激光雷達(dá)加速自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展

　　身處人工智能的第三波浪潮，AI的概念如今已人盡皆知，并正向多領(lǐng)域加速滲透。不過，目前我們依舊處于弱人工智能階段，想要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)人工智能，物體識(shí)別升級(jí)為場(chǎng)景理解是關(guān)鍵，而實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景理解首先需要理解物體與物體之間的關(guān)系，比如最基本的三維空間關(guān)系。作為人工智能的重要應(yīng)用方向之一，近年來自動(dòng)駕駛汽車的遠(yuǎn)距離深度相機(jī)激光雷達(dá)作為汽車?yán)斫馊S空間的主流方案?jìng)涫苷J(rèn)可，不過激光雷達(dá)目前大且貴，這使得該技術(shù)的進(jìn)一步普及充滿挑戰(zhàn)。那么，如何才能破解這些難題，從而讓激光雷達(dá)更進(jìn)一步推動(dòng)汽車與人工智能之間的結(jié)合與發(fā)展呢?

　　深度相機(jī)實(shí)現(xiàn)物物關(guān)系理解 激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛中必不可少

　　人工智能從“弱”到“強(qiáng)”，最基本的是要理解三維空間關(guān)系，利用基于深度相機(jī)的視覺系統(tǒng)進(jìn)行視覺導(dǎo)航、識(shí)別外界的環(huán)境、規(guī)劃路徑、實(shí)現(xiàn)避障等工作，已經(jīng)成為包括自動(dòng)駕駛、AR/VR、機(jī)器人等人工智能領(lǐng)域公認(rèn)的解決方案。當(dāng)然，深度相機(jī)還分近距深度相機(jī)和遠(yuǎn)距深度相機(jī)，近距深度相機(jī)精度高，工作距離短，可用于工業(yè)檢測(cè)、無序分揀、人臉識(shí)別等。遠(yuǎn)距深度相機(jī)識(shí)別精度低，工作距離遠(yuǎn)，可用于手勢(shì)、動(dòng)作和姿態(tài)識(shí)別，無人駕駛避障、路徑規(guī)劃等，其中自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中常用的激光雷達(dá)就屬于遠(yuǎn)距深度相機(jī)。

　　在《第三屆智能硬件創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)互動(dòng)論壇 人工智能及3D視覺》上，深圳速騰聚創(chuàng)科技有限公司合伙人王嗣翔表示：“對(duì)于自動(dòng)駕駛的發(fā)展，業(yè)界普遍認(rèn)為需要激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等多傳感器的融合，攝像頭雖然在強(qiáng)光等環(huán)境下效果不佳，但憑借高性價(jià)比被廣泛應(yīng)用于汽車ADAS系統(tǒng)，激光雷達(dá)目前價(jià)格高，不過卻是自動(dòng)駕駛必不可少的傳感器?！?/p>

　　深圳速騰聚創(chuàng)科技有限公司合伙人王嗣翔

　　他進(jìn)一步表示，在自動(dòng)駕駛中，激光雷達(dá)可以發(fā)揮生成高精度地圖、實(shí)時(shí)定位、障礙物分類、動(dòng)態(tài)物體跟蹤、障礙物檢測(cè)等功能。具體來說，激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛中基于視覺SLAM地圖創(chuàng)建、定位的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、數(shù)據(jù)量少，并且定位及地圖創(chuàng)建精度高，唯一的缺點(diǎn)就是傳感器貴。基于激光雷達(dá)的障礙物檢測(cè)則具有不依賴光照、先定位后識(shí)別、單傳感器全視角、空間定位精度高、計(jì)算量小的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有識(shí)別粒度低的缺點(diǎn)。因此，自動(dòng)駕駛不僅離不開激光雷達(dá)，還需要多傳感器的融合、深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用來提升自動(dòng)駕駛的水平。但首先需要解決的就是成本問題。

　　破解成本及體積難題 算法開放及MEMS微振鏡共同發(fā)力

　　對(duì)于激光雷達(dá)成本的問題，從王嗣翔對(duì)激光雷達(dá)應(yīng)用的現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，他表示由于國(guó)內(nèi)的車廠大都買國(guó)外的產(chǎn)品，所以引發(fā)了缺貨問題。另外，由于國(guó)外激光雷達(dá)廠商賣硬件卻沒有提供算法，所以實(shí)際上并不能發(fā)揮激光雷達(dá)的真正威力。更重要的是，不同廠商為了激光雷達(dá)的算法重復(fù)搭平臺(tái)和組建團(tuán)隊(duì)，這種重復(fù)造輪子的方式也在一定程度上增加了激光雷達(dá)的成本及大量應(yīng)用的難度。

　　為解決這些難題，速騰聚創(chuàng)提出了普羅米修斯計(jì)劃，該計(jì)劃主要是為了避免重復(fù)造輪子，減輕各大廠商在應(yīng)用成本上的開支。王嗣翔說：“普羅米修斯計(jì)劃以‘負(fù)責(zé)、開放、共享’的態(tài)度，與奮斗在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的小伙伴攜手合作走上自動(dòng)駕駛快車道。激光雷達(dá)對(duì)車企來說是比較新的，組建新的團(tuán)隊(duì)不僅耗時(shí)而且需要花費(fèi)較多的成本，而我們?cè)谒惴ǚ矫嬗袑⒔甑姆e累，通過把算法的能力開放出來，與硬件結(jié)合，打包直接把系統(tǒng)給到車廠，他們就可以專注自己擅長(zhǎng)的部分，比如決策與控制?！?/p>

　　算法的開放并與硬件打包可以減少車企的重復(fù)投入進(jìn)而降低激光雷達(dá)的成本，從硬件的角度，MEMS微振鏡不僅能降低成本，還能減小激光雷達(dá)的體積。西安知微傳感市場(chǎng)負(fù)責(zé)人何偉同樣在會(huì)上表示：“激光雷達(dá)可分為機(jī)械掃描式，MEMS掃描式，F(xiàn)lash，OPA，其中機(jī)械式體積比較大。在被視為無人駕駛風(fēng)向標(biāo)的CES2018上，全球十余家參展的激光雷達(dá)廠商有半數(shù)推出了基于MEMS技術(shù)的新一代Lidar，其中包括Innoluce/Infineon，Aeye，LeddarTech，速騰聚創(chuàng)，Pioneer，INNOVIZ?！?/p>

　　西安知微傳感市場(chǎng)負(fù)責(zé)人何偉

　　可見，基于MEMS技術(shù)的激光雷達(dá)得到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，并且可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并推動(dòng)自動(dòng)駕駛向前發(fā)展。據(jù)了解，目前有1D MEMS和2D MEMS激光雷達(dá)，不過MEMS激光雷達(dá)都需要使用MEMS微振鏡作為脈沖激光的偏轉(zhuǎn)元件。至于什么是MEMS微振鏡?何偉解釋：“MEMS微振鏡即微型化的振鏡，鏡面工作時(shí)可以高速擺動(dòng)，可以把激光方向進(jìn)行掃描。振鏡按照不同的驅(qū)動(dòng)方式分為電磁、靜電以及電熱驅(qū)動(dòng)，我們做的是靜電驅(qū)動(dòng)，優(yōu)勢(shì)在于生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，不像電磁驅(qū)動(dòng)需要組裝，體積也是比較小，集成度也最高?！?還需要指出的是，MEMS振鏡芯片只有米粒大小，通過圓片級(jí)封裝采還能達(dá)到更高集成度實(shí)現(xiàn)更小體積，用MEMS微振鏡的激光雷達(dá)不僅相比傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)體積減少很多，成本也能夠得到降低。

　　那么1D和2D MEMS激光雷達(dá)誰能在汽車上得到普及?何偉說道：“MEMS激光雷達(dá)使用廣角接收，而2D MEMS微振鏡為了實(shí)現(xiàn)大角度掃描，振鏡工作在諧振狀態(tài)，按照李薩如掃描方式運(yùn)行，使用單點(diǎn)發(fā)射，陣列接收探測(cè)距離。單軸陣列使用線掃描，線通過單點(diǎn)打在振鏡上，振鏡在一個(gè)方向上做掃描，另一個(gè)方向用光學(xué)演示元件，然后把單點(diǎn)擴(kuò)成一個(gè)線，在空間上實(shí)現(xiàn)一個(gè)線的掃描。接收端用APD，比如現(xiàn)在已經(jīng)有64線APD，每個(gè)APD上都會(huì)成像，實(shí)現(xiàn)64線激光雷達(dá)。對(duì)比來說，2D與傳統(tǒng)的方案銜接比較容易，都是單點(diǎn)發(fā)射接收，線掃線接收在光學(xué)方面要求比較高，但單軸可靠性比雙軸更高，更容易通過車規(guī)認(rèn)證。舉例來說，我們首推的單軸方案頻率為1.2KHz，主要考慮到車規(guī)需要過2KHz隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試，靜電驅(qū)動(dòng)的MEMS微振鏡工作頻率頻率要達(dá)到兩倍2.4KHz才能引起共振。當(dāng)然，這個(gè)單軸掃描模組尺寸只比一個(gè)大拇指指關(guān)節(jié)稍大一點(diǎn)，視角可達(dá)到目前同類產(chǎn)品中比較大的80度?！?/p>

　　不難發(fā)現(xiàn)，雖然目前激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛汽車中存在著體積大、價(jià)格貴的大量應(yīng)用難題，但通過算法的開放降低重復(fù)開發(fā)無疑能促進(jìn)價(jià)格的下降，另外，得益于MEMS技術(shù)集成度高的優(yōu)勢(shì)解決了體積大的問題，同時(shí)還能幫助降低成本，因此MEMS激光雷達(dá)成了眾多廠商追捧的對(duì)象。我們有理由相信，隨著越來越多廠商的加入激光雷達(dá)市場(chǎng)以及單軸MEMS激光雷達(dá)的量產(chǎn)和應(yīng)用，不遠(yuǎn)的將來激光雷達(dá)也能夠在自動(dòng)駕駛汽車中大規(guī)模應(yīng)用，幫助汽車實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛，推動(dòng)自動(dòng)人工智能向強(qiáng)人工智能發(fā)展。