無(wú)人駕駛技術(shù)背后的“窗戶紙”究竟是什么？

雷鋒網(wǎng)將于7月中旬在深圳發(fā)起一場(chǎng)全球人工智能與機(jī)器人峰會(huì)，屆時(shí)我們會(huì)發(fā)布一個(gè)年度Top 25人工智能項(xiàng)目榜單，目前，我們正在四處拜訪人工智能、機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)業(yè)者。在機(jī)器視覺(jué)這一領(lǐng)域，我們拜訪了若干公司，速騰科技正是其中一家。如果你的公司也想加入我們的榜單之中，請(qǐng)聯(lián)系：2020@leiphone.com

近日，樂(lè)視CEO 賈躍亭在主題為“無(wú)破界，不生態(tài)”的新品發(fā)布會(huì)上灑淚發(fā)布了公司首款智能汽車——LeSee 無(wú)人駕駛超級(jí)汽車，成為國(guó)內(nèi)繼百度之后涉足“無(wú)人駕駛”之后的又一家互聯(lián)網(wǎng)公司。雖然發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)這款汽車有進(jìn)行駕駛演示，但關(guān)于超級(jí)汽車的一些核心問(wèn)題，大家依然不得而知。這也成了一個(gè)非常有意思的行業(yè)現(xiàn)象：盡管“無(wú)人駕駛”概念在業(yè)內(nèi)、媒體上已經(jīng)滿天飛，但消費(fèi)者對(duì)其實(shí)現(xiàn)原理仍一頭霧水。那么，“只見(jiàn)森林，不見(jiàn)樹(shù)木”的無(wú)人駕駛技術(shù)背后的“窗戶紙”究竟在哪呢？

（Velodyne 激光雷達(dá)）

對(duì)無(wú)人駕駛技術(shù)稍有關(guān)注的讀者應(yīng)該對(duì)谷歌無(wú)人車頂部的激光雷達(dá)設(shè)備印象深刻，其實(shí)這部分正是“無(wú)人駕駛”技術(shù)的核心關(guān)鍵所在。激光雷達(dá)確保無(wú)人車具備人眼一樣識(shí)別外界環(huán)境的功能，并做出快速分析與判斷，從而控制車體運(yùn)動(dòng)。那么，激光雷達(dá)究竟是如何“看懂”外界空間環(huán)境的呢？一款好的激光雷達(dá)設(shè)備又需要具備怎樣的性能要求呢？

工作原理上，激光雷達(dá)發(fā)射的激光照射在物體后，經(jīng)物體散射返回被激光接收器接收。激光測(cè)量模塊根據(jù)發(fā)射前后的激光信息處理為“三維坐標(biāo)、距離、方位角、反射強(qiáng)光強(qiáng)度”等多方面的數(shù)據(jù)。這其中，由于不同物體在反射率上存在一定差異，激光雷達(dá)可以根據(jù)回波的反射光強(qiáng)度（0-255分級(jí)）來(lái)區(qū)分物體的不同區(qū)域，精度高達(dá)毫米級(jí)別。（功能原理演示圖如下）

三維激光雷達(dá)根據(jù)使用方式的不同，分為實(shí)時(shí)性激光雷達(dá)和非實(shí)時(shí)激光雷達(dá)。實(shí)時(shí)激光雷達(dá)一般分為16線、32線和64線，垂直對(duì)外分布的多探頭激光發(fā)射器同時(shí)對(duì)外發(fā)射激光束，實(shí)現(xiàn)各方位空間信息的實(shí)時(shí)檢測(cè)。而非實(shí)時(shí)激光雷達(dá)則只是單點(diǎn)發(fā)射的方式，在水平、平面兩個(gè)維度進(jìn)行掃描。最終的測(cè)量情況只能在掃描完成之后才能得出。

用“盲人摸象”的典故來(lái)解釋實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)激光雷達(dá)之間的區(qū)別，是一個(gè)很貼切的比喻。盲人摸象，一雙手只能摸到局部，只能憑感覺(jué)來(lái)判斷大象的形狀，想要了解大象的具體形狀需要一次次的反復(fù)摸索。但如果一次性能把大象所有部位都摸個(gè)遍，就可以很直觀地了解大象的具體形狀。“盲人摸象，一只手慢慢摸，叫非實(shí)時(shí)激光；幾百萬(wàn)只手同時(shí)摸，就是實(shí)時(shí)激光“。

自身特點(diǎn)的不同，實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)激光雷達(dá)在應(yīng)用場(chǎng)景方面存在很大差異，對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)也大不相同。對(duì)于需要快速呈現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的機(jī)器設(shè)備而言，實(shí)時(shí)激光雷達(dá)是不二選擇。谷歌無(wú)人車使用的正是國(guó)際知名的激光雷達(dá)廠商 Velodyne 公司的實(shí)時(shí)激光雷達(dá)，這款價(jià)值8萬(wàn)美元的64線激光雷達(dá)，單個(gè)激光頭發(fā)射頻率為3.4375萬(wàn)/秒，整個(gè)設(shè)備一秒可以對(duì)外發(fā)射220萬(wàn)的激光束（64*3.4375萬(wàn)/秒=220萬(wàn)/秒），測(cè)量精度為2cm，測(cè)量距離為120m。

對(duì)于沒(méi)有實(shí)時(shí)檢測(cè)要求的應(yīng)用場(chǎng)景，比如室內(nèi)家裝、橋梁檢測(cè)、隧道建模等領(lǐng)域，出于成本方面的考慮，非實(shí)時(shí)性激光雷達(dá)會(huì)更合適。另外，相比velodyne，國(guó)內(nèi)激光技術(shù)設(shè)備公司Robosence 速騰科技推出的三維激光雷達(dá)Seeker 系列產(chǎn)品單個(gè)激光發(fā)射頻率及測(cè)量精度方面都有過(guò)之而無(wú)不及。單個(gè)激光發(fā)射頻率達(dá)到50萬(wàn)次/秒，測(cè)量精度高達(dá)“2mm@50米（50米范圍內(nèi)測(cè)量精度為2mm）”，測(cè)距范圍為100米。在只有一個(gè)激光頭的情況下，1-2分鐘即可完成空間環(huán)境的全方位掃描。

（速騰Seeker 系列產(chǎn)品效果圖）

那么，一款好的激光雷達(dá)設(shè)備都有哪些評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)呢？

“單位時(shí)間出點(diǎn)數(shù)、點(diǎn)云測(cè)量精度、測(cè)距范圍三方面的具體性能直接決定了激光雷達(dá)設(shè)備品質(zhì)的好壞”。

在接受雷鋒網(wǎng)編輯采訪時(shí)，速騰科技CEO邱純鑫表示，“激光測(cè)距范圍的實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有技術(shù)難點(diǎn)，只要加大激光探頭的功率，就可以提升激光雷達(dá)的測(cè)量范圍，難點(diǎn)主要集中在單位時(shí)間出點(diǎn)數(shù)與點(diǎn)云測(cè)量精度上，因?yàn)?strong>出點(diǎn)數(shù)和精度直接決定了計(jì)算量的高低”。

以Seeker 產(chǎn)品為例，每秒50萬(wàn)個(gè)激光點(diǎn)，也就意味著計(jì)算單元每秒鐘需要處理50萬(wàn)個(gè)激光點(diǎn)的測(cè)距信息，進(jìn)行50萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)運(yùn)算，這對(duì)于目前的芯片模組來(lái)說(shuō)是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。在海量的數(shù)據(jù)處理需求下，想要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，就必須保證算法不能過(guò)于復(fù)雜，因此激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的算法優(yōu)化成了激光廠商最核心的技術(shù)壁壘。如果算法沒(méi)跟上，激光設(shè)備很容易出現(xiàn)點(diǎn)云失真的現(xiàn)象，從而影響三維掃描的精度。

（實(shí)景建筑激光雷達(dá)掃描步驟與效果）

據(jù)邱純鑫介紹，國(guó)內(nèi)在激光技術(shù)方面缺少技術(shù)積累，相關(guān)技術(shù)性人才非常稀缺，絕大部分只能來(lái)自為數(shù)不多的幾所高校與科研機(jī)構(gòu)，這樣的技術(shù)現(xiàn)狀使得國(guó)內(nèi)激光廠商在掃描精度上和國(guó)際水平還存在不小的差距。作為哈工大博士后，邱純鑫和另一位創(chuàng)始人——同門“師弟”劉樂(lè)天從研究生時(shí)代就開(kāi)始了激光掃描技術(shù)的研究，讀書(shū)期間就獲得了多項(xiàng)激光技術(shù)性專利。2014年邱純鑫和劉樂(lè)天開(kāi)始創(chuàng)業(yè)，擁有將近10年技術(shù)背景的速騰科技很受研究生、博士生的青睞，不到兩年時(shí)間就聚集了一大批激光領(lǐng)域的專業(yè)人才。用邱純鑫自己的話說(shuō)，

“速騰內(nèi)部80%的技術(shù)力量集中在軟件算法的優(yōu)化上，這些算法可以幫助激光雷達(dá)技術(shù)拓展到更多應(yīng)用領(lǐng)域，包括“無(wú)人駕駛”和無(wú)人機(jī)壁障技術(shù)方案。”

豐富的人才投入，讓速騰在兩年不到的時(shí)間取得了明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。全球頂尖的非實(shí)時(shí)性激光雷達(dá)在精度上可以達(dá)到2mm的標(biāo)準(zhǔn)，在這方面速騰并不落下風(fēng)。相比之下，國(guó)內(nèi)部分激光廠商卻只能達(dá)到30cm的水平，這樣的測(cè)量精度應(yīng)用于真實(shí)場(chǎng)景掃描基本沒(méi)有太大意義。

問(wèn)及激光雷達(dá)技術(shù)的未來(lái)突破口，邱純鑫表示，在“物與物之間距離測(cè)量”方面，激光信號(hào)“高速、穩(wěn)定、相干性低”的天然特性保證了它的不可替代性。隨著人工智能時(shí)代的來(lái)臨，越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)涉及激光測(cè)距。所以，一旦激光設(shè)備的成本降下來(lái)，越來(lái)越多的設(shè)備將會(huì)利用激光雷達(dá)進(jìn)行精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的采集提取。在聚集大量有價(jià)值的大數(shù)據(jù)并對(duì)外開(kāi)源之后，將會(huì)有大量開(kāi)發(fā)者利用具體的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，并開(kāi)發(fā)出具體的行業(yè)應(yīng)用。只有這樣，激光技術(shù)才有機(jī)會(huì)形成完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

采訪最后階段，邱純鑫透露，公司目前正在與多家互聯(lián)網(wǎng)公司就“無(wú)人駕駛汽車”項(xiàng)目展開(kāi)合作洽談，合作的核心部分是針對(duì)無(wú)人駕駛汽車開(kāi)發(fā)多線實(shí)時(shí)激光雷達(dá)產(chǎn)品。“等下半年，我們的產(chǎn)品一定能秒殺Velodyne”，邱純鑫自信中透露著一股勢(shì)必要捅破激光雷達(dá)技術(shù)“窗戶紙”的狠勁。

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