12月13日-15日，36氪WISE2021新經(jīng)濟之王峰會在上海舉行，今年我們以「硬核時代」為主題。“硬核”是當(dāng)下時代和大環(huán)境帶給中國新經(jīng)濟企業(yè)的挑戰(zhàn)和機遇，一方面要求企業(yè)關(guān)注技術(shù)創(chuàng)新，找到自身“硬核”；另一方面要求企業(yè)回饋社會，展現(xiàn)更多“硬核”責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。
在從商業(yè)模式創(chuàng)新的“應(yīng)用時代”邁向技術(shù)創(chuàng)新的“硬核時代”之際，我們與上百家硬核企業(yè)匯聚一堂，聚焦宏觀政策、智能制造、半導(dǎo)體、新能源、新消費等熱門賽道，全方位探討各領(lǐng)域如何構(gòu)建以創(chuàng)新驅(qū)動的硬核競爭力。
探維科技CEO&創(chuàng)始人王世瑋博士以“自動駕駛汽車的感知答案——硬件級圖像融合的固態(tài)激光雷達(dá)”為主題做了演講，分享了探維科技如何依靠硬件級圖像前融合的固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品，推進自動駕駛行業(yè)的快速發(fā)展和落地。
王世瑋博士表示，激光雷達(dá)行業(yè)目前最備受關(guān)注的“不可能”三角。作為高精度的傳感設(shè)備，激光雷達(dá)有著性能、分辨率和探測距離的優(yōu)勢，但如何保持車規(guī)級的環(huán)境穩(wěn)定性和量產(chǎn)交付的質(zhì)量，成本控制卻是挑戰(zhàn)。
為此，探維科技在激光雷達(dá)系統(tǒng)方案層面，實現(xiàn)了ALS平臺和硬件級圖像前融合兩大突破。王世瑋博士在演講中表示，探維科技的激光雷達(dá)已經(jīng)在車路協(xié)同、智慧高速和測繪等場景得到了廣泛的應(yīng)用。
以下是演講實錄，經(jīng)36氪整理編輯
王世瑋：各位嘉賓大家下午好，首先感謝36氪的邀請，讓我們有機會在這個平臺分享探維科技所做的工作。
今天會場的主題是叫硬核時代，相信關(guān)于自動駕駛除了AI算法之外，激光雷達(dá)作為一個最受關(guān)注和期待的傳感器，也是一個非常硬核的產(chǎn)品。
我們從事自動駕駛行業(yè)這么多年以來，在硬件層面面對著很多關(guān)于環(huán)境穩(wěn)定性、車規(guī)測試、未來成本降低等核心需求，激光雷達(dá)未來怎么推動自動駕駛行業(yè)的發(fā)展和落地，我們探維科技所給出的答案是硬件級圖像前融合的固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品。
探維科技CEO&創(chuàng)始人王世瑋
簡單介紹一下我們公司的情況，探維科技2018年成立，在此之前，我們在激光雷達(dá)和激光測量領(lǐng)域已經(jīng)有了十多年的技術(shù)積累。我們的創(chuàng)始團隊在2008年就開始進行星載激光雷達(dá)的開發(fā)，形成了核心技術(shù)，目前研發(fā)總部在北京，車規(guī)產(chǎn)線在蘇州，有近百人團隊，可以給客戶提供從16線到192線的激光雷達(dá)，滿足L2-L5自動駕駛的感知需求。
我們從2018年開始車載激光雷達(dá)商業(yè)化的工作，2019年CES上我們把車規(guī)級的產(chǎn)品控制在一千美金以內(nèi)，今年年底會完成車規(guī)級產(chǎn)線的量產(chǎn)和交付工作，未來會給自動駕駛、智能汽車和智能物流行業(yè)的量產(chǎn)應(yīng)用提供大規(guī)模、低成本的激光雷達(dá)產(chǎn)品。
激光雷達(dá)簡史
在1960年，激光第一次被發(fā)明出來，很快被應(yīng)用到了激光測距。阿姆斯特朗登陸月球之后，在月球表面放了一塊很小的角反射體的反射鏡，從此之后，我們就可以利用這個鏡子測量地球到月球之間的距離。
車載激光雷達(dá)的商業(yè)化，則是從2005-2007年的DARPA無人車比賽中開始的。之后，從2015到2018年，以Waymo為代表的自動駕駛公司涌現(xiàn)出來，激光雷達(dá)的應(yīng)用也開始走入大眾視野。到今天整個自動駕駛行業(yè)發(fā)展得非常迅速，很多車廠都已經(jīng)把低成本、車規(guī)級激光雷達(dá)放在量產(chǎn)的自動駕駛車型當(dāng)中。
激光雷達(dá)最核心的原理是利用ToF飛行時間做激光測距，通過激光的發(fā)射和接收完成飛行時間的高精度測量，最后解析出來探測距離和每個3D場景的激光點，所應(yīng)用到的光學(xué)波段是近紅外。
激光雷達(dá)原理
如圖可以看出，Camera用的是400到700nm的可見光波段，目前主流的激光雷達(dá)用的是905nm近紅外的波段，兩種波段比較接近，讓我們在圖像融合方面得以發(fā)揮。
最早我們應(yīng)用在自動駕駛車上是中間機械式的激光雷達(dá)，后續(xù)為了解決成本、量產(chǎn)、穩(wěn)定性一系列的問題，涌現(xiàn)了很多混合固態(tài)和固態(tài)產(chǎn)品。目前主流的還是利用振鏡，包括MEMS、棱鏡、轉(zhuǎn)鏡，都是通過混合固態(tài)的掃描實現(xiàn)3D場景的感知，未來會在不同場景下進一步解決成本和車規(guī)級問題。在測距方式上，目前相對成熟的是ToF飛行時間測距測量，未來還會有FMCW技術(shù)可以實現(xiàn)距離與速度的同步提取。
激光雷達(dá)應(yīng)用場景非常豐富，從自動駕駛到ADAS、無人機器人、智慧物流、工業(yè)這些場景，激光雷達(dá)都作為感知系統(tǒng)最核心的傳感器提供豐富感知的能力。同時，探維科技的激光雷達(dá)也在車路協(xié)同、智慧高速和測繪等場景得到了廣泛的應(yīng)用。
探維科技CEO&創(chuàng)始人王世瑋
激光雷達(dá)行業(yè)近幾年的發(fā)展一直在關(guān)心一件事情，即是它的“不可能”三角問題。激光作為高精度的傳感設(shè)備，最大的優(yōu)勢就是性能，分辨率和探測距離，但是難點在于如何保持車規(guī)級的環(huán)境穩(wěn)定性和量產(chǎn)交付的質(zhì)量，同時還把成本控制下來，這個對于激光雷達(dá)整個系統(tǒng)帶來非常大的挑戰(zhàn)——如何讓“不可能”三角最終成為可能性，最終支持自動駕駛系統(tǒng)實現(xiàn)量產(chǎn)和落地。
我們探維科技在激光雷達(dá)技術(shù)的突破層面，主要做了兩件比較有代表性的事情。一個是ALS平臺，探維科技在MEMS基礎(chǔ)上做進一步的提升，采用的是單軸掃描，替代雙軸MEMS鏡。單軸掃描在光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中最經(jīng)典、最傳統(tǒng)，同時也是穩(wěn)定性最好的掃描方式，單軸掃描系統(tǒng)是實現(xiàn)激光雷達(dá)車規(guī)級的一個最有途徑。
在單軸方案中，難點是怎么做多線，保證實現(xiàn)更豐富的3D采樣，我們在ALS平臺當(dāng)中整合了陣列化的激光發(fā)射器和接收器，通過陣列化的器件可以更好地集成多線的感知效果，同時還能保證整個光學(xué)裝調(diào)難度降到最低。我們在北京、蘇州量產(chǎn)產(chǎn)線都能把組裝調(diào)試時間從原來的幾天、一天，最終降低到一分鐘，甚至幾十秒的調(diào)光時間。
同時，我們自主開發(fā)設(shè)計的基于模擬信號處理的飛行時間芯片也是進一步降低了我們的硬件成本，也擺脫了對于壟斷供應(yīng)商對于器件層面的限制。
L3/L4自動駕駛系統(tǒng)
第二件事是傳感器融合。我們的產(chǎn)品是基于硬件及圖像前融合的固態(tài)激光雷達(dá)。自動駕駛在L3開始再到L4、L5，多傳感器融合是一個必然的發(fā)展路線，左邊是一個經(jīng)典的雷達(dá)圖，可以看到Camera、LiDAR還有毫米波在不同環(huán)境、不同場景下各自有優(yōu)勢的。目前絕大部分自動駕駛系統(tǒng)都會把LiDAR點云、圖像識別、毫米波防碰撞基礎(chǔ)功能整合到一起，大家都在關(guān)注怎么樣讓攝像頭激光的點云和其他傳感器更好地整合提高效率，提升感知系統(tǒng)的安全性。
過去不管是ADAS系統(tǒng)，還是一些自動駕駛系統(tǒng)所面對的很多挑戰(zhàn)，或者說安全性的風(fēng)險，絕大部分都來自于感知的失效。如果激光雷達(dá)或者感知系統(tǒng)作為機器的“眼睛”，它看不見天空的障礙物或者看不清周圍的環(huán)境，算法就很難保證系統(tǒng)的安全。
目前自動駕駛系統(tǒng)所采用的方案一定會包含融合。傳統(tǒng)方式就是目標(biāo)級的后融合，車上裝載很多傳感器，包括激光雷達(dá)、攝像頭，整車開發(fā)完之后會跑一個相對復(fù)雜的硬件標(biāo)定流程，把多傳感器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、互相之間的對應(yīng)關(guān)系找到，匹配算法，保證匹配的精度。未來想要實現(xiàn)的安全性以及自動駕駛系統(tǒng)舒適性的問題，還是需要融合的技術(shù)幫助感知系統(tǒng)更準(zhǔn)確地捕捉外面的世界。
場景演示
上面給出了幾個后融合方案容易出問題的場景。第一是物檢測，地面上有一些圖形，對于攝像頭來說會做出正常的檢測，確實有一個人的形狀，但是LiDAR是無法檢出，后融合會大概率信賴圖像輸出，最終導(dǎo)致停車和繞障，這就是影響自動駕駛系統(tǒng)用戶體驗的物檢測場景。
激光雷達(dá)
右邊是一些漏檢測，包括光照不好、環(huán)境條件不適合的情況下，圖像或者激光雷達(dá)都很容易出現(xiàn)漏檢測，帶來很多安全性的隱患。
場景演示
最近有很多研究者從事一些惡意攻擊等技術(shù)研究，可以通過一些特殊設(shè)計，針對激光雷達(dá)和圖像的機器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，可以做一些反向優(yōu)化，致使LiDAR和Camera在獨立識別中同時失效。如果是前融合系統(tǒng)，在抗沖擊上也有更好的安全性和穩(wěn)定性。
所謂的前融合就是要在數(shù)據(jù)層面把圖像和激光點云做到點點對應(yīng)，做到深度匹配。如果想基于多傳感器系統(tǒng)實現(xiàn)前融合，對于標(biāo)定的精度、時間同步的精度都提出了非常高的要求，探維科技的解決方案是一整套基于硬件、基于同軸光學(xué)系統(tǒng)的圖像融合的方案。我們直接把CMOS傳感器和APD的激光傳感器整合到同一套光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中，從原有數(shù)據(jù)采集的那一刻，所有激光點云和視頻像素都是互相匹配的，由于我們用的是同一個硬件系統(tǒng)驅(qū)動，時間同步可以很輕松地做到微秒量級。
前融合
如圖，我們很好地發(fā)揮了激光和環(huán)境感知的優(yōu)點，同時可以很好地匹配前融合算法，讓整個感知精度有幅度地提升。最后一點，在硬件層面最底層邏輯上，可以讓激光和圖像感知系統(tǒng)輕松地超越人眼感知，發(fā)揮圖像對于高分辨率的優(yōu)勢和激光點云測距精度準(zhǔn)的優(yōu)勢，通過中等規(guī)模的激光雷達(dá)線束匹配高清的攝像頭，讓我們在不降低甚至是提升感知精度的情況下，保證硬件配置和硬件成本，做到最優(yōu)的效果。
探維科技核心產(chǎn)品
后面再看一下探維科技所提供的一些產(chǎn)品和應(yīng)用情況。Tensor-Pro和Scope以及MDN-192都是我們基于單軸微電極系統(tǒng)所提供的量產(chǎn)激光雷達(dá)產(chǎn)品，分別是16、64線和192線。最右邊是我們的融合產(chǎn)品，給客戶交付融合在一起的激光點云和視頻圖像，所有圖像都可以點點對應(yīng)匹配，而且時間同步精度做到逐列的時間對準(zhǔn)。
探維科技CEO&創(chuàng)始人王世瑋
如圖是探維科技提供的工程化量產(chǎn)能力，我們在蘇州有車規(guī)產(chǎn)線，把整機單臺生產(chǎn)時間控制在60秒，產(chǎn)能20萬臺，是一個標(biāo)準(zhǔn)的車規(guī)級量產(chǎn)基地。
目前我們的應(yīng)用領(lǐng)域包括低速自動駕駛、無人物流、清潔、配送，我們的激光雷達(dá)能提供L4級別的無人導(dǎo)航、避障等功能。而在車路協(xié)同領(lǐng)域也是我們探維科技最早提供量產(chǎn)產(chǎn)品的一些應(yīng)用場景，包括智能ETC、智慧交通、車路協(xié)同、新能源和交通事件的檢測，也都是我們激光雷達(dá)所能提供的感知功能。
乘用車
今年我們已經(jīng)在乘用車和商用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破，很快我們就會向大家披露我們在前裝定點量產(chǎn)車型上面的進展，明年大家就能看到探維科技的激光雷達(dá)裝載在量產(chǎn)車型上，為各個商用車場景或者乘用車場景提供無人駕駛的系統(tǒng)和服務(wù)。
