自動駕駛需要傳感器融合:“攝像頭+雷達”vs“攝像頭+激光雷達”
發布時間:2019-01-03 責任編輯:wenwei
【導讀】據麥姆斯谘詢介紹,目前,對於科技公司和汽車廠商的高管和工程師來說,自動駕駛汽車(AV)技術及其發展路線圖上還有很多問題有待解決。其中,三個懸而未決的大問題正在突顯。
市場研究機構IHS Markit汽車信息娛樂和高級駕駛輔助係統(ADAS)研究總監Egil Juliussen列出了以下幾個將在2019年困擾汽車行業的“遺留問題”:
1. 我們是否真的需要激光雷達(LiDAR)?
2. 科技/汽車公司是否真的準備好一起合作追求“網絡效應”,以推動駕駛軟件的發展?
3. 業界能否解決Level 2級到Level 3級駕駛操控權的移交問題?
行業觀察家已經看到科技公司Tier 1和汽車OEM製造商之間興起的新一輪自動駕駛夥伴關係。有幾家公司正對Level 2級到Level 3級自動駕駛操控權的移交問題嚐試新技術,例如以色列ADAM公司,正在嚐試利用人工智能(AI)及算法助力其技術平台,以解決人、車駕駛操控權的移交問題。
對於自動駕駛汽車突然將控製權交回人類駕駛員時的手足無措困境,“預計下個月在拉斯維加斯舉辦的2019年消費電子展上,Tier 1和汽車OEM製造商對駕駛員監控係統的興趣會重新抬頭。”市場研究機構Semicast Research首席分析師Colin Barnden表示。
但是,ADAS汽車和自動駕駛汽車真的需要激光雷達嗎?Juliussen稱,“womenyijingtingdaohenduozheyangdeshichangyiwen,zhegeyiwenzaishuzichengxiangleidachuxianzhihouhuodelegengduoguanzhu,yinwei,shuzichengxiangleidaxiangbiguoqudechanpinkeyitigonggengduoxinxi。”他解釋道。
AEye融合“攝像頭+激光雷達”數據
在此背景下,位於美國加利福尼亞州普萊森頓的一家名為AEye的創業公司,近日宣布為ADAS和自動駕駛市場推出了首款商用產品“iDAR”,這是一款融合了高清攝像頭的固態激光雷達。
近一年來,自動駕駛汽車不一定需要激光雷達的聲音一直在科技界回響。這種思路確實很誘人,因為許多汽車OEM製造商都認為激光雷達太昂貴了,他們認為激光雷達技術距離實際應用還遠未成熟。
AEye從另一個角度進入了這場“激光雷達是否必要”的市場辯論。該創業公司認為,汽車OEM製造商不願意使用現有的激光雷達,除了成本問題,還因為他們目前的解決方案依賴於一係列獨立的傳感器,這些傳感器共同產生了海量數據。
AEye解釋說,“這需要漫長的處理時間和龐大的運算能力,通過較準、分析、校正、下采樣來收集和重組這些傳感器采集的數據,並將它們轉換為可用於安全引導車輛的可操作信息。”
但是,如果AEye以某種方式使用人工智能,僅對自動駕駛路徑規劃有意義的數據信息進行區分采集,而不是為每個像素分配相同的優先級呢?“正是這一初衷激發了AEye開發iDAR”AEye營銷副總裁Stephen Lambright解釋道。
事實上,AEye的iDAR“深根於最初為國防工業開發的技術,”Lambright表示。該創業公司首席執行官Luis Dussan之前曾致力於為戰鬥機設計監控、偵察和防禦係統。他創建了AEye公司,“以為自動駕駛汽車提供軍用級別的性能。”
據Lambright稱,驅動iDAR開發的是“首席執行官Dussan在軍用飛機感知係統中學到的三個原則”, 1)永遠不錯過任何信息;2)所有物體對象不是平等的,需要給予不同的權重;3)實時處理。
簡而言之,iDAR的目標是開發一種“無需浪費計算周期”的傳感器融合係統。iDAR的構建模塊包括1550nm固態MEMS激光雷達,低光照高清攝像頭和嵌入式AI。該係統旨在整合2D攝像頭“像素”(RGB)和3D激光雷達數據“體素”(XYZ),以提供“一種新的實時傳感器數據”為自動駕駛路徑規劃係統提供更快速、更準確、更長距離、更智能的信息。
值得注意的是,AEye的iDAR提供的不是各自獨立的攝像頭和激光雷達係統的掃描後融合。而是通過開發人工智能感知係統,iDAR將固態激光雷達與高分辨率攝像頭進行物理融合,創建了一種被稱為動態像素的新數據類型。通過捕捉x、y、z、R、G、B數據,這種動態像素“仿生”了人類視覺皮層的數據結構。
整合片上係統(SoC)
近日發布的新型iDAR係統AE110是AEye公司的第四代原型產品。據Ratnam介紹,“該係統中包含一個基於賽靈思(Xilinx)Zynq SoC的整合SoC。Zynq將基於ARM的處理器與FPGA集成在一起,旨在實現關鍵分析和硬件加速,同時在一個器件上集成了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。”

“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”整合傳感器係統,而一些高精度毫米波(mmWave)雷達芯片開發商則推崇“攝像頭+雷達”解決方案。
科技行業研究機構Linley Group的高級分析師Mike Demler稱,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“並不是唯一一家這樣做的公司”。Demler指出,大陸集團(Continental)也在銷售“攝像頭+激光雷達”的組合單元。但據推測,大陸集團是將兩個獨立傳感器的數據進行預處理後再進行整合。
正如Demler所看到的那樣,AEye解決方案的優勢在於“傳感器融合軟件”。實質上,“將攝像頭/激光雷達傳感器作為一個集成單元進行處理,可以加速識別目標區域,”Demler指出,“除此之外,兩個傳感器的各自優缺點仍然保留。”
Demler表示,AEye采用了MEMS激光雷達,但並沒有公開透露其空間分辨率。他推測,跟Velodyne等機械掃描激光雷達相比,這可能是AEye的一個弱項。“攝she像xiang頭tou傳chuan感gan器qi具ju有you相xiang對dui最zui高gao的de分fen辨bian率lv,但dan它ta無wu法fa應ying對dui極ji其qi明ming亮liang或huo黑hei暗an的de場chang景jing,並bing且qie仍reng然ran會hui受shou到dao可ke能neng阻zu擋dang鏡jing頭tou的de汙wu垢gou和he沉chen積ji物wu的de影ying響xiang。因yin此ci,不bu能neng單dan獨du依yi靠kao攝she像xiang頭tou來lai獲huo得de空kong間jian分fen辨bian率lv。同tong樣yang地di,激ji光guang雷lei達da在zai降jiang雨yu時shi性xing能neng表biao現xian也ye不bu如ru雷lei達da,所suo以yi在zai這zhe些xie條tiao件jian下xia不bu能neng單dan獨du依yi靠kao激ji光guang雷lei達da進jin行xing物wu體ti探tan測ce,並bing且qie,大da多duo數shu激ji光guang雷lei達da都dou不bu能neng測ce量liang物wu體ti的de移yi動dong速su度du。”
真正的邊緣融合
談及AEye,據VSI Labs創始人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於它將攝像頭和激光雷達耦合了在一起,並在中央計算機攝入整合數據之前,對兩個傳感器數據進行融合。”他認為,“這zhe是shi真zhen正zheng的de邊bian緣yuan融rong合he,因yin為wei設she備bei在zai對dui采cai集ji的de數shu據ju進jin行xing任ren何he分fen類lei之zhi前qian,融rong合he了le攝she像xiang頭tou數shu據ju和he激ji光guang雷lei達da原yuan始shi數shu據ju。我wo們men還hai認ren識shi到dao,其qi設she備bei有you能neng力li聚ju焦jiao目mu標biao主zhu題ti,而er不bu需xu要yao處chu理li整zheng個ge點dian雲yun場chang景jing。”
此外,Magney還承認,AEye的iDAR設備“由於擁有融合的攝像頭數據,因此具有更好的目標分類潛力。”他指出,“iDAR正在開發適用於融合數據集的分類算法。”
理論上,AEye所謂的動態像素創建的內容“比攝像頭或激光雷達各自產生的內容更豐富”,Magney說。但他也提出“基ji本ben上shang每mei個ge像xiang素su都dou有you一yi個ge點dian,每mei個ge點dian都dou有you一yi個ge像xiang素su,但dan需xu要yao注zhu意yi的de是shi攝she像xiang頭tou的de分fen辨bian率lv要yao遠yuan高gao於yu激ji光guang雷lei達da,因yin此ci像xiang素su與yu點dian的de比bi例li不bu是shi一yi對dui一yi的de。”
Magney承認,“當把iDAR與雷達放在一起比較時,確實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。”
他指出,“如果iDAR激ji光guang雷lei達da的de深shen度du感gan知zhi能neng力li可ke以yi給gei你ni足zu夠gou的de信xin心xin,並bing且qie又you能neng夠gou跟gen蹤zong目mu標biao的de速su度du信xin息xi,那na麼me完wan全quan可ke能neng放fang棄qi雷lei達da。值zhi得de一yi提ti的de是shi,與yu大da多duo數shu商shang用yong激ji光guang雷lei達da產chan品pin相xiang比bi,iDAR的掃描速度是其兩倍(100赫茲),這是其另一個優勢。”
另一方麵,在完全自動駕駛汽車實現之前,會有越來越多配備ADAS功能的汽車推出,雷達似乎在ADAS市場比激光雷達(或iDAR)更占優勢。
“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駕駛,也需要安全係統運行,”Magney說,“但(dan)雷(lei)達(da)本(ben)身(shen)在(zai)物(wu)體(ti)分(fen)類(lei)方(fang)麵(mian)仍(reng)然(ran)受(shou)到(dao)限(xian)製(zhi)。這(zhe)是(shi)由(you)雷(lei)達(da)設(she)備(bei)的(de)硬(ying)件(jian)決(jue)定(ding)的(de)。我(wo)們(men)知(zhi)道(dao)雷(lei)達(da)在(zai)分(fen)類(lei)方(fang)麵(mian)正(zheng)在(zai)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)好(hao),並(bing)且(qie)相(xiang)關(guan)廠(chang)商(shang)聲(sheng)稱(cheng)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)更(geng)豐(feng)富(fu)的(de)功(gong)能(neng)。一(yi)些(xie)雷(lei)達(da)創(chuang)業(ye)公(gong)司(si)也(ye)提(ti)出(chu)了(le)非(fei)常(chang)吸(xi)引(yin)眼(yan)球(qiu)的(de)方(fang)案(an)。”
VSI近期在AEye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,其掃描速率達到了100赫茲。
“我們沒有驗證這種傳感器能否帶來更好的性能或安全性,但我們證明它確實有足夠的性能和智能來識別1000米處的物體。”他補充說。
在Demler看來,AEye的iDAR並沒有取代雷達。德州儀器(TI)的mmWave成像雷達也並沒有取代激光雷達,Demler解釋說,“大多數自動駕駛開發商都使用了這三種傳感技術,當然,事實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。”
Demler說:“自動駕駛的安全性需要傳感器冗餘支持,並且需要多種傳感器共同完成,因為沒有一種類型的傳感器可以在所有條件下發揮最佳性能。”
產業鏈巨頭看好,Aeye累計完成6000萬美元融資
近日,AEye還披露了其二次B輪融資,這使公司的總融資額超過了6000萬美元。
AEye表示其B輪投資方包括汽車OEM製造商、Tier 1和Tier 2廠商,以及戰略投資者海拉(Hella Ventures)、斯巴魯(Subaru-SBI)創新基金、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合作夥伴來提高iDAR產量並降低單位成本。Lambright估計到2021年iDAR的初步單位成本將降到1000美元以下。
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