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惡劣天氣條件下的感知能力提升

2021/11/01
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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的大部分問題。沒想到會(huì)這么難,但回想起來,困難是顯而易見的。沒有什么比現(xiàn)實(shí)更自由的了。”

掩蓋高級自動(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,但它們在黑暗、強(qiáng)光和大霧、雨雪中駕駛時(shí)仍然很弱。

當(dāng)風(fēng)和日麗,鳥兒唱歌時(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)了高級自動(dòng)駕駛,但我們都心知肚明這些公司仍在尋找應(yīng)對惡劣天氣的解決方案。

VSI Labs的Phil Magney說,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)駕駛競爭的下一個(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防電子公司之一Elbit Systems剝離出來的,開發(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的說法,該設(shè)置支持集成來自多個(gè)照明脈沖的反射光。他說,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法穿透霧的原因。

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

通過每幀脈沖快門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,它們允許在任何想要的范圍內(nèi)“去除背景”。其結(jié)果是圖像對比度顯著提高,使AI和人類能夠更好地檢測物體。

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梢栽诘湍芤姸认绿峁┡c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是開放的,與其他傳感器的通信是可能的。

VSI Labs一直在測試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”。他們曾在一輛裝有Visdom的車輛上經(jīng)歷過突然被暴雨吞沒的情況。他們認(rèn)為,到目前為止,“在這種情況下,沒有什么比這臺(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。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。這意味著車廠無需擔(dān)心攝像頭的清洗和冷卻,或是破損等問題。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對一些不愿承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的OEM和Tier 1來說很難接受。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說他們的一個(gè)優(yōu)勢是,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)越來越大。例如,州或城市反過來可以用它來使道路維護(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的。Aeye聲稱,他們的iDAR可以“在需要的地方帶來更多的分辨率”。

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)的傳感過程中引入確定性AI”成為可能。Aeye將這個(gè)過程描述為“仿生學(xué)”,并解釋說,它允許iDAR專注于車輛周圍最重要的事情。

激光雷達(dá)的已知問題之一,盡管沒有得到廣泛承認(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,每個(gè)模式都針對特定的用例。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,客戶還可以為相同的駕駛環(huán)境創(chuàng)建掃描模式,但針對惡劣天氣進(jìn)行優(yōu)化,例如“高速公路雨水掃描模式”和“高速公路陽光掃描模式”。

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

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175點(diǎn),每度平方1600點(diǎn),(3) iDAR掃描超過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锿猓襥DAR可以在擋風(fēng)玻璃后面工作。”他補(bǔ)充說:“遠(yuǎn)程激光雷達(dá)對卡車運(yùn)輸尤為重要。”

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