激光雷達加速自動(dòng)駕駛汽車(chē)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(guò)，目前我們依舊處于弱人工智能階段，想要實(shí)現強人工智能，物體識別升級為場(chǎng)景理解是關(guān)鍵，而實(shí)現場(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用方向之一，近年來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的遠距離深度相機激光雷達作為汽車(chē)理解三維空間的主流方案備受認可，不過(guò)激光雷達目前大且貴，這使得該技術(shù)的進(jìn)一步普及充滿(mǎn)挑戰。那么，如何才能破解這些難題，從而讓激光雷達更進(jìn)一步推動(dòng)汽車(chē)與人工智能之間的結合與發(fā)展呢?

　　深度相機實(shí)現物物關(guān)系理解 激光雷達在自動(dòng)駕駛中必不可少

　　人工智能從“弱”到“強”，最基本的是要理解三維空間關(guān)系，利用基于深度相機的視覺(jué)系統進(jìn)行視覺(jué)導航、識別外界的環(huán)境、規劃路徑、實(shí)現避障等工作，已經(jīng)成為包括自動(dòng)駕駛、AR/VR、機器人等人工智能領(lǐng)域公認的解決方案。當然，深度相機還分近距深度相機和遠距深度相機，近距深度相機精度高，工作距離短，可用于工業(yè)檢測、無(wú)序分揀、人臉識別等。遠距深度相機識別精度低，工作距離遠，可用于手勢、動(dòng)作和姿態(tài)識別，無(wú)人駕駛避障、路徑規劃等，其中自動(dòng)駕駛系統中常用的激光雷達就屬于遠距深度相機。

　　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(jué)》上，深圳速騰聚創(chuàng )科技有限公司合伙人王嗣翔表示：“對于自動(dòng)駕駛的發(fā)展，業(yè)界普遍認為需要激光雷達、毫米波雷達、攝像頭等多傳感器的融合，攝像頭雖然在強光等環(huán)境下效果不佳，但憑借高性?xún)r(jià)比被廣泛應用于汽車(chē)ADAS系統，激光雷達目前價(jià)格高，不過(guò)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，激光雷達可以發(fā)揮生成高精度地圖、實(shí)時(shí)定位、障礙物分類(lèi)、動(dòng)態(tài)物體跟蹤、障礙物檢測等功能。具體來(lái)說(shuō)，激光雷達在自動(dòng)駕駛中基于視覺(jué)SLAM地圖創(chuàng )建、定位的優(yōu)點(diǎn)是穩定、數據量少，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?；诩す饫走_的障礙物檢測則具有不依賴(lài)光照、先定位后識別、單傳感器全視角、空間定位精度高、計算量小的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有識別粒度低的缺點(diǎn)。因此，自動(dòng)駕駛不僅離不開(kāi)激光雷達，還需要多傳感器的融合、深度學(xué)習的應用來(lái)提升自動(dòng)駕駛的水平。但首先需要解決的就是成本問(wèn)題。

　　破解成本及體積難題 算法開(kāi)放及MEMS微振鏡共同發(fā)力

　　對于激光雷達成本的問(wèn)題，從王嗣翔對激光雷達應用的現狀可以發(fā)現，他表示由于國內的車(chē)廠(chǎng)大都買(mǎi)國外的產(chǎn)品，所以引發(fā)了缺貨問(wèn)題。另外，由于國外激光雷達廠(chǎng)商賣(mài)硬件卻沒(méi)有提供算法，所以實(shí)際上并不能發(fā)揮激光雷達的真正威力。更重要的是，不同廠(chǎng)商為了激光雷達的算法重復搭平臺和組建團隊，這種重復造輪子的方式也在一定程度上增加了激光雷達的成本及大量應用的難度。

　　為解決這些難題，速騰聚創(chuàng )提出了普羅米修斯計劃，該計劃主要是為了避免重復造輪子，減輕各大廠(chǎng)商在應用成本上的開(kāi)支。王嗣翔說(shuō)：“普羅米修斯計劃以‘負責、開(kāi)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(chē)道。激光雷達對車(chē)企來(lái)說(shuō)是比較新的，組建新的團隊不僅耗時(shí)而且需要花費較多的成本，而我們在算法方面有將近十年的積累，通過(guò)把算法的能力開(kāi)放出來(lái)，與硬件結合，打包直接把系統給到車(chē)廠(chǎng)，他們就可以專(zhuān)注自己擅長(cháng)的部分，比如決策與控制?！?/p>

　　算法的開(kāi)放并與硬件打包可以減少車(chē)企的重復投入進(jìn)而降低激光雷達的成本，從硬件的角度，MEMS微振鏡不僅能降低成本，還能減小激光雷達的體積。西安知微傳感市場(chǎng)負責人何偉同樣在會(huì )上表示：“激光雷達可分為機械掃描式，MEMS掃描式，Flash，OPA，其中機械式體積比較大。在被視為無(wú)人駕駛風(fēng)向標的CES2018上，全球十余家參展的激光雷達廠(chǎng)商有半數推出了基于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)負責人何偉

　　可見(jiàn)，基于MEMS技術(shù)的激光雷達得到了業(yè)內的認可，并且可以在短時(shí)間內實(shí)現產(chǎn)業(yè)化并推動(dòng)自動(dòng)駕駛向前發(fā)展。據了解，目前有1D MEMS和2D MEMS激光雷達，不過(guò)MEMS激光雷達都需要使用MEMS微振鏡作為脈沖激光的偏轉元件。至于什么是MEMS微振鏡?何偉解釋?zhuān)骸癕EMS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。振鏡按照不同的驅動(dòng)方式分為電磁、靜電以及電熱驅動(dòng)，我們做的是靜電驅動(dòng)，優(yōu)勢在于生產(chǎn)工藝相對簡(jiǎn)單，不像電磁驅動(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(guò)圓片級封裝采還能達到更高集成度實(shí)現更小體積，用MEMS微振鏡的激光雷達不僅相比傳統機械式激光雷達體積減少很多，成本也能夠得到降低。

　　那么1D和2D MEMS激光雷達誰(shuí)能在汽車(chē)上得到普及?何偉說(shuō)道：“MEMS激光雷達使用廣角接收，而2D MEMS微振鏡為了實(shí)現大角度掃描，振鏡工作在諧振狀態(tài)，按照李薩如掃描方式運行，使用單點(diǎn)發(fā)射，陣列接收探測距離。單軸陣列使用線(xiàn)掃描，線(xiàn)通過(guò)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)擴成一個(gè)線(xiàn)，在空間上實(shí)現一個(gè)線(xiàn)的掃描。接收端用APD，比如現在已經(jīng)有64線(xiàn)APD，每個(gè)APD上都會(huì )成像，實(shí)現64線(xiàn)激光雷達。對比來(lái)說(shuō)，2D與傳統的方案銜接比較容易，都是單點(diǎn)發(fā)射接收，線(xiàn)掃線(xiàn)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(guò)車(chē)規認證。舉例來(lái)說(shuō)，我們首推的單軸方案頻率為1.2KHz，主要考慮到車(chē)規需要過(guò)2KHz隨機振動(dòng)測試，靜電驅動(dòng)的MEMS微振鏡工作頻率頻率要達到兩倍2.4KHz才能引起共振。當然，這個(gè)單軸掃描模組尺寸只比一個(gè)大拇指指關(guān)節稍大一點(diǎn)，視角可達到目前同類(lèi)產(chǎn)品中比較大的80度?！?/p>

　　不難發(fā)現，雖然目前激光雷達在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中存在著(zhù)體積大、價(jià)格貴的大量應用難題，但通過(guò)算法的開(kāi)放降低重復開(kāi)發(fā)無(wú)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)勢解決了體積大的問(wèn)題，同時(shí)還能幫助降低成本，因此MEMS激光雷達成了眾多廠(chǎng)商追捧的對象。我們有理由相信，隨著(zhù)越來(lái)越多廠(chǎng)商的加入激光雷達市場(chǎng)以及單軸MEMS激光雷達的量產(chǎn)和應用，不遠的將來(lái)激光雷達也能夠在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中大規模應用，幫助汽車(chē)實(shí)現更高級別的自動(dòng)駕駛，推動(dòng)自動(dòng)人工智能向強人工智能發(fā)展。