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一個(gè)月之前，《高工智能汽車》在蔚來ES8發(fā)布之時(shí),，曾發(fā)表了一篇關(guān)于三目攝像頭的文章,。核心點(diǎn)是想要找出三目攝像頭在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域是一個(gè)什么樣的存在，但最終結(jié)果并不盡如人意,。有用戶也在后臺提問到,，最后到底是子丑寅卯？ 我無法解答,，問題縈繞心頭,，一時(shí)竟無法釋然。一個(gè)偶然的機(jī)會,，我和一家國內(nèi)較早涉足ADAS的企業(yè)負(fù)責(zé)人聊到了這個(gè)話題,，頓覺點(diǎn)亮了阿拉丁神燈。整理如下,，文章略長,，字?jǐn)?shù)4千有余，讀閉需7min左右,。君若有心讀完,，想必一定能解答一些N目攝像頭的疑問,。 注：有表達(dá)不當(dāng)或失準(zhǔn)之處,，還請各位專家多多指教，畢竟,，吾乃一業(yè)外人士,。 攝像頭的智能化 攝像頭在日常生活中非常常見，一般用來完成拍照,、攝像這些基本的功能,。但自動(dòng)駕駛以及人工智能的到來，使得人們有了從攝像頭中,，獲取更為智慧的結(jié)果的需求,，即通過攝像頭的視野，分析感知環(huán)境的變化,，做出判斷,，將結(jié)果反饋到終端或者云端的處理器當(dāng)中，服務(wù)于更豐富的應(yīng)用,。 自動(dòng)駕駛作為最先嘗鮮的應(yīng)用領(lǐng)域之一,，攝像頭很早就進(jìn)入了科研專家的考察范圍。業(yè)內(nèi)研究最早同時(shí)實(shí)力最強(qiáng)的,，是Mobileye,。這家誕生于以色列的單目視覺公司，有著在汽車高級輔助駕駛系統(tǒng)領(lǐng)域12年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提供芯片搭載系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺算法運(yùn)行 DAS 客戶端功能,。 公司的產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)車道偏離警告 (LDW),、基于雷達(dá)視覺融合的車輛探測、前部碰撞警告 (FCW),、車距監(jiān)測 (HMW),、行人探測、智能前燈控制 (IHC),、交通標(biāo)志識別 (TSR),、僅視覺自適應(yīng)巡航控制 (ACC) 等功能，產(chǎn)品占據(jù)全球市場超過70%的份額,。 之所以要花這么大的篇幅去介紹Mobileye,，是因?yàn)樗麄兪菢I(yè)內(nèi)單目攝像頭解決方案的絕對領(lǐng)導(dǎo)者。 對,，沒有之一,，也沒有任何含混不清，他們就是NO.1,。這也是為什么芯片巨頭英特爾愿意花153億美金買下這家在從前名不見經(jīng)傳的小公司的原因,。 以上的表述中，眼尖的人一定主要到了一個(gè)詞：單目攝像頭,。那么什么是單目攝像頭呢,？文章開頭提到的三目攝像頭又是什么鬼？有沒有雙目的呢,？接下來,，我將帶大家一一解開這一困擾我一個(gè)多月的問題。 單目攝像頭 目前應(yīng)用于自動(dòng)駕駛的路況判斷,，多以單目攝像頭方案為主,。也就是業(yè)界鼻祖Mobileye的看家本領(lǐng)。 但單目攝像頭有一個(gè)問題是,，在測距的范圍和距離方面,，有一個(gè)不可調(diào)和的矛盾，即攝像頭的視角越寬,，所能探測到精準(zhǔn)距離的長度越短,，視角越窄，探測到的距離越長,。這類似于人眼看世界,，看的越遠(yuǎn)的時(shí)候，所能覆蓋的范圍就窄,，看的近的時(shí)候,，則覆蓋的范圍就廣一些,。 人眼是雙目的，在性能上要遠(yuǎn)優(yōu)于人造產(chǎn)品,，但在觀察周遭環(huán)境的時(shí)候,，也依然會遇到覆蓋不全的問題。通俗點(diǎn)來講,，眼觀六路,，耳聞八方常常用來形容一個(gè)人機(jī)敏，能快速感知周圍的環(huán)境狀況,。我們將這樣的人視為聰慧的人,，一般人很難達(dá)到這樣的水平。但一雙眼睛,，怎能達(dá)到眼觀六路,？ 這不過是漢字語言的一種比喻的說法，并不能當(dāng)真,。因此,，即使是如人一般昂貴精妙的雙眼，也在實(shí)際的使用環(huán)境中,，有力所不能及的時(shí)候,。 車載攝像頭是定焦的，它無法像人眼一樣快速變焦,。不同的焦距可以滿足不同的范圍,。 目前的ADAS（高級輔助駕駛）所要求的是40米-120米的范圍，未來將會達(dá)到200米甚至以上,。Mobileye現(xiàn)在的技術(shù)水平,，所能達(dá)到的也是120米范圍以內(nèi)，但從下一代EyeQ4,、EyeQ5開始，Mobileye將會達(dá)到150-200米的視距,。 那么如何用一個(gè)定焦鏡頭解決不同距離的觀察,，就成為了困惑行業(yè)的難題。也因此,，業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了雙目甚至多目的方案,，用來解決不同距離下攝像頭看清、看準(zhǔn)的問題,。 多目攝像頭 不同焦距的攝像頭,，與成像的清晰度是直接掛鉤的。車載攝像頭一般是固定焦距的,，目前車載攝像頭每秒處理的圖像在20幀左右,，每秒處理的數(shù)據(jù)量巨大,。 一方面車載攝像頭從技術(shù)上是很難達(dá)到頻繁變焦的，另一方面單個(gè)攝像頭頻繁變焦根本無法應(yīng)對秒級的巨量數(shù)據(jù)接收處理,。 這也是為什么Mobileye前兩年開始多目研究的原因,。多目攝像頭，可以通過不同的攝像頭來覆蓋不同范圍的場景,，既解決了攝像頭無法來回切換焦距的問題,，也可以一次性解決不同距離下識別清晰度的問題。 比如說廣角鏡頭用來看近處的環(huán)境,，80度的覆蓋30米左右的環(huán)境,，60度覆蓋中遠(yuǎn)距離，40度負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離觀察,。不同的攝像頭負(fù)責(zé)觀察不同距離,、角度范圍的場景，各司其職,，互不干擾,。 但多目攝像頭目前也并不是完美的解決方案，它會生出另外的一些難解問題,。 比如,，第一，在汽車上如何放置的問題,。汽車擋風(fēng)玻璃處通常是各種配件聚集的地方,，這里本身需要安裝雨量傳感器，以及有可能額外添加的激光雷達(dá),、行車記錄儀,，攝像頭等等。這個(gè)地方本身已經(jīng)擁擠不堪,，留給多余設(shè)備的空間并不大,。 而多目攝像頭本身又有一些要求，比如攝像頭之間的距離要在10-20cm左右,，這就更加劇了擋風(fēng)玻璃處的擁擠,。 第二，多目攝像頭的成本會翻倍,，只從簡單的硬件上就是單目的N倍,，而且算法上的復(fù)雜度和成本也時(shí)成倍增加。多路圖像數(shù)據(jù)的處理比單路數(shù)據(jù)處理的難度要大,，這對處理芯片的要求以及硬件的可靠性要求增高,。 因此，多目攝像頭的出現(xiàn),，既解決了一些現(xiàn)有問題,，也衍生出了各種各樣其它的問題,。 雙目攝像頭 業(yè)內(nèi)很多新興的初創(chuàng)公司，為了避開與Mobileye的正面競爭,，選擇從雙目切入,。但雙目也存在兩個(gè)關(guān)鍵的問題。第一是成本問題,，第二是安裝位的問題,。 第一個(gè)問題是，雙目的方案,，兩個(gè)鏡頭理論上要一模一樣,，因?yàn)橐坏┐嬖诓町悾瑫沟脺y量的準(zhǔn)確性大打折扣,。業(yè)內(nèi)也會稱之為立體攝像頭,。 但一個(gè)攝像頭是由6個(gè)光學(xué)的鏡片和一些傳感器組成，而玻璃鏡片的生產(chǎn)制造是打磨出來的,，并不是壓制而成的,。這就從根本上產(chǎn)生了鏡片生產(chǎn)存在差異性的問題。 所謂的單反攝像機(jī),，最昂貴的莫屬一個(gè)個(gè)動(dòng)輒數(shù)萬的鏡頭,，原因就在這里。大家都聽過卡爾蔡司鏡頭吧,，這個(gè)公司已經(jīng)有超過100年的歷史,，他們的鏡頭在業(yè)內(nèi)可謂鼎鼎大名。 曾經(jīng)手機(jī)界的扛把子諾基亞,，在自己的手機(jī)中使用的就是這家公司的鏡頭,。不客氣的講，當(dāng)時(shí)同檔次的諾基亞旗艦機(jī)N95的成像質(zhì)量,，真真是甩了iPhone一座珠港澳大橋的距離,。 攝像機(jī)鏡頭一般都有些參數(shù)，比如畸變度,，對焦度,，隨著準(zhǔn)確度的上升，誤差范圍的收窄,，成本也是扶搖直上的，業(yè)內(nèi)一般使用的鏡頭誤差在5%的范圍內(nèi),。一般,，單目攝像頭的誤差可通過后期算法的調(diào)教，進(jìn)行有效的處理,。 但雙目攝像頭,，由于本身測距的原理,，導(dǎo)致會要求兩個(gè)鏡頭之間的誤差越小越好。如果兩個(gè)鏡頭各自都有5%左右的誤差,，那么對于后期調(diào)教的算法,，難度就會加大許多，而且還不能保證確定性,。 而如果要將兩個(gè)攝像頭的誤差縮減到1%左右,，達(dá)到使用的要求，那么攝像頭的成本就會高不可攀,。同時(shí)無論鏡頭生產(chǎn)商還是采購方,，都需要面對產(chǎn)品不良率的問題。 雙目攝像頭同時(shí)也存在擺放位置的問題,。兩個(gè)鏡頭之間的距離是10-20cm之間,，這個(gè)距離需要非常精準(zhǔn)，因?yàn)檫@會直接關(guān)系到測距的準(zhǔn)確性,。 由于汽車使用的環(huán)境復(fù)雜多變,，只是溫度要求，都是在-40—85度,。而傳統(tǒng)器材必然有熱脹冷縮的問題,，那么這就會影響到兩個(gè)鏡頭之間的距離。因此只有很高端的一些車型,，會使用到立體攝像頭,，而且即使是使用了，場景也會非常有限,。主動(dòng)巡航和自動(dòng)駕駛根本做不到,。 業(yè)內(nèi)做的好的公司，能夠?qū)文繑z像頭的誤差控制在3%以內(nèi),。理論上立體攝像頭的誤差可以做到1%以內(nèi),，但從實(shí)際的應(yīng)用層面來看，1%跟3%在現(xiàn)有的應(yīng)用環(huán)境下,，并不存在太大的差別,。尤其是在單目攝像頭搭配一些毫米雷達(dá)等傳感器以后，完全可以達(dá)到類似的精度,。 雙目攝像頭的方案,，在成本、制造工藝,、可靠性,、精準(zhǔn)度等等綜合因素的制約下，導(dǎo)致其難以在市場上推廣,，而單目攝像頭低成本可靠性的解決方案,，搭配其他傳感器,，完全可以滿足L1、L2以及部分L3場景下的功能,。因此在現(xiàn)有市場環(huán)境下,，單目攝像頭的解決方案依然會是主流。
三目攝像頭 除了較為多見的雙目攝像頭方案,，三目攝像頭也進(jìn)入了一些公司的視野，如蔚來的ES8,。但三目攝像頭是終極的解決方案嗎,？目前看來，并不是,。 三目攝像頭誕生之初,，目的是為了解決汽車前向測距的問題。眾所周知,，汽車行駛的過程中,，如果要滿足自動(dòng)駕駛的要求，需要車身感知設(shè)備對前方兩百米左右的道路環(huán)境做到精準(zhǔn)測量,，以求做出相應(yīng)的控制決策,。 三個(gè)攝像頭在判斷、測算障礙物距離的時(shí)候,，會有一個(gè)核心的邏輯問題,。由于攝像頭的精準(zhǔn)度是有一定的誤差范圍，因此三個(gè)不同的攝像頭,，檢測障礙物的精準(zhǔn)性都會有一定的誤差,。 那么在不同攝像頭覆蓋距離范圍的交匯處，兩個(gè)相鄰攝像頭測算出障礙物的距離很可能是不同的,，會存在10米左右的誤差,。 還有同樣一個(gè)場景，兩個(gè)鏡頭獲取到的圖像可能會不一樣,。對于這些“不尋?！钡那闆r，專家并沒有良策,。而這些數(shù)據(jù)都是在同一時(shí)間獲取到的,，后臺的算法會隨時(shí)處理，運(yùn)算的結(jié)果也會直接反饋到中央控制器,，用來對汽車的駕駛行為做出調(diào)整,。 不同攝像頭獲取到同一場景的不同數(shù)據(jù)，需要在后臺進(jìn)行融合,，某種意義上而言,，就是數(shù)據(jù)處理結(jié)果的PK，誰更準(zhǔn)確就采納誰,。但由于硬件的差異性本身存在,，導(dǎo)致后臺目前對于這種誤差并沒有合理的規(guī)則和解決方案去進(jìn)行優(yōu)勝劣汰的處理。 這種無法決策的局面,，還會同其它的傳感器如激光雷達(dá),、毫米波雷達(dá)探測到的結(jié)果再進(jìn)行一次融合（PK），多重的不確定性導(dǎo)致最終難以做出普遍意義上“正確合理”的決策,。 Mobileye也正是因?yàn)闊o法解決這一根本性的邏輯處理問題,，導(dǎo)致在嘗試了三目攝像頭的方案之后，又回到了原來的單目攝像頭的方案上,。 5年內(nèi)單目還是主流 處理攝像頭數(shù)據(jù)的芯片,，是制約攝像頭解決方案的重要因素。Mobileye花了十年,，才制造出了滿足汽車電子規(guī)范要求的芯片,，可見，符合車規(guī)要求的芯片難度之大,。 目前市場上,，還未出現(xiàn)可以滿足雙目圖像處理、符合車規(guī)要求,、大規(guī)模商業(yè)化量產(chǎn)的芯片,，已經(jīng)量產(chǎn)的一些車型中類似于斯巴魯使用的，仍然配合使用了FPGA的方案,，來達(dá)到雙目算法處理所需的算力要求,。 現(xiàn)在市場上并沒有商業(yè)化的芯片能夠支持多目攝像頭的方案，都是FPGA的方式,。而Mobileye的EyeQ4和 EyeQ5可以滿足這樣的要求,，但Mobileye本身覺得這樣的搭配方案并沒有太大的必要。 人眼實(shí)際上就是立體攝像頭,，但人都需要大規(guī)模的訓(xùn)練,，才能達(dá)到測距的準(zhǔn)確性。但坦白講,，印象中只有特種兵才可以通過手指比對的方式手動(dòng)測出較為精準(zhǔn)的距離,，而我們普通人要通過雙眼判斷物體的準(zhǔn)確距離，其實(shí)還是很困難的。 雙目攝像頭的方案,，理論上是可以達(dá)到很高的精度,，但需要非常專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，才有可能研發(fā)出來,。但即使研發(fā)出來,，也會面臨嚴(yán)重的成本問題。 企業(yè)本身做產(chǎn)品的目的就是推而廣之,，讓產(chǎn)品大規(guī)模應(yīng)用,，而非束之高閣，以作觀瞻,。一個(gè)產(chǎn)品如果價(jià)格居高不下,，對于實(shí)際的商業(yè)化應(yīng)用，并沒有太大的意義,。 也因此,，有部分業(yè)內(nèi)人士表示，至少在5年內(nèi),，單目攝像頭還將會是市場的主流,，多目的方案還需匍匐前行。 異形鏡頭可能是新的出路 新的傳感器技術(shù),，從鏡頭成像,，到特殊異形鏡頭的設(shè)計(jì)，傳感器技術(shù)的迭代更新,，將有可能解決現(xiàn)有攝像頭存在的問題,。 Mobileye用到的傳感器是1/2.7寸的，或者1/3寸的,，現(xiàn)在新的傳感器技術(shù)可以達(dá)到1/1.7或1/1.5寸,，已經(jīng)提高了一到兩倍。Mobileye跟攝像頭廠商類似于舜宇這樣的企業(yè),，正在共同研發(fā)下一代的異形攝像頭,。 通常，業(yè)內(nèi)使用的鏡頭是球形,、橢圓形的,，而新的異形鏡頭光圈很大，可以覆蓋不同的測距范圍,，同時(shí)保證成像質(zhì)量,。 另外，目前大部分?jǐn)z像頭廠家使用的攝像頭都是100萬像素,，而Mobileye下一代的EyeQ4或者EyeQ5則會使用到400萬甚至800萬像素的攝像頭,。 隨著更大尺寸的傳感器應(yīng)用,，單個(gè)攝像頭可以保證1-200米內(nèi)，任何一個(gè)焦段成像清晰,。這將會徹底解決多目攝像頭現(xiàn)存的一些問題,，雖然目前成本較高，但它的前景還是非常值得期待的,。 |
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