自動(dòng)駕駛汽車(chē)市場(chǎng)現(xiàn)狀：光達(dá)仍然是最熱門(mén) - 全文

讓自動(dòng)駕駛汽車(chē)注意路況、看懂交通標(biāo)志、檢測(cè)對(duì)象并為其分類(lèi)、感知速度/軌跡以及其他車(chē)輛并不容易——更重要的是，它必須能自行在地圖上定位，才能確切地知道駕駛的目的地。

高度自動(dòng)化的車(chē)輛在追蹤周?chē)h(huán)境時(shí)，必須依靠很多傳感器，包括攝像頭、雷達(dá)、超聲波、GPS天線，以及利用光脈沖測(cè)距的光達(dá)(Lidar)組件。每一種傳感器都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

圖1：安裝在車(chē)輛上的一系列傳感器技術(shù)

視覺(jué)攝像頭　盲點(diǎn)檢測(cè)、側(cè)視(無(wú)后照鏡車(chē))、行車(chē)記錄儀、倒車(chē)輔助　立體攝像頭：識(shí)別LDWS與標(biāo)志的方向/距離　3D攝像頭　手勢(shì)識(shí)別　現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、駕駛監(jiān)測(cè)　夜視攝像頭　檢測(cè)行人/動(dòng)物　LIDAR　3D周?chē)貓D　超聲波　停車(chē)、行人＆障礙物檢測(cè)　航位推算傳感器　測(cè)距　短距離雷達(dá)　前&后煞車(chē)　長(zhǎng)距離雷達(dá)　自動(dòng)巡航控制

我們首先應(yīng)弄清楚如何最有效地填補(bǔ)傳感器固有的缺陷。第二步可能更為重要，即開(kāi)發(fā)最佳策略，將不同的數(shù)據(jù)流結(jié)合起來(lái)，使關(guān)鍵信息不至于遺失。每一種傳感器都以自身的畫(huà)面更新速率傳送數(shù)據(jù)已經(jīng)是個(gè)問(wèn)題，傳感器融合就更復(fù)雜了——因?yàn)橛行﹤鞲衅魈峁┰紨?shù)據(jù)，而其他傳感器則提供自己的對(duì)象數(shù)據(jù)答案。

2017年，我們看到了感知技術(shù)方面的一連串進(jìn)展。VSI Labs創(chuàng)辦人兼負(fù)責(zé)人Phil Magney表示：“感知是自動(dòng)駕駛汽車(chē)(AV)軟件堆棧的一個(gè)主要領(lǐng)域，而且在這方面還有很多創(chuàng)新?！?/p>

科技公司、一級(jí)供貨商和OEM一直急于取得自家公司缺乏或無(wú)法自主開(kāi)發(fā)的傳感器技術(shù)。同時(shí)，過(guò)去兩年來(lái)已經(jīng)出現(xiàn)了多家感知傳感器新創(chuàng)公司，其中有許多都關(guān)注尚處于萌芽階段的自動(dòng)駕駛汽車(chē)市場(chǎng)。

英特爾收購(gòu)Mobileye

2017年汽車(chē)行業(yè)最大的收購(gòu)交易是英特爾(Intel)以153億美元買(mǎi)下Mobileye。

由于Mobileye已經(jīng)在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的汽車(chē)視覺(jué)領(lǐng)域占據(jù)明顯的領(lǐng)先地位，收購(gòu)Mobileye之舉使得英特爾在自動(dòng)駕駛汽車(chē)競(jìng)賽中穩(wěn)居有利地位。

尤其是考慮到視覺(jué)是自動(dòng)駕駛汽車(chē)中唯一不可或缺的傳感器技術(shù)，這項(xiàng)收購(gòu)案顯得更重要。英特爾表示打算將Mobileye的“計(jì)算機(jī)視覺(jué)、傳感、融合、地圖建構(gòu)和駕駛策略”與英特爾的“開(kāi)放計(jì)算平臺(tái)”相結(jié)合。

Magney將攝像頭形容為“必備的傳感器”，他解釋說(shuō)，具有以高分辨率采集圖像的能力，才能讓攝像頭更有效地分類(lèi)對(duì)象?，F(xiàn)在的攝像頭還支持彩色顯示。那么弱點(diǎn)呢？Magney補(bǔ)充說(shuō)：“攝像頭的深度不如光達(dá)?！?br />

光達(dá)：最熱門(mén)的領(lǐng)域

在所有的傳感器技術(shù)中，光達(dá)是2017年交易量最大的市場(chǎng)。IHS Markit的汽車(chē)電子和半導(dǎo)體資深分析師Akhilesh Kona列舉去年的收購(gòu)案，如福特(Ford)收購(gòu)了Princeton Lightwave、通用汽車(chē)(General Motors；GM)收購(gòu)光達(dá)公司Strobe，以及Continental買(mǎi)下Advanced Scientific Concepts (ASC)的光達(dá)業(yè)務(wù)。

Magney則稱(chēng)光達(dá)“仍然是最熱門(mén)的領(lǐng)域”，部分原因是光達(dá)在自動(dòng)駕駛中有相當(dāng)多用途。他解釋?zhuān)案叨茸詣?dòng)化的車(chē)輛需要一個(gè)具有定位資產(chǎn)的基本地圖，對(duì)此沒(méi)有任何東西能夠取代光達(dá)。這是高端產(chǎn)品得以競(jìng)爭(zhēng)之處?！?/p>

光達(dá)市場(chǎng)之所以如此熱門(mén)也由于新的激光技術(shù)出現(xiàn)。據(jù)Kona表示，一種波長(zhǎng)高于1,400nm的新雷射發(fā)射技術(shù)正興起中。這種新的波長(zhǎng)可望為光達(dá)帶來(lái)更高分辨率和更遠(yuǎn)射程。他補(bǔ)充說(shuō)，Princeton Lightwave、Continental 和Luminar Technologies三家公司都在開(kāi)發(fā)這種新的激光技術(shù)。

圖2：不同類(lèi)型的光達(dá)技術(shù)比較

同時(shí)，供貨商也通過(guò)開(kāi)發(fā)各種光束控制技術(shù)，不斷改善光達(dá)的耐用性、尺寸和成本。這些技術(shù)既有機(jī)械式也有MEMS和固態(tài)光達(dá)。

據(jù)Magney介紹，機(jī)械式光達(dá)(如Velodyne 128信道的產(chǎn)品)由于能產(chǎn)生360度點(diǎn)云，非常適合建構(gòu)地圖。但是，對(duì)于部署量產(chǎn)車(chē)輛，基于固態(tài)組件——MEMS或光相位矩陣(OPA)的光達(dá)非常適合，它們也可以在其視野內(nèi)產(chǎn)生點(diǎn)云。

成本更低的閃存(flash)組件也開(kāi)始崛起。Magney指出，有些被設(shè)計(jì)成距離探測(cè)器，且成本低于100美元，但缺點(diǎn)是分辨率有限，無(wú)法對(duì)對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)。

毫米波雷達(dá)

當(dāng)光達(dá)大步前進(jìn)時(shí)，雷達(dá)也并未停下腳步。繼恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors)在2016年首次推出采用CMOS工藝技術(shù)的77GHz微型雷達(dá)芯片后，德州儀器(Texas Instruments；TI)也在去年進(jìn)軍毫米波(mmWave)雷達(dá)市場(chǎng)。該公司宣稱(chēng)如今擁有最小尺寸的CMOS傳感器產(chǎn)品組合。

TI汽車(chē)毫米波雷達(dá)傳感器整合RF與模擬功能以及數(shù)字控制于單一芯片中（來(lái)源：TI）

在雷達(dá)市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)在于尺寸和精確度。TI如今宣稱(chēng)可支持“小于4cm測(cè)距分辨率的高精度獨(dú)立傳感技術(shù)”。

Magney表示：“我們對(duì)雷達(dá)的進(jìn)展感到滿意。毫米波雷達(dá)正熱?！彼u(píng)論道：“雷達(dá)的分辨率越來(lái)越高，現(xiàn)在已能用于分類(lèi)物體，這是以前做不到的?！?/p>

然而，更好的分辨率需要更多信道，這意味著有更多數(shù)據(jù)需要處理。所以，Magney說(shuō)：“毫米波雷達(dá)需要有專(zhuān)門(mén)的處理器來(lái)處理這些數(shù)據(jù)，以及產(chǎn)生對(duì)象或點(diǎn)云?！贝送猓撩撞ɡ走_(dá)還需要開(kāi)發(fā)工具以打造應(yīng)用。否則，龐大的資料難以被理解。

雷達(dá)除了能全天候工作外，其他的評(píng)價(jià)一向不優(yōu)。傳統(tǒng)的車(chē)用雷達(dá)無(wú)法看到攝像頭或光達(dá)所能看到的物體。更具體地說(shuō)，雷達(dá)看不到遠(yuǎn)方的物體，也無(wú)法區(qū)別所看到的東西。它們的處理速度不足以達(dá)到行駛于高速公路的要求。

模擬波束成形

2017年1月成立的新創(chuàng)公司Metawave期望通過(guò)其開(kāi)發(fā)的模擬波束成形技術(shù)來(lái)改變現(xiàn)況。

Metawave采用PARC將超材料、雷達(dá)和天線商業(yè)化的獨(dú)家授權(quán)，在今年的CES展上推出該公司“完整雷達(dá)套件”的原型。該公司的超材料是布署在PCB上的小型軟件控制工程結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)據(jù)稱(chēng)能以特殊的方式控制電磁波束，這在以前通常只有在更大尺寸、更強(qiáng)大和成本更高的軍用系統(tǒng)中才能實(shí)現(xiàn)。

Metawave的模擬雷達(dá)技術(shù)基于電子可控天線，使用一根雙端口的天線：其中一個(gè)埠連接到Tx或Rx鏈路，另一個(gè)埠連接到MCU。MCU透過(guò)查找表(LUT)定義和控制天線的波束寬度和方向，從而使Metawave的模擬雷達(dá)實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)速度的掃描（來(lái)源：Metawave）

Metawave的雷達(dá)套件型兼容于各種雷達(dá)芯片。該公司宣稱(chēng)其基于超材料的模擬波束成形技術(shù)能精確地控制雷達(dá)波束，在不犧牲分辨率的情況下提升工作速度和SNR。

機(jī)器用成像數(shù)據(jù)

盡管Mobileye目前仍是汽車(chē)視覺(jué)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商，Magney認(rèn)為其他公司也正迎頭趕上。他說(shuō)：“任何人都可以獲得相同的成像器，打造適合于圖像識(shí)別的攝像頭。但問(wèn)題是你需要合適的處理器，以及緊密整合的算法?！?/p>

然而，“如今你可以從幾家芯片公司中選擇一款高性能視覺(jué)處理器，并套用自家的算法。或者，你可以用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)?！盡agney總結(jié)道：“目前，自動(dòng)駕駛汽車(chē)制造商已經(jīng)在攝像頭方面作了選擇。許多公司會(huì)將人工智能(AI)應(yīng)用于圖像中以取得結(jié)果?！?/p>

然后是總部位于巴黎的新創(chuàng)公司Chronocam。該公司的傳感器技術(shù)并非針對(duì)人類(lèi)應(yīng)用，而是為機(jī)器感知和檢測(cè)而打造的。Chronocam這款以事件為導(dǎo)向的傳感器技術(shù)還很新，尚未用于任何商用車(chē)，但已經(jīng)受到業(yè)界關(guān)注了；該公司期望該技術(shù)能徹底改變當(dāng)今CMOS圖像傳感器市場(chǎng)。例如，雷諾集團(tuán)(Groupe Renault)于2016年底與Chronocam達(dá)成了戰(zhàn)略發(fā)展協(xié)議。

正如Chronocam首席執(zhí)行官所指，英特爾、英偉達(dá)(Nvidia)等GPU/CPU巨擘仍在試著找出更準(zhǔn)確、更快速處理大量數(shù)據(jù)的最佳方式。然而，Chronocam專(zhuān)注的是為機(jī)器應(yīng)用簡(jiǎn)化和量身打造的成像數(shù)據(jù)采集。事件導(dǎo)向的傳感器目標(biāo)在于顯著減少數(shù)據(jù)負(fù)載，使車(chē)輛幾乎可以做出實(shí)時(shí)決策。

定位

讓汽車(chē)具有“自我意識(shí)”的第一步是建構(gòu)地圖，并實(shí)時(shí)匹配至車(chē)輛在預(yù)先制作的地圖上看到的內(nèi)容。然后，車(chē)輛可以對(duì)其位置進(jìn)行三角測(cè)量和定位。Magney強(qiáng)調(diào)：“車(chē)子必須確切知道要去哪里，才能發(fā)展出‘情境感知’?！?/p>

換句話說(shuō)，如果希望高度自動(dòng)化的車(chē)輛能準(zhǔn)確定位，就需要使用光達(dá)。Magney指出，它們需要一個(gè)具有定位功能的基本地圖。

不過(guò)，還有其他方法可以做到這一點(diǎn)。例如Nvidia DriveWorks SDK可實(shí)現(xiàn)基于圖像的定位。DriveWorks工具庫(kù)包括地圖定位、HD地圖接口以及自我運(yùn)動(dòng)(egomotion)等。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)是另一種選擇，Magney補(bǔ)充說(shuō)。RTK可增強(qiáng)來(lái)自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(如GPS、GLONASS、Galileo和北斗)的位置數(shù)據(jù)精確度。Magney說(shuō)：“在一般情況下可能運(yùn)氣不錯(cuò)，但在城市地區(qū)，由于RTK需要高度依賴(lài)衛(wèi)星，可能無(wú)法有效發(fā)揮作用。”

同時(shí)，英特爾/Mobileye正推廣其用于定位的道路體驗(yàn)管理(REM)技術(shù)。Mobileye希望利用基于攝像頭的ADAS系統(tǒng)普遍性，發(fā)揮群體力量實(shí)時(shí)建立并維護(hù)一個(gè)精確的環(huán)境地圖。