(jù)即可,而高精地圖圖商未來(lái)大概率還要面臨接口協(xié)議的問(wèn)題。

回到國(guó)內(nèi)市場(chǎng),不少初創(chuàng)企業(yè)同樣看到了這一契機(jī)。以國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛廠(chǎng)商Maxieye智駕科技為例,其芯片產(chǎn)品IFVS-400支持矢量化高精地圖創(chuàng)建,其中包括車(chē)道線(xiàn)地圖、交通標(biāo)志地圖、停止線(xiàn)地圖、斑馬線(xiàn)地圖等。為強(qiáng)化這部分業(yè)務(wù),Maxieye還在嘉興設(shè)立了一家子公司作為數(shù)據(jù)工廠(chǎng),為其提供數(shù)據(jù)支撐。整體數(shù)據(jù)分為兩部分:一部分用于深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練,另一部分則為道路數(shù)據(jù)。

區(qū)別于在云端進(jìn)行大數(shù)據(jù)匯總的地圖廠(chǎng)商,視覺(jué)感知企業(yè)更多強(qiáng)調(diào)的是對(duì)通過(guò)攝像頭采集的地圖數(shù)據(jù)在終端生成技術(shù)的質(zhì)量和精度,以保證高精地圖的實(shí)時(shí)更新。對(duì)于客戶(hù)而言,他們的地圖數(shù)據(jù)可以說(shuō)是智能駕駛產(chǎn)品的附加價(jià)值。這樣一個(gè)地圖計(jì)算引擎,成本是其最大的優(yōu)勢(shì)。

如今各大車(chē)企不再滿(mǎn)足于L3級(jí)之前的輔助駕駛,咆哮著展現(xiàn)自己無(wú)人駕駛的肌肉,迫不及待地駕駛著自家L4-L5級(jí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)“上路”。本就錯(cuò)過(guò)移動(dòng)浪潮的英特爾自然不會(huì)再由著Mobileye的性子,開(kāi)始逐步放開(kāi)自家技術(shù)體系,甚至考慮采用激光雷達(dá)作為安全冗余。

英特爾的邏輯其實(shí)十分具有代表性。

雖然視覺(jué)傳感器的發(fā)展已經(jīng)一路將其推上“感知能力最強(qiáng)元器件”的高度,但在大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士看來(lái),擁有足夠冗余的多傳感器融合才是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛落地的終極方案。

幾家典型企業(yè)的布局也力證了這一趨勢(shì)。“攝像頭鼻祖”Mobileye通過(guò)與英特爾體系的整合,于2018年調(diào)整了自家的視覺(jué)感知方案,在感知環(huán)節(jié)增強(qiáng)了冗余設(shè)計(jì),并為激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)留了接口。就連叫囂著“視覺(jué)為王”的特斯拉,也在A(yíng)utopilot 8.0系統(tǒng)的更新中開(kāi)始妥協(xié),削弱了圖像信息的權(quán)重,此前的主攝像頭和圖像處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)而向雷達(dá)探測(cè)傾斜,原先作為輔助傳感器的雷達(dá)成功上位,變?yōu)橹骺刂苽鞲衅鳎脕?lái)識(shí)別深度信息、進(jìn)行語(yǔ)義分割等等。多重算法跑通后,才能形成一個(gè)合理可靠的決策。

同樣來(lái)自硅谷的技術(shù)大牛Waymo則更加激進(jìn),當(dāng)意識(shí)到視覺(jué)系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)相對(duì)粗糙之后,他們決定親手打造一套自動(dòng)駕駛方案,要有攝像頭,也要有激光雷達(dá),后者價(jià)格昂貴,但能夠獲取更精確的駕駛數(shù)據(jù)來(lái)和其它傳感器抗衡。激光雷達(dá)老兵Velodyne去年表示,在擴(kuò)大產(chǎn)能后,產(chǎn)品價(jià)格有望降至50美元以下。屆時(shí),激光雷達(dá)探測(cè)周?chē)h(huán)境的精度優(yōu)勢(shì)無(wú)疑就能更好的發(fā)揮出來(lái),對(duì)當(dāng)下的視覺(jué)感知系統(tǒng)無(wú)疑將形成一股強(qiáng)勁的沖擊波。

總體而言,縱使攝像頭表現(xiàn)再優(yōu)秀,也無(wú)法取代其他傳感器的工作。其本身對(duì)于光線(xiàn)要求高、只能獲得2D平面數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理延遲、地面異形識(shí)別障礙、工作易受外部條件干擾等等缺陷,均需要毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等硬件補(bǔ)足。

自動(dòng)駕駛終局或折或遠(yuǎn),視覺(jué)感知技術(shù)也僅僅是破局的頭一道密碼。

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