今日的科技與汽車產(chǎn)業(yè)高層及工程師們，對(duì)于如何趕上自動(dòng)駕駛車輛(automated vehicles，AV)的技術(shù)與商業(yè)發(fā)展藍(lán)圖都有許多疑問(wèn)；而根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS Markit的車用資通訊娛樂(lè)系統(tǒng)與先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)研究總監(jiān)Egil Juliussen表示，其中有三個(gè)最大的問(wèn)題會(huì)是汽車產(chǎn)業(yè)界在2019年特別急切想知道答案的：

●我們需要激光雷達(dá)(lidar)嗎？

●科技與汽車產(chǎn)業(yè)真的準(zhǔn)備好合作追求“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”(network effect)以實(shí)現(xiàn)駕駛軟件的演進(jìn)？

●產(chǎn)業(yè)界將解決L2與L3自動(dòng)駕駛車輛的控制權(quán)換手(handover)問(wèn)題嗎？

產(chǎn)業(yè)界肯定會(huì)看到科技業(yè)者、第一線汽車零組件供貨商(Tier One)以及車廠之間，在自駕車方面的新一波合作；還有數(shù)家公司正在嘗試新技術(shù)，例如自適應(yīng)駕駛?cè)俗⒁饬芾?adaptive driver attention management，ADAM)平臺(tái)，以解決L2與L3自駕車的控制權(quán)換手問(wèn)題。

有鑒于當(dāng)機(jī)器突然將車輛控制權(quán)交回給人類駕駛員，可能出現(xiàn)難以想象的兩難困境；因此市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Semicast Research首席分析師Colin Barnden接受EE Times訪問(wèn)時(shí)表示：“預(yù)期在即將于美國(guó)拉斯韋加斯舉行的2019年度國(guó)際消費(fèi)性電子展(CES)上，會(huì)看到Tier One與車廠重燃對(duì)駕駛?cè)吮O(jiān)視系統(tǒng)的興趣?！?/p>

不過(guò)，配備了ADAS的車輛與自駕車真的都需要激光雷達(dá)嗎？對(duì)此IHS Markit的Juliussen告訴EE Times：“我們將開(kāi)始聽(tīng)到更多相關(guān)討論；”他解釋，會(huì)出現(xiàn)以上的疑問(wèn)是因?yàn)閿?shù)字成像雷達(dá)(digital imaging radar)的崛起：“這類技術(shù)能比以往做的更多?！?/p>

自駕車不需要激光雷達(dá)的這個(gè)想法已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)界討論了近一年；這個(gè)提議很誘人，因?yàn)槎鄶?shù)車廠都認(rèn)為激光雷達(dá)太昂貴，也同意激光雷達(dá)技術(shù)仍有許多待克服的挑戰(zhàn)。而雖然沒(méi)有人指出“無(wú)激光雷達(dá)的未來(lái)”近在眼前，但有許多成像雷達(dá)技術(shù)供貨商將之視為潛在目標(biāo)之一；例如恩智浦(NXP Semiconductors)技術(shù)長(zhǎng)Lars Reger就曾表示，該公司期望證明這是可行方案。

融合激光雷達(dá)與攝影機(jī)的解決方案

一家總部位于美國(guó)加州Pleasanton的新創(chuàng)公司AEye，則是在不久前宣布推出第一款商用產(chǎn)品“iDAR”；這是一款與高分辨率攝影機(jī)融合的固態(tài)激光雷達(dá)(solid-state lidar)，鎖定ADAS與自駕車應(yīng)用市場(chǎng)。AEye相信，車廠并不情愿采用現(xiàn)有的激光雷達(dá)技術(shù)，因?yàn)樗鼈兡壳暗慕鉀Q方案仰賴一系列共同產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)的獨(dú)立傳感器，

AEye表示：“這種方式需要漫長(zhǎng)的處理時(shí)間以及大量運(yùn)算能力來(lái)收集、組合數(shù)據(jù)集，經(jīng)過(guò)排列、分析、校正、壓縮采樣等程序，將之轉(zhuǎn)譯為能用以安全導(dǎo)引車輛的可執(zhí)行信息；”而該公司的想法是，僅根據(jù)對(duì)于自駕車路徑規(guī)劃是否有用，利用人工智能(AI)有差別地收集數(shù)據(jù)，而不是把所有收集到的數(shù)據(jù)以相同的優(yōu)先級(jí)排列。

AEye營(yíng)銷副總裁Stephen Lambright在接受EE Times訪問(wèn)時(shí)表示，就是以上想法鼓勵(lì)該公司開(kāi)發(fā)出iDAR；而實(shí)際上iDAR是深植于最初為了國(guó)防產(chǎn)業(yè)所開(kāi)發(fā)的技術(shù)。AEye執(zhí)行長(zhǎng)Luis Dussan過(guò)去專精于為戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)監(jiān)控、偵查與防御系統(tǒng)，他成立這家公司的目的是“為自動(dòng)駕駛車輛提供軍用等級(jí)的性能。”

Lambright指出，AEye開(kāi)發(fā)iDAR是根據(jù)Dussan從塑造軍機(jī)感知系統(tǒng)學(xué)到的三個(gè)原則：1. 絕不錯(cuò)過(guò)任何東西；2. 了解各種物體并不平等，需要不同等級(jí)的注意力；3. 實(shí)時(shí)處理任何事情。AEye的產(chǎn)品部門副總裁Aravind Ratnam表示，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，iDAR的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)“不需要浪費(fèi)運(yùn)算周期”的傳感器融合系統(tǒng)。

iDAR的功能區(qū)塊包括1550奈米的固態(tài)MEMS激光雷達(dá)、低光線HD攝影機(jī)以及嵌入式AI；Ratnam指出，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是“結(jié)合”2D攝影機(jī)的像素(pixels，RGB)以及3D激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的立體像素(voxels，XYZ)，提供一種“新的實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)型態(tài)”，以達(dá)到更高精確度、更長(zhǎng)的傳輸距離，還有比自駕車路經(jīng)規(guī)劃系統(tǒng)速度更快的、更多智能的信息。

值得注意的是，AEye的iDAR提供的不是獨(dú)立攝影機(jī)與激光雷達(dá)系統(tǒng)的掃描后融合，而是藉由開(kāi)發(fā)AI感知系統(tǒng)，將固態(tài)激光雷達(dá)與高分辨率攝影機(jī)實(shí)質(zhì)融合；該公司解釋，其iDAR“建立了一種稱為動(dòng)態(tài)立體像素(dynamic vixels)的數(shù)據(jù)新型態(tài)”，透過(guò)擷取X、Y、Z與R、G、B數(shù)據(jù)，這種動(dòng)態(tài)立體像素號(hào)稱是模仿了人類大腦視覺(jué)皮層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

最新的iDAR系統(tǒng)AE110在2018年12月發(fā)表，是第四代原型；Ratnam表示，該系統(tǒng)包括一個(gè)以Xilinx的Zynq系列SoC為基礎(chǔ)的“組合器”(combiner)單芯片，內(nèi)建Arm處理器核心。他并指出，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)宗旨是支持關(guān)鍵分析與硬件加速功能，并在單一袁建中整合CPU、DSP、ASSP與混合訊號(hào)功能；AEye打算在2019年自行設(shè)計(jì)該組合器單芯片ASIC。

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AEye的iDAR系統(tǒng)AE110功能區(qū)塊圖（來(lái)源：AEye）

“機(jī)器視覺(jué)+雷達(dá)”還是“機(jī)器視覺(jué)+激光雷達(dá)”？

在AEye推銷其結(jié)合機(jī)器視覺(jué)與激光雷達(dá)之傳感器系統(tǒng)的同時(shí)，有幾家高精確度毫米波雷達(dá)(mmWave radar)芯片開(kāi)發(fā)商則是提倡“機(jī)器視覺(jué)結(jié)合雷達(dá)”的解決方案。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Linley Group資深分析師Mike Demler認(rèn)為，AEye將攝影機(jī)與激光雷達(dá)融合“是有趣的方法，或許會(huì)有一些獨(dú)特的功能；”但他也指出，AEye并非唯一提出該類解決方案的公司。

Demler表示，Tier One業(yè)者Continental也有賣結(jié)合攝影機(jī)與激光雷達(dá)的系統(tǒng)，不過(guò)可能是預(yù)先處理之后才結(jié)合來(lái)自兩個(gè)獨(dú)立傳感器的數(shù)據(jù)；在他看來(lái)，AEye的方案優(yōu)勢(shì)會(huì)在于“傳感器融合軟件”，因?yàn)樵诒举|(zhì)上，“將攝影機(jī)/激光雷達(dá)影像傳感器視為整合裝置，正如他們所聲稱，有可能會(huì)加速對(duì)感興趣區(qū)域的識(shí)別?！?/p>

但是除此之外，兩種傳感器的所有優(yōu)缺點(diǎn)仍然存在。Demler指出，AEye采用MEMS激光雷達(dá)，卻似乎未透露其空間分辨率；他猜測(cè)，與像是Velodyne的掃描激光雷達(dá)相比較，這可能會(huì)是一個(gè)缺點(diǎn)：“攝影機(jī)傳感器就算擁有最高分辨率，也無(wú)法處理特別亮或是特別暗的場(chǎng)景，而且也可能受到阻擋鏡頭的塵土或降雨/雪的限制。同樣的，激光雷達(dá)在降雨/雪中的菜單現(xiàn)也不如雷達(dá)，因此你會(huì)無(wú)法仰賴它來(lái)偵測(cè)物體，而且大多數(shù)的激光雷達(dá)無(wú)法量測(cè)速度?！?/p>

在被問(wèn)到AEye時(shí)，自動(dòng)駕駛技術(shù)顧問(wèn)公司VSI Labs創(chuàng)辦人Phil Magney則透露，他的公司有被委托驗(yàn)證激光雷達(dá)的感測(cè)距離與掃瞄速率等性能表現(xiàn)；他強(qiáng)調(diào)：“iDAR傳感器的獨(dú)特之處在于，它結(jié)合了傳感器與激光雷達(dá)，并在中央計(jì)算機(jī)攝取組合值之前融合數(shù)據(jù)。”

以他的觀點(diǎn)：“這是真正的邊緣融合(edge fusion)，因?yàn)樵撗b置在任何分類發(fā)生之前就融合原始數(shù)據(jù)與攝影機(jī)數(shù)據(jù)；我們也知道，該裝置擁有深入某個(gè)感興趣對(duì)象的能力，也就是并不需要處理整個(gè)點(diǎn)云(point cloud)場(chǎng)景?！盡agney坦言，AEye的iDAR具備更妥善分類的潛能，“因?yàn)槟阌腥诤系臄z影機(jī)資料可用；iDAR正在開(kāi)發(fā)適用融合數(shù)據(jù)集的分類算法。”

Magney 指出，AEye所謂的“動(dòng)態(tài)立體像素”，在理論上能建立比攝影機(jī)或激光雷達(dá)本身能產(chǎn)出的、更豐富的內(nèi)容，但他也強(qiáng)調(diào)：“基本上每個(gè)像素都有一個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)都有一個(gè)像素，不過(guò)要記住，攝影機(jī)的分辨率會(huì)比激光雷達(dá)高得多，所以像素與點(diǎn)的比例并非1比1?！?/p>

“拿iDAR與雷達(dá)來(lái)比較，有可能不需要雷達(dá)，因?yàn)榧す饫走_(dá)與雷達(dá)都是測(cè)距儀器；”他表示：如果你對(duì)激光雷達(dá)提供恰當(dāng)深度感知、追蹤目標(biāo)物速度的能力有足夠信心，就有可能。值得一提的是，iDAR的掃瞄率(100Hz)是大多數(shù)商用激光雷達(dá)產(chǎn)品的兩倍，這會(huì)是該裝置的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。”

不過(guò)在另一方面，因?yàn)榇蠖鄶?shù)配備ADAS的車輛會(huì)比全自動(dòng)駕駛車輛早一步上市，雷達(dá)似乎會(huì)在ADAS市場(chǎng)上比激光雷達(dá)(或iDAR)更具優(yōu)勢(shì)。Magney認(rèn)為：“雷達(dá)在惡劣天候下能運(yùn)作得更好，因此也最適合ADAS，因?yàn)榧词箺l件不適合自動(dòng)駕駛，也需要安全系統(tǒng)運(yùn)作；”而他也指出：“雷達(dá)本身仍受限于分類能力，這取決于雷達(dá)裝置內(nèi)的韌體；不過(guò)根據(jù)我們了解，雷達(dá)的分類能力正在改善，有供貨商以及新創(chuàng)公司聲稱將會(huì)推出功能更豐富的產(chǎn)品?！?/p>

VSI最近接受委托，在AEye iDAR傳感器的性能測(cè)試中驗(yàn)證該測(cè)試與測(cè)試方法。Magney表示，該公司驗(yàn)證其激光雷達(dá)訊號(hào)能偵測(cè)1公里距離外的卡車，并證實(shí)其掃描速率達(dá)100Hz；他補(bǔ)充指出：“我們并未驗(yàn)證這種傳感器的性能或安全性是否更好，但確認(rèn)它具備足夠的智能功能，可識(shí)別1,000公尺以外的物體?！?/p>

究竟激光雷達(dá)好還是雷達(dá)好？Linley Group的Demler總結(jié)指出，針對(duì)較高等級(jí)的自動(dòng)駕駛車輛，目前沒(méi)有公司聲稱不一定要激光雷達(dá)：“當(dāng)然，你可以打造一輛沒(méi)有激光雷達(dá)的自駕車，但這并不表示它在所有條件下都能良好運(yùn)作，或者是與配備了攝影機(jī)/激光雷達(dá)/雷達(dá)的系統(tǒng)一樣安全?！?/p>

在Demler看來(lái)，AEye的iDAR不能取代雷達(dá)，TI的毫米波成像雷達(dá)也不能取代激光雷達(dá)：“大多數(shù)的自駕車開(kāi)發(fā)商會(huì)同時(shí)采用三種傳感器，事實(shí)上他們還會(huì)用其他傳感器，例如超音波傳感器、紅外線傳感器；”他表示：“安全性與備援系統(tǒng)都需要備份，多類型的傳感器也有必要，因?yàn)闆](méi)有任何一種傳感器能適用所有狀況。”