感知技術(shù)的融合與協(xié)同是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的前提

從技術(shù)角度講，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的基本原理可以分成“傳感器、數(shù)據(jù)融合、100%安全的決策”三個(gè)方面。智能感知是智能決策的前提，兩者互不可分。在自動(dòng)駕駛場(chǎng)景中，自適應(yīng)巡航、主動(dòng)剎車(chē)、車(chē)道保持等都是通過(guò)圖像傳感器、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等各種各樣的感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。

在感知層面，毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像頭被稱為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛技術(shù)的“三駕馬車(chē)”，每種感知設(shè)備都有各自的優(yōu)勢(shì)和局限，需要取長(zhǎng)補(bǔ)短，進(jìn)行組合，才得以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)身360度的無(wú)縫感知。

感知技術(shù)的融合方向

多個(gè)不同類(lèi)的感知設(shè)備可以獲得不同方位與類(lèi)別的信息，收集的不同信息之間可以相互補(bǔ)充，也可能會(huì)存在冗余與矛盾的情況，這就需要利用控制中心下達(dá)正確的指令，要求其對(duì)多個(gè)不同類(lèi)的感知設(shè)備收集到的信息進(jìn)行融合與綜合判斷。

在多個(gè)感知設(shè)備使用的情況下，進(jìn)行信息融合，是保證駕駛安全的前提。感知技術(shù)的融合可提高系統(tǒng)的冗余度與容錯(cuò)性，從而保證信息決策的快速與正確。當(dāng)然，最終要實(shí)現(xiàn)感知技術(shù)融合，需要硬件與軟件層面的相互配合。

感知技術(shù)融合在自動(dòng)駕駛汽車(chē)領(lǐng)域?qū)儆谝豁?xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)。從產(chǎn)業(yè)的角度來(lái)看，此前《麥姆斯咨詢》報(bào)道稱，傳感器融合系統(tǒng)需求預(yù)計(jì)將在未來(lái) 5 年內(nèi)以約 19.4% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模將在 2023 年達(dá)到 75.8 億美元。

以Google 的自動(dòng)駕駛汽車(chē) Google Car為例，就是使用了多種傳感設(shè)備采集感知環(huán)境信息進(jìn)行處理，并對(duì)車(chē)輛做出控制。作為最主要的器件，安裝在車(chē)頂?shù)腣elodyne Lidar公司生產(chǎn)的HDL-64E64線激光發(fā)射器，可以一邊旋轉(zhuǎn)一邊不間斷的發(fā)射64束最遠(yuǎn)射程可達(dá)120米的激光束，并接收反射回來(lái)的光束，依據(jù)返回時(shí)間的差別計(jì)算出物體與汽車(chē)之間的距離。從而繪制出汽車(chē)周?chē)鷮?shí)時(shí)的3D地形圖。

HDL-64E每秒可以為Google Car的處理器提供130萬(wàn)組數(shù)據(jù)，這可以保證提供給Google Car處理器的信息幾乎是實(shí)時(shí)的。Google Car會(huì)將收集到的數(shù)據(jù)與車(chē)體內(nèi)置的谷歌地圖已有的信息進(jìn)行整合，從而判斷出相當(dāng)精確的四周的狀況，為做出反應(yīng)打下良好基礎(chǔ)。

為了保證在復(fù)雜的駕駛環(huán)境下的安全性，Google Car還配備了一對(duì)向前的攝像頭，從兩個(gè)攝像頭傳回的畫(huà)面，可以幫助車(chē)輛判斷自身的位置、行進(jìn)的速度等信息。Google Car的車(chē)胎輪轂上同樣帶有位置傳感器，可用于探測(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，也能幫助車(chē)輛進(jìn)行定位。再與GPS得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，共同保證車(chē)輛定位的準(zhǔn)確性。

此外，攝像頭還可以辨識(shí)出路上出現(xiàn)的交通標(biāo)志和信號(hào)燈等物體，以保證自身的運(yùn)行會(huì)嚴(yán)格遵守交通規(guī)則。這點(diǎn)是激光發(fā)射器很難辦到的。

雖然HDL-64E具有一定的判斷物體運(yùn)動(dòng)軌跡和速度的能力，但是其獲得的數(shù)據(jù)并非實(shí)時(shí)性的。因此，Google為車(chē)輛前后方位都配備了車(chē)載雷達(dá)，它們可以很精確地測(cè)出前后車(chē)輛與Google Car的相對(duì)速度，以此判斷接下來(lái)應(yīng)作出的變化。

將所有感知設(shè)備的數(shù)據(jù)都會(huì)匯集起來(lái)并傳輸?shù)轿挥谄?chē)右后方的主處理器（AI處理器）進(jìn)行處理，所有的數(shù)據(jù)都是實(shí)時(shí)的，這要求Google Car的車(chē)載計(jì)算機(jī)具備強(qiáng)大的性能。處理器會(huì)參照各傳感器提供過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并繪制出一份最終的周邊環(huán)境地形圖。最終車(chē)內(nèi)的程序會(huì)對(duì)路況作出判斷，隨時(shí)根據(jù)道路情況決定汽車(chē)下一步的行動(dòng)。

軟、硬件協(xié)同的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)

感知技術(shù)融合的路線已成為主流，這也與車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)尚未大規(guī)模出現(xiàn)有關(guān)。具體到一些細(xì)節(jié)上，各廠商各有所長(zhǎng)，在搭載芯片、攝像頭以及高精地圖等方面各有側(cè)重。但無(wú)論是車(chē)企采取自主研發(fā)，又或是由供應(yīng)商提供技術(shù)支持，最終都是為了搶食自動(dòng)駕駛這塊大蛋糕。

在激光雷達(dá)方面，近日，據(jù)外媒報(bào)道，初創(chuàng)公司Voyant Photonics創(chuàng)造了一個(gè)能夠放置在大頭針上的激光雷達(dá)系統(tǒng)，更加緊湊的方式可大幅度節(jié)省空間，并且功耗也會(huì)更低。

Voyant開(kāi)創(chuàng)了一種將硅光電子用于激光雷達(dá)的技術(shù)，具體來(lái)看，其推出的“光學(xué)相控陣”，是通過(guò)改變穿過(guò)芯片的光的相位來(lái)回避該問(wèn)題，從而產(chǎn)生了一束強(qiáng)大的、人眼無(wú)法看到的光，可以在沒(méi)有任何移動(dòng)部件的高速環(huán)境中，掃描過(guò)大片區(qū)域，而且光是從一個(gè)比指甲尖還要小的芯片中發(fā)出來(lái)的。

據(jù)Voyant所說(shuō)，其推出的激光雷達(dá)系統(tǒng)解決了干擾問(wèn)題，還采用了調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)，能夠測(cè)量速度和距離，而且還將發(fā)射器與接收器結(jié)合在一起，非常緊湊。

月初，激光雷達(dá)感知系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商RoboSense與韓國(guó)汽車(chē)電子系統(tǒng)提供商ControlWorks宣布了一項(xiàng)合作，ControlWorks將把 RoboSense的激光雷達(dá)智能傳感器系統(tǒng)引入到韓國(guó)汽車(chē)制造商與一級(jí)供應(yīng)商體系。

近日，也有知情人士表示，蘋(píng)果公司已與至少四家公司進(jìn)行談判，該公司正在尋求比現(xiàn)有技術(shù)更小，更便宜，更容易批量生產(chǎn)的激光雷達(dá)裝置。據(jù)知情人士透露，除了評(píng)估潛在的外部供應(yīng)商之外，蘋(píng)果公司還被認(rèn)為正在開(kāi)發(fā)自己的內(nèi)置激光雷達(dá)傳感器。

另外一個(gè)趨勢(shì)，就是越來(lái)越多的激光雷達(dá)廠商積極涌入ADAS市場(chǎng)。比如美國(guó)激光雷達(dá)公司Velodyne推出的激光雷達(dá)軟件系統(tǒng) Vella主要配合 Velodyne 的固態(tài)激光雷達(dá) Velarray 使用，Velodyne曾表示，“相較于攝像頭+毫米波雷達(dá)系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)的 ADAS 性能將發(fā)生革命性變化。”

為了將激光雷達(dá)技術(shù)和高清地圖相結(jié)合研發(fā)更安全的ADAS系統(tǒng)，今年7月，Velodyne收購(gòu)了位于舊金山的高清地圖創(chuàng)業(yè)公司Mapper.ai的知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)，雙方將合作開(kāi)發(fā)更安全的ADAS系統(tǒng)。

Mapper.ai公司創(chuàng)建的高清（HD）地圖對(duì)于幫助自動(dòng)駕駛汽車(chē)（AV）安全運(yùn)行至關(guān)重要。該公司的高清地圖和定位技術(shù)將會(huì)促進(jìn)其Vella軟件開(kāi)發(fā)，幫助Vella軟件支持更先進(jìn)的ADAS技術(shù)，包括車(chē)道保持輔助（LKA），自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）和自適應(yīng)巡航控制（ACC）等。

今年 6 月，新一代激光雷達(dá)公司Luminar 推出了一個(gè)整合硬件和軟件的激光雷達(dá)平臺(tái) Iris（虹膜），這是Luminar 調(diào)動(dòng)了60 位軟件工程師進(jìn)行配合研發(fā)得到的成果。據(jù)了解，Luminar 的車(chē)載激光雷達(dá)和軟件將于 2022 年開(kāi)始大規(guī)模交付，其中新款激光雷達(dá)體積只有現(xiàn)在產(chǎn)品三分之一，而且能無(wú)縫整合進(jìn)量產(chǎn)車(chē)前格柵、車(chē)頂或車(chē)頭大燈中。

近期，Luminar獲投1億美元新投資，這筆資金到賬后，Luminar 的總?cè)谫Y額將達(dá) 2.5 億美元。資金落袋、藍(lán)圖已成，Luminar正在攻克現(xiàn)階段最關(guān)鍵的工作：使得新的小型化激光雷達(dá)達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí)別，同時(shí)滿足其它車(chē)輛的要求。

總結(jié)

感知技術(shù)融合軟硬件難以分離，其在硬件層面并不難實(shí)現(xiàn)，算法上的難點(diǎn)相對(duì)來(lái)說(shuō)更高。軟件、算法充當(dāng)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的“大腦”，擁有很高的技術(shù)壁壘，將占據(jù)價(jià)值鏈的主要部分。目前，除了特斯拉等極少數(shù)自主研發(fā)芯片的公司，想要做一個(gè)好的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，頭部公司仍應(yīng)加大對(duì)于平臺(tái)、算法和芯片等的研發(fā)力度。