惡劣天氣條件下的感知能力提升

前不久，Elon Musk在一條推文中寫道：“廣義自動(dòng)駕駛是一個(gè)難題，因?yàn)樗枰鉀Q現(xiàn)實(shí)世界AI的大部分問(wèn)題。沒(méi)想到會(huì)這么難，但回想起來(lái)，困難是顯而易見(jiàn)的。沒(méi)有什么比現(xiàn)實(shí)更自由的了。”

掩蓋高級(jí)自動(dòng)駕駛能力的真相并非是只有特斯拉。大多數(shù)車廠都尚未承認(rèn)，盡管他們的ADAS和AV安裝了許多傳感器，但它們?cè)诤诎?、?qiáng)光和大霧、雨雪中駕駛時(shí)仍然很弱。

當(dāng)風(fēng)和日麗，鳥(niǎo)兒唱歌時(shí)，自動(dòng)駕駛汽車大多都是運(yùn)行良好的。但多數(shù)人通常是更多在日落后或天氣不好時(shí)選擇駕車的。AV公司們聲稱已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高級(jí)自動(dòng)駕駛，但我們都心知肚明這些公司仍在尋找應(yīng)對(duì)惡劣天氣的解決方案。

VSI Labs的Phil Magney說(shuō)，技術(shù)供應(yīng)商在前不久底特律的“Destination ACM”活動(dòng)中發(fā)布的內(nèi)容清楚地表明，自動(dòng)駕駛競(jìng)爭(zhēng)的下一個(gè)前沿都是關(guān)于可以改善感知和擴(kuò)大ODD（Operational Design Domain）的技術(shù)。他認(rèn)為，感知技術(shù)的進(jìn)步是穩(wěn)步改善ADAS的關(guān)鍵，這將持續(xù)20-25年。”

下面是一些聚焦于提升邊緣感知能力的公司。

Brightway Vision

Brightway Vision專門提供帶NIR CMOS圖像傳感器和脈沖照明的門控視覺(jué)攝像頭系統(tǒng)。

這家創(chuàng)業(yè)10年的初創(chuàng)公司是從以色列最大的國(guó)防電子公司之一Elbit Systems剝離出來(lái)的，開(kāi)發(fā)了一個(gè)“全天候汽車攝像頭系統(tǒng)”，準(zhǔn)備在2022年年中之前取得車規(guī)認(rèn)證。

這個(gè)被稱為Visdom的系統(tǒng)不是普通的攝像頭。它配備了“智能閃光燈”和內(nèi)置“智能蓄能器”的CMOS圖像傳感器。根據(jù)Brightway Vision的說(shuō)法，該設(shè)置支持集成來(lái)自多個(gè)照明脈沖的反射光。他說(shuō)，使閃光紅外傳感器智能的是“能夠在不影響其他范圍的情況下，在每個(gè)范圍內(nèi)放置特定數(shù)量的光線。”

這帶來(lái)了兩大好處。首先，“它在所有范圍內(nèi)創(chuàng)造了一種奇怪的均勻照明，看起來(lái)更像白天的圖像，而不是標(biāo)準(zhǔn)的主動(dòng)照明夜間圖像。”其次，“使用復(fù)雜的脈沖照明器控制可以有效地消除后向散射。”后向散射是車輛前照燈無(wú)法穿透霧的原因。

Brightway Vision使用VCSEL作為照明器。與使用VCSEL測(cè)量距離的典型激光雷達(dá)不同，Brightway Vision部署VCSEL是用來(lái)“收集光線”。

通過(guò)每幀脈沖快門1,000次，相機(jī)捕獲圖像的“切片”，并將其多次曝光（在所有范圍內(nèi)均勻照明）累積到單個(gè)圖像中。攝像頭“將這些圖像片段組合到模擬域中”。切片的一個(gè)有趣用途是，它們?cè)试S在任何想要的范圍內(nèi)“去除背景”。其結(jié)果是圖像對(duì)比度顯著提高，使AI和人類能夠更好地檢測(cè)物體。

盡管如此，Brightway Vision認(rèn)為其攝像頭是ADAS或AV中彩色攝像頭的“終極”補(bǔ)充。Levi指出，許多專家同意攝像頭是自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵傳感器，但“普通攝像頭的缺點(diǎn)是光線不足，在惡劣天氣條件下很不利。”

Visdom將改變這個(gè)方程式，因?yàn)樗梢栽诘湍芤?jiàn)度下提供與晴朗天氣相同的性能水平。Birghtway Vision的Visdom攝像頭的主要功能缺陷是它無(wú)法提供顏色。

Brightway Vision認(rèn)為“AV不會(huì)有單一的傳感器解決方案。”該公司基于CMOS的NIR門控傳感器也可以用于“冗余或驗(yàn)證”檢測(cè)未被其他類型傳感器分類的物體。例如，假設(shè)雷達(dá)在路上發(fā)現(xiàn)一個(gè)光點(diǎn)。Brightway Vision的攝像頭可以給這個(gè)光點(diǎn)上投射更多的光線，在切片上拍攝。鑒于其攝像頭的API是開(kāi)放的，與其他傳感器的通信是可能的。

VSI Labs一直在測(cè)試Brightway技術(shù)，他們指出，這家初創(chuàng)公司的Visdom“表明攝像頭在充滿挑戰(zhàn)的條件下可以有多好”。他們?cè)谝惠v裝有Visdom的車輛上經(jīng)歷過(guò)突然被暴雨吞沒(méi)的情況。他們認(rèn)為，到目前為止，“在這種情況下，沒(méi)有什么比這臺(tái)攝像頭更好了”。然而，Visdom“比普通攝像頭更復(fù)雜，因?yàn)樗枰?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%8F%91%E5%B0%84%E5%99%A8/">發(fā)射器”。

Visdom的攝像頭系統(tǒng)要求車廠同時(shí)部署攝像頭和照明設(shè)備，這增加了集成的復(fù)雜性。Brightway Vision也承認(rèn)，一些OEM和Tier 1認(rèn)為這“具有挑戰(zhàn)性”。

然而，系統(tǒng)集成也有一些優(yōu)勢(shì)。Visdom攝像頭可以像任何其他CMOS圖像傳感器一樣放在擋風(fēng)玻璃后面。這意味著車廠無(wú)需擔(dān)心攝像頭的清洗和冷卻，或是破損等問(wèn)題。此外，照明器可以位于前照燈內(nèi)，從而保護(hù)和隱藏它們。

盡管如此，Brightway Vision技術(shù)的獨(dú)特性可能會(huì)使Visdom對(duì)一些不愿承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的OEM和Tier 1來(lái)說(shuō)很難接受。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)Brightway Vision是唯一一家結(jié)合定制CMOS圖像傳感器和基于脈沖的照明器的公司時(shí)，他們都比較猶豫。

Nira DynamicsNira Dynamics（瑞典林克平）也在Destination ACM上進(jìn)行了發(fā)表，推出了一款軟件，可以更好地讓AV和ADAS駕駛員（機(jī)器或人類）在惡劣天氣下應(yīng)對(duì)路況的突然變化。

Nira是indirect TPMS的領(lǐng)先者。Nira的軟件安裝在許多車輛中，可以動(dòng)態(tài)測(cè)量路面信息，如輪胎抓地力、氣壓和松動(dòng)的車輪。Nira的軟件融合了ABS、微滑移、加速度計(jì)和轉(zhuǎn)向角的信息，可以檢測(cè)與路面的摩擦，收集道路濕度數(shù)據(jù)，并發(fā)送到OEM的云端。在此基礎(chǔ)上，Nira將數(shù)據(jù)匿名化，并向駕駛員發(fā)送即將到來(lái)的路況警報(bào)。

Magney指出：“Nira的動(dòng)態(tài)算法將使AV能夠在濕滑的條件下運(yùn)行。它也適用于ADAS。”

Nira說(shuō)他們的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，所有車輛，包括ADAS、AV和其他車輛都可以使用Nira收集的數(shù)據(jù)，而無(wú)需添加另一個(gè)專門用于安全的傳感器。

雖然了解道路狀況有助于更安全駕駛，但Nira也認(rèn)為向市政當(dāng)局提供數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)越來(lái)越大。例如，州或城市反過(guò)來(lái)可以用它來(lái)使道路維護(hù)更環(huán)保，并更有效地管理鏟雪和坑洞修補(bǔ)等任務(wù)。一旦Nira的道路信息覆蓋在天氣信息上，還可能有助于貨運(yùn)公司更好地規(guī)劃路線。

Aeye

Aeye認(rèn)為它的激光雷達(dá)可以另歸一類，因?yàn)樗?ldquo;雙穩(wěn)態(tài)激光雷達(dá)架構(gòu)”。在這種架構(gòu)下，激光的傳輸和接收通道是分開(kāi)的。Aeye聲稱，他們的iDAR可以“在需要的地方帶來(lái)更多的分辨率”。

當(dāng)每個(gè)激光脈沖發(fā)射時(shí)，接收器被告知在何時(shí)何地尋找它的返回。這使得“在采集點(diǎn)的傳感過(guò)程中引入確定性AI”成為可能。Aeye將這個(gè)過(guò)程描述為“仿生學(xué)”，并解釋說(shuō)，它允許iDAR專注于車輛周圍最重要的事情。

激光雷達(dá)的已知問(wèn)題之一，盡管沒(méi)有得到廣泛承認(rèn)，但很明顯其性能會(huì)在雨天驟降。如果激光雷達(dá)光束與發(fā)射器附近的雨滴相交，它可以將足夠的光束反射回接收器，將雨水記錄為物體。液滴還可以吸收一些發(fā)射的光，降低傳感器的性能范圍。

Aeye在ACM演示了iDAR，甚至準(zhǔn)備了一臺(tái)造雨機(jī)，以展示傳感器在潮濕天氣中的物體檢測(cè)能力。

據(jù)該公司稱，Aeye的客戶可以在設(shè)計(jì)時(shí)創(chuàng)建一個(gè)確定性、軟件可配置的掃描模式庫(kù)，每個(gè)模式都針對(duì)特定的用例。除了為高速公路、城市和郊區(qū)駕駛創(chuàng)建不同的掃描模式或“出口坡道”模式外，Aeye解釋說(shuō)，客戶還可以為相同的駕駛環(huán)境創(chuàng)建掃描模式，但針對(duì)惡劣天氣進(jìn)行優(yōu)化，例如“高速公路雨水掃描模式”和“高速公路陽(yáng)光掃描模式”。

今年早些時(shí)候，VSI Labs監(jiān)督了Aeye系統(tǒng)的測(cè)試。

VSI Labs證實(shí)：(1) AEye傳感器可以在不損害幀速率的情況下在1000米遠(yuǎn)處檢測(cè)到大量的點(diǎn)；(2) AEye傳感器從200米處在18%的目標(biāo)上生成超過(guò)175點(diǎn)，每度平方1600點(diǎn)，(3) iDAR掃描超過(guò)200Hz的全幀和FOV，(4) iDAR在不同角度可以從前風(fēng)擋后面有效地進(jìn)行感知。

Magney總結(jié)道：“它很酷，因?yàn)樗梢钥吹揭还锿?，且iDAR可以在擋風(fēng)玻璃后面工作。”他補(bǔ)充說(shuō)：“遠(yuǎn)程激光雷達(dá)對(duì)卡車運(yùn)輸尤為重要。”