解析自動(dòng)駕駛感知技術(shù)的三大新范式

本文來(lái)源：智車(chē)科技

導(dǎo)讀

自動(dòng)駕駛傳感器配置需求隨著汽車(chē)智能化和電動(dòng)化的快速發(fā)展不斷增加。當(dāng)前的傳感器趨向于從探測(cè)范圍、探測(cè)精度、探測(cè)能力上進(jìn)行不斷優(yōu)化以便適應(yīng)更多的邊緣場(chǎng)景。使用更高級(jí)能力的傳感器到底能帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)，又能解決哪些問(wèn)題，如何對(duì)車(chē)身周?chē)膫鞲衅鬟M(jìn)行最優(yōu)化配置和選擇將是我們必須要面對(duì)的問(wèn)題?，F(xiàn)如今，越來(lái)越多的企業(yè)將目光鎖定到了感知的三大新范式之中，相較于傳統(tǒng)的感知方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足新一代自動(dòng)駕駛的技術(shù)需求，感知的技術(shù)革新也正走在路上。

01

4D毫米波雷達(dá)

為實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)檢測(cè)和定距巡航等功能而存在的傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)，已在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用多年，其所擁有的全天候全天時(shí)感知特性以及精準(zhǔn)測(cè)速特性，使得毫米波雷達(dá)成為汽車(chē)感知系統(tǒng)中重要的傳感器之一。

但由于傳統(tǒng)車(chē)載毫米波雷達(dá)測(cè)高能力不足，對(duì)于路邊低矮目標(biāo)、空中目標(biāo)以及路面靜態(tài)目標(biāo)的區(qū)分和識(shí)別存在較大局限性，整體輸出信息量與可見(jiàn)光攝像頭、激光雷達(dá)的信息輸出不在同一量級(jí)，所以在自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)中的參與度和置信度并不高，無(wú)法深度參與自動(dòng)駕駛感知過(guò)程。馬斯克就曾表示，攝像頭的信息量已經(jīng)比雷達(dá)高上幾個(gè)數(shù)量級(jí)，加入雷達(dá)的數(shù)據(jù)實(shí)際上降低了信噪比。

面對(duì)自動(dòng)駕駛對(duì)感知可靠性和安全性越來(lái)越高的要求，一種高信息質(zhì)量、高性?xún)r(jià)比的超高分辨率毫米波雷達(dá)為自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)創(chuàng)造出了新的想象空間，也就是近來(lái)備受產(chǎn)業(yè)關(guān)注和投資者青睞的“4D成像雷達(dá)”。

4D成像雷達(dá)全稱(chēng)為“4D毫米波成像雷達(dá)”，“4D”是相對(duì)于傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)（也即3D雷達(dá)）僅有距離（Range）、速度（Velocity）、方位角（Azimuth）三個(gè)維度的信息而言，增加了俯仰角度（Elevation）的信息感知能力，可對(duì)縱向目標(biāo)進(jìn)行高分辨率地識(shí)別；“成像”則類(lèi)似于激光雷達(dá)的點(diǎn)云成像效果，與傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)相比，4D成像雷達(dá)的射頻收發(fā)通道數(shù)量多出十倍以上，隨著俯仰角分辨率大大提高，能夠?qū)δ繕?biāo)和環(huán)境呈現(xiàn)出豐富的點(diǎn)云圖像以及距離、速度和角度信息。由于當(dāng)前業(yè)界對(duì)于4D成像雷達(dá)缺乏統(tǒng)一的定義，坊間經(jīng)常將“4D毫米波成像雷達(dá)”與“4D毫米波雷達(dá)”相混淆，但二者其實(shí)是兩種完全不同性質(zhì)的毫米波雷達(dá)。

4D毫米波雷達(dá)只是在傳統(tǒng)3D雷達(dá)的基礎(chǔ)上增加了俯仰角度的測(cè)量，俯仰向分辨能力較低，此時(shí)俯仰角度的信息測(cè)量誤差較大，因此通過(guò)角度信息計(jì)算出的高度信息精度依然不高。同時(shí)4D毫米波雷達(dá)相較于傳統(tǒng)3D雷達(dá)的輸出測(cè)量點(diǎn)僅僅只有少量增加，因此4D毫米波雷達(dá)本質(zhì)上仍屬于點(diǎn)跡雷達(dá)的范疇。而只有4D毫米波成像雷達(dá)真正完成了從點(diǎn)跡雷達(dá)向成像雷達(dá)的進(jìn)化。

02

高分辨率攝像頭

隨著整車(chē)E/E 架構(gòu)的演化趨勢(shì)，傳感ECU 也開(kāi)始由分布式向集中式進(jìn)行演變，其中的算力也不再向以前一樣由各分ECU來(lái)承擔(dān)，而是由中央處理器進(jìn)行集中式處理，這一過(guò)程中的計(jì)算機(jī)視覺(jué)及圖像處理則由中央域控制器進(jìn)行軟件集成，而攝像頭將只用于“圖像采集”的純sensor。

隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提升，對(duì)攝像頭的要求也越來(lái)越高，其中主要體現(xiàn)在對(duì)攝像頭的分辨率上，從最開(kāi)始30萬(wàn)像素實(shí)現(xiàn)基本的全景泊車(chē)升級(jí)到100多萬(wàn)像素實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)泊車(chē)，又發(fā)展到現(xiàn)在的200萬(wàn)像素實(shí)現(xiàn)基本的行車(chē)對(duì)中控制。并且隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別對(duì)于感知能力的進(jìn)一步提升需求以及市場(chǎng)需求的推動(dòng)，未來(lái)的高級(jí)別自動(dòng)駕駛車(chē)輛中都在規(guī)劃應(yīng)用800萬(wàn)級(jí)別的高清像素?cái)z像頭，用于對(duì)更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和監(jiān)測(cè)。從基礎(chǔ)能力上看，升級(jí)為800萬(wàn)攝像頭最大的挑戰(zhàn)在于其對(duì)感知算力的大幅提升。因此，類(lèi)似高清車(chē)載攝像頭需要有與高分辨率攝像頭相匹配的算法和測(cè)試能力。近段時(shí)間，百度更是計(jì)劃推出超1500萬(wàn)高像素車(chē)載攝像頭，據(jù)悉攝像頭的模組已經(jīng)完成初步設(shè)計(jì)，正在全速推進(jìn)開(kāi)發(fā)測(cè)試進(jìn)程，不久后將正式上市。

然而，攝像頭的分辨率也并不是越高越好，隨著分辨率的提升，對(duì)于高清攝像頭在帶寬、數(shù)據(jù)量等方面的需求也是呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)別的增長(zhǎng)，這就導(dǎo)致其對(duì)于周邊關(guān)聯(lián)部件和網(wǎng)絡(luò)的需求也呈現(xiàn)較高的能力需求。因此，對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行攝像頭方案選型時(shí)候需要在分辨率和探測(cè)效能上做一個(gè)權(quán)衡。

03

不容忽視的激光雷達(dá)

同樣是雷達(dá)，毫米波雷達(dá)的金屬反射電磁波性能遠(yuǎn)比人體要高，因此針對(duì)像自行車(chē)或行人這樣的反射物在距離檢測(cè)車(chē)輛1.5米時(shí)，普通采用3發(fā)4收單片3D毫米波雷達(dá)對(duì)自行車(chē)也幾乎只能檢測(cè)到一個(gè)點(diǎn)，甚至檢測(cè)不到。即便是成像毫米波雷達(dá)，對(duì)于行人、錐桶這類(lèi)物體也只是一個(gè)小點(diǎn)，普通雷達(dá)則完全檢測(cè)不到。從這一點(diǎn)上講，顯然成像毫米波雷達(dá)無(wú)法和激光雷達(dá)成像相提并論。激光雷達(dá)用于下一代自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以極大程度地提升其系統(tǒng)探測(cè)能力，已經(jīng)是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。這方面的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在其優(yōu)質(zhì)的探測(cè)能力可以解決很多當(dāng)前自動(dòng)駕駛系統(tǒng)無(wú)法解決的一些邊緣場(chǎng)景，包括車(chē)輛Cut-in、檢測(cè)車(chē)后突出物、道路中的異形物等。

其實(shí)，無(wú)論對(duì)于主機(jī)廠還是供應(yīng)商，對(duì)激光雷達(dá)的要求無(wú)非就是性能（包含測(cè)距能力、精度、視場(chǎng)角、分辨率、刷新幀率、體積、功耗等參數(shù)）、可靠性（運(yùn)行穩(wěn)定性、一致性、是否符合車(chē)規(guī)級(jí)別）和成本（設(shè)計(jì)成本、物料成本、生產(chǎn)成本）。

激光雷達(dá)的地位確立也不是順理成章的，也是不同技術(shù)路線博弈的結(jié)果?，F(xiàn)階段，激光雷達(dá)行業(yè)也是參差不齊的。不同的車(chē)企，其對(duì)激光雷達(dá)安裝的位置、激光雷達(dá)的顆數(shù)、掃描的方案、可以支撐的自動(dòng)駕駛級(jí)別都不同。不過(guò)，從形態(tài)的進(jìn)化來(lái)看，激光雷達(dá)從機(jī)械到半固態(tài)，再?gòu)陌牍虘B(tài)到全固態(tài)的發(fā)展方向倒是確定的。

從目前的市場(chǎng)形勢(shì)來(lái)看，雖然激光雷達(dá)的成本在1000美元左右甚至更貴，但是在汽車(chē)智能化“內(nèi)卷”的當(dāng)下，激光雷達(dá)已經(jīng)進(jìn)入普及。長(zhǎng)城沙龍機(jī)甲龍，甚至搭載了4顆來(lái)自華為的激光雷達(dá)。但是如果只是停留在L2L3級(jí)別，其實(shí)激光雷達(dá)還不能最大化地發(fā)揮其實(shí)際的價(jià)值。而越來(lái)越多的車(chē)企認(rèn)識(shí)到，想要實(shí)現(xiàn)真正的L4自動(dòng)駕駛，激光雷達(dá)是必不可少的傳感器之一。

04

總結(jié)

從自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的傳感器先進(jìn)性升級(jí)角度上看，將搭載高清攝像頭、優(yōu)質(zhì)的激光雷達(dá)、成像毫米波雷達(dá)來(lái)重點(diǎn)解決當(dāng)前自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可能遇到的各種邊緣場(chǎng)景問(wèn)題。其中，升級(jí)為4D毫米波雷達(dá)，算法便可更多考慮毫米波雷達(dá)的感知結(jié)果，從而以更高概率識(shí)別路面上的靜態(tài)障礙物，結(jié)合其高分辨率帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，可以更有效地解析目標(biāo)的輪廓、類(lèi)別、行為，進(jìn)而能知道在什么情況下必須剎車(chē)（避免漏剎）。視覺(jué)感知的挑戰(zhàn)在于，目標(biāo)障礙物必須經(jīng)過(guò)提前訓(xùn)練，而模型庫(kù)又不可能窮舉所有類(lèi)型，所以很多靜態(tài)障礙物成了“漏網(wǎng)之魚(yú)”，此外即使有模型庫(kù)，另一個(gè)挑戰(zhàn)在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能否正確識(shí)別出前方障礙物。因此，便經(jīng)常出現(xiàn)明明前方有障礙物、自動(dòng)駕駛汽車(chē)卻依然撞上去的結(jié)果。高清攝像頭正好從一定程度上可以解決部分該問(wèn)題，但是也要注意對(duì)攝像頭的選型需要遵循一定的原則。此外，從激光雷達(dá)的原理可以，激光雷達(dá)可以通過(guò)發(fā)射接收的點(diǎn)云自然的擬合出各種形狀的物體，但是，激光雷達(dá)的使用也是需要從成本、性能和功耗等各個(gè)角度統(tǒng)一考慮其搭載的可行性。

原文標(biāo)題:解析自動(dòng)駕駛感知技術(shù)的三大新范式