導(dǎo)語(yǔ)：未來(lái)肯定會(huì)有更多種智能駕駛的方案并行，而且這些智能駕駛方案會(huì)相輔相成。
新智駕(AI-Drive)按：賈兆寅，現(xiàn)任滴滴出行前沿業(yè)務(wù)技術(shù)負(fù)責(zé)人。上海交通大學(xué)本科畢業(yè)、康納爾大學(xué)博士，于谷歌工作三年半，擔(dān)任過從谷歌旗下無(wú)人車公司W(wǎng)aymo的技術(shù)經(jīng)理。博士時(shí)期主要在感知領(lǐng)域進(jìn)行研究，包括基于計(jì)算機(jī)視覺的一些具體算法比如物體識(shí)別、三維重建，并將其應(yīng)用在機(jī)器人、自動(dòng)駕駛汽車方面。
以下內(nèi)容根據(jù)賈兆寅在知乎Live的分享整理，雷鋒網(wǎng)新智駕已獲授權(quán)，并做了不改變?cè)獾恼恚?/p>
無(wú)人駕駛研究(雷鋒網(wǎng)注：智能駕駛最高形態(tài))大概是2000年從北美開始的，當(dāng)時(shí)是斯坦福大學(xué)等名校參加一個(gè)名為“DARPA”的無(wú)人車挑戰(zhàn)賽。這些學(xué)校的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的無(wú)人車在封閉的道路上跑完全程，第一個(gè)沖過終點(diǎn)線的就是第一名。
DARPA里面有一些比較有意思的事情發(fā)生，比如說(shuō)麻省理工學(xué)院和康奈爾大學(xué)兩個(gè)學(xué)校的無(wú)人車有一次發(fā)生了碰撞——應(yīng)該算是無(wú)人駕駛界的第一次事故。
他們?cè)敿?xì)分析了事故發(fā)生的原因，實(shí)際上是無(wú)人駕駛一些關(guān)鍵性的技術(shù)如障礙物感知、物體識(shí)別以及路徑規(guī)劃方面仍有很多問題存在。
正因?yàn)镈ARPA比賽的舉辦，從2013年開始，很多著名廠商開始跟進(jìn)無(wú)人駕駛。比如說(shuō)特斯拉開始做Autopilot，還有一些創(chuàng)業(yè)公司像Cruise Automation(后來(lái)被GM收購(gòu))。
無(wú)人駕駛也在很多領(lǐng)域進(jìn)行了開展，比如最直接的接送乘客就是無(wú)人駕駛非常重要的商用領(lǐng)域;車廠也希望通過智能駕駛來(lái)讓每一輛車的行車體驗(yàn)更好;包括像特斯拉也主打Autopilot讓駕駛體驗(yàn)變得更好、更安全。
事實(shí)上，無(wú)人駕駛的技術(shù)手段也隨著時(shí)間的推移在變化。一開始以激光雷達(dá)(LiDAR)為主流;后來(lái)因?yàn)樯疃葘W(xué)習(xí)和視覺技術(shù)的突破，攝像頭開始被受車企和初創(chuàng)企業(yè)青睞;此后又出現(xiàn)了Radar等新的傳感器。當(dāng)然，這些年計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提升以及新算法的出現(xiàn)，也對(duì)無(wú)人駕駛研究大有裨益。
攝像頭
我們最常見的傳感器就是照相機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是非常便宜。它捕捉的是可見光，能得到物體非常豐富的細(xì)節(jié)信息。它的頻率相對(duì)于其他傳感器來(lái)說(shuō)是非常高的，一般的正常照相機(jī)都應(yīng)該是30-60HZ，對(duì)于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域要對(duì)高速移動(dòng)的物體進(jìn)行感知和識(shí)別來(lái)說(shuō)，這種頻率完全可以應(yīng)付。
很多智能駕駛平臺(tái)會(huì)配備多個(gè)攝像頭，包括前向、側(cè)向和后向，每個(gè)攝像頭記錄的信息合成車身周邊360度的信息，再加上人工智能的算法，可以對(duì)周圍物體進(jìn)行感知，基于感知便可做車輛的路徑規(guī)劃。
此外，一些高清攝像頭可以看得非常遠(yuǎn)，在沒有障礙物遮擋的情況下，能夠看到200米以外的物體，這對(duì)于智能駕駛來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常可觀的感知距離。
激光雷達(dá)
另一種是激光雷達(dá)，其工作原理是發(fā)射一束激光(肉眼不可見)，碰到物體后會(huì)反射回來(lái)，然后再測(cè)算這束激光從發(fā)射到反射中間花費(fèi)的時(shí)間，可以具體知道這個(gè)物體的深度。
一束激光可以得到一個(gè)點(diǎn)的深度，多束激光便可得到多個(gè)點(diǎn)的深度，這就是所謂的激光雷達(dá)的線數(shù)。現(xiàn)在主流的LiDAR最多是64線，它把激光束排成像扇子一樣，這個(gè)扇子以軸為圓心進(jìn)行360度的旋轉(zhuǎn)，這樣每一束激光就形成了一道環(huán)，64束激光就會(huì)形成64道環(huán)，可以得到360度的圖像。
激光雷達(dá)除了能得到物體的深度，還能測(cè)算出反射過來(lái)的激光信號(hào)的強(qiáng)度，根據(jù)激光信號(hào)的強(qiáng)度就可以得到一些其他的信息。比如說(shuō)像人體就不是一個(gè)很好的光的反射面，所以反射回去的強(qiáng)度比較弱，像汽車的燈或者是一些標(biāo)志符號(hào)會(huì)像鏡子一樣反射激光雷達(dá)，就會(huì)形成更強(qiáng)的反射。
但是，相較于攝像頭(特別是高清攝像頭)，激光雷達(dá)的弊端是很難表現(xiàn)出這個(gè)物體比較豐富的變化。它可以描繪出物體大致的輪廓，但是細(xì)節(jié)上則表現(xiàn)得沒那么好。
目前，激光雷達(dá)非常昂貴，比如說(shuō)Velodyne的激光雷達(dá)一個(gè)可能都是上萬(wàn)美金。
雷達(dá)
還有一類傳感器就是一般意義上的雷達(dá)，它根據(jù)多普勒效應(yīng)來(lái)檢測(cè)物體的位置以及速度，包括速度的方向和速度的大小。
而且雷達(dá)也可以檢測(cè)非常遠(yuǎn)的物體，同時(shí)還可以穿透一般的障礙物，遠(yuǎn)方行駛車輛的信號(hào)是非常強(qiáng)的，所以很多智能汽車上都配備了雷達(dá)。
不過，雷達(dá)的劣勢(shì)也是很明顯。
第一，基于雷達(dá)的反射信號(hào)，它得到的位置以及速度信息是比較模糊的，只能得到一個(gè)大概的信息，誤差可能在米這個(gè)范圍內(nèi)，遠(yuǎn)距離的誤差會(huì)更大。
其次，雷達(dá)對(duì)金屬的反射是非常好的，但對(duì)于非金屬的反射相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較糟糕的，比如說(shuō)行人或者是小動(dòng)物。
第三，雷達(dá)必須是雙方有一個(gè)相互速度才能夠檢測(cè)出物體的位置，因?yàn)樗腔诙嗥绽招?yīng)的傳感器，如果雙方靜止的話，便會(huì)失效。
除了這些主要傳感器，智能駕駛還需要其他一些傳感器。比如要進(jìn)行精確定位便離不開GPS;要知道車輛車頭的朝向、行駛的速度或者加速度轉(zhuǎn)角，IMU(慣性測(cè)量單元)則不可或缺。
除了這些傳感器之外，高精度地圖對(duì)于智能汽車來(lái)說(shuō)也是非常重要的。
高精度地圖
如果想象智能汽車是一個(gè)機(jī)器人的話，那高精度地圖的作用就是告訴機(jī)器人這個(gè)世界是怎樣的。你給了這個(gè)機(jī)器人一些先驗(yàn)的知識(shí)包括車道線在什么地方、在路的什么位置、是不是有斑馬線，斑馬線上的行人可能更多，是不是要更注重行人的檢測(cè)等。
高精度地圖和普通地圖的區(qū)別也是非常大的，高精度地圖不僅要知道這條路整個(gè)的連接狀況，更要知道這條路上有幾個(gè)車道?每一個(gè)車道線是一個(gè)什么樣的?甚至還包括一些車道的轉(zhuǎn)角以及車道線之間的連接等細(xì)節(jié)信息。還需要非常頻繁的來(lái)進(jìn)行采樣，精確還原道路實(shí)況。
路網(wǎng)信息是智能駕駛的一部分，另外一部分地圖比較重要的工作就是整個(gè)世界的信息，包括車道具體有多寬，然后這些車道是什么樣的形狀，這些信息也是非常重要的。
這個(gè)圖片就是三維的世界的重建包括比較成熟的一些SLAM建造的這個(gè)世界，你可以看到這個(gè)世界是由剛才我們說(shuō)的激光點(diǎn)源構(gòu)成的，從這個(gè)截圖就可以看到，就是很多幀激光點(diǎn)源疊起來(lái)的一個(gè)狀況，疊起來(lái)的地圖我們就知道強(qiáng)在什么地方，具體的道路的路面是一個(gè)什么樣的形狀，它是有多少的比如說(shuō)上坡、下坡或者是具體的轉(zhuǎn)角都會(huì)有一個(gè)比較清晰的知識(shí)。
感知世界
得到這些先驗(yàn)的知識(shí)以后，后面的感知和路徑規(guī)劃相對(duì)來(lái)說(shuō)就容易一些。比如說(shuō)感知就可以把路面去掉，得到比如說(shuō)障礙物在什么地方的信息;路徑規(guī)劃有了車道線的知識(shí)，更容易進(jìn)行避障，知道哪些地方可以靠邊，哪些不能。
但是，智能汽車對(duì)世界的感知也會(huì)遇到一些困難。
雖然道路上絕大多數(shù)的障礙會(huì)是汽車、行人、自行車、摩托車、助力車等這樣的物體，但也會(huì)有比較低頻出現(xiàn)的障礙出現(xiàn)。比如說(shuō)道路上會(huì)有一些車爆胎留下的爆胎，比如超市里的手推車有時(shí)候會(huì)滑到路上，還有路面上的一些垃圾、磚塊……這些障礙物可能需要開幾百公里甚至幾千公里才能碰到，但是當(dāng)有足夠的數(shù)據(jù)量以后，這些長(zhǎng)尾問題也會(huì)成為比較重要的物體識(shí)別問題。
此外，惡劣天氣、自然環(huán)境等等也會(huì)影響智能汽車的感知環(huán)節(jié)。
所以在智能駕駛中可以看到，特別是現(xiàn)在基于深度學(xué)習(xí)的感知方法，數(shù)據(jù)量是關(guān)鍵。一個(gè)是因?yàn)楦嗟臄?shù)據(jù)量，學(xué)習(xí)出來(lái)的模型會(huì)更好;另外一個(gè)是大的數(shù)據(jù)量，也能收集到更多的低頻事件數(shù)據(jù)。
當(dāng)然，這些小概率事件以及惡劣的天氣、環(huán)境除了對(duì)感知造成影響，也對(duì)車輛控制提出了新的挑戰(zhàn)。比如當(dāng)?shù)孛鏉窕畷r(shí)，如何能夠精準(zhǔn)控制智能汽車的轉(zhuǎn)向和剎車，同時(shí)給智能系統(tǒng)正確的技術(shù)反饋?這些都是有待研究的問題。
應(yīng)用現(xiàn)狀
智能駕駛在一些高端的汽車上已經(jīng)有了一些具體的應(yīng)用，比如說(shuō)有一些車上面已經(jīng)有相關(guān)的ADAS應(yīng)用進(jìn)去，可以進(jìn)行必要的輔助駕駛，比如制動(dòng)和轉(zhuǎn)向、防碰撞預(yù)警等。當(dāng)然，真正的讓人手離方向盤還需要一定的時(shí)間，肯定是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。
相對(duì)來(lái)說(shuō)，在一些交通狀況不那么復(fù)雜的地方，智能駕駛可能會(huì)率先應(yīng)用起來(lái)。比如一些工業(yè)區(qū)、旅游區(qū)等。此外，未來(lái)利用自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行貨物的運(yùn)輸，甚至是通過自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行共享出行也都是很有前景的。
當(dāng)然，智能駕駛最可貴的效果是，可以避免一些不必要的人為操作造成的交通事故，提高錘形的整體安全性。
對(duì)我個(gè)人而言，能夠在這個(gè)時(shí)候參與到這個(gè)過程中推動(dòng)智能駕駛技術(shù)，是非常令人高興的一件事情。也希望更多人參與進(jìn)來(lái)，讓科幻電影、小說(shuō)里的技術(shù)變成真正的產(chǎn)品。
問答
問：攝像頭怎么感知距離？
賈兆寅：比較傳統(tǒng)是用雙目攝像頭來(lái)做，通過兩顆攝像頭來(lái)檢測(cè)同一個(gè)物體。如果你知道這個(gè)物體在兩顆攝像頭里面具體的圖片中的位置，那如果兩個(gè)攝像頭中間有一些距離，你可以知道這個(gè)位置的視差，通過這個(gè)視差再加上一些幾何上的過程，可以知道具體物體的位置。
但是它會(huì)制約于幾個(gè)因素，第一個(gè)因素是車載的物理限制。因?yàn)橄袢说碾p眼一樣，兩顆攝像頭之間的距離越大，可以檢測(cè)的物體的深度越深。但是搭載在車身的攝像頭相互間的距離是受限的，不可能無(wú)限大。
另外一個(gè)就是雙目攝像頭來(lái)測(cè)量深度會(huì)局限在具體的匹配算法，如果兩顆攝像頭里面會(huì)出現(xiàn)兩張圖片，那怎么樣把這兩張圖片相同的物體聯(lián)系起來(lái)，然后通過這種對(duì)應(yīng)的算法得到視差，這也是一個(gè)算法上的問題。如果這個(gè)算法出現(xiàn)一些偏差的話，距離感知就會(huì)有誤差。
還有一種是通過單目攝像頭來(lái)感知距離。一般都是基于一些幾何上的假設(shè)，比如說(shuō)已經(jīng)能夠檢測(cè)出路面了，那可以想象路面是一個(gè)比較大的平面，相對(duì)來(lái)說(shuō)就知道路面上具體的每個(gè)位置與車的距離是怎么樣的。
問：三維重建一般需要哪些傳感器的共同配合？
賈兆寅：對(duì)于三維重建來(lái)說(shuō)，我們一般會(huì)把攝像機(jī)、Radar還有IMU、GPS這些結(jié)合起來(lái)，配合行程對(duì)整個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行重建。一般的三維重建會(huì)進(jìn)行一些數(shù)據(jù)的采樣，得到比如說(shuō)照相機(jī)和Radar對(duì)于世界的描述，然后再通過說(shuō)GPS、IMU把一幀一幀的信息聯(lián)合起來(lái)做三維的重建。
問：5G的到來(lái)會(huì)幫助解決智能駕駛的部分技術(shù)難關(guān)嗎？在剛剛結(jié)束的WMC上，很多巨頭通信公司把無(wú)人駕駛作為5G的載體。
賈兆寅：這個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)會(huì)對(duì)智能駕駛各個(gè)領(lǐng)域都有一些幫助，比如說(shuō)可以迅速得到地圖的更新，然后大的數(shù)據(jù)可以迅速與服務(wù)器進(jìn)行一些交互，新的數(shù)據(jù)傳輸方式也可以催生一些在智能駕駛、車聯(lián)網(wǎng)方面的新的應(yīng)用。
問：智能駕駛何時(shí)能真正到來(lái)？
賈兆寅：這個(gè)要看我們?cè)趺炊x“到來(lái)”。智能駕駛有不同的維度和發(fā)展階段，一些技術(shù)我覺得已經(jīng)在很多車廠進(jìn)行比較廣泛的應(yīng)用，比如說(shuō)剛才我提到的盲區(qū)檢測(cè)、車道線檢測(cè)、CMB、ACC等等，其實(shí)這些對(duì)于駕駛來(lái)說(shuō)都具備一定革命性，而且開始慢慢融入到我們?nèi)粘ｓw驗(yàn)中。未來(lái)肯定會(huì)有更多種智能駕駛的方案并行，而且這些智能駕駛方案會(huì)相輔相成。
