安森美半導體智能感知部全球市場和應用工程副總裁 易繼輝(Sammy Yi)
近幾年,機器視覺技術的快速發展,為很多行業帶來了巨大改變。汽車、工業和邊緣人工智能成為最火熱的應用領域。
走向智能化的汽車產品,正在以前所未有的速度吸收各種最為先進的技術,并逐一加以驗證。
“很多人都在講,未來的汽車已經不像傳統的汽車了,而是一個架在四個輪子上的計算機。我認為,更嚴格的定義應該是:架在四個輪子上,而且具有極其強有力的感知能力的計算機。“安森美半導體智能感知部全球市場和應用工程副總裁 易繼輝(Sammy Yi)表示。
各種先進的感知技術,從ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環視360度,監控、電子車鏡、駕駛員監控、乘務員監控、車內的、毫米波雷達和激光雷達,一步一步逐步裝進了汽車內。
圖說:汽車的感知能力前所未有的強大
“現在最好的汽車感知系統已經遠遠超過人類的感知,能夠分分秒秒、時時刻刻不間斷地監控周圍環境,這是人類駕駛員遠做不到的。而且駕駛員經常會有分心的時候,注意力不集中疲勞的時候,感知系統則不會有這樣的問題。所以我非常相信,未來的自動駕駛很可能會比人類駕駛更安全,這是其中一個原因,就是它的感知系統越來越豐富,越來越全面,而且越來越強大。”
人們對汽車要求不再滿足于購買一輛“可靠的汽車“,而是”可信的汽車“,它能夠在緊急情況下比駕駛員作出更快更好的決策并且實施,終極目標就是自動駕駛。
經過這些年的發展,各國自動駕駛技術已經有了明確的分級。
圖說:中國的自動駕駛技術分級
中國國內自動駕駛分級和國外基本接近,都是六級,從L0到L5,0級到5級,級別逐漸地提高,包含的自動化、智能化程度也越來越高。
L1、L0基本屬于自動化輔助駕駛功能,L1英文定義為脫腳(feet off),腳可以自由;L2是脫手(hands off),手可以放開駕駛方向盤;L3是eyes off,駕駛員眼睛可不用始終注視在道路上,但汽車發出警告時駕駛員需要接管;第四級是mind off,不用思考駕駛問題,因為連方向盤都沒有了;第五級叫做limit off,已經沒有任何局限的場景,任何場景都可以自動駕駛,是真正的自動駕駛。
“最大的一個分界點是從L3到L4。從我個人對業界的觀察來看,先做L3然后過渡到L4這種戰略想法是不現實的,如果公司目標是最終達到L4,可能現在就要按L4的方法設計自動駕駛系統,而不是先設計L3,在L3的基礎上來改進。L3和L4中間有很大的鴻溝,很難在L3架構上逐漸改善實現L4。這之間的技術差距就像加減法和微積分那樣大。”
但不管是L3還是L4直到L5,汽車機器視覺技術都是實現目標的關鍵。汽車機器視覺技術面臨的挑戰也非常多,有三個比較突出的方面
圖說:汽車及其視覺面臨的挑戰。
1:寬動態。當車輛逆著太陽方向行駛的時候因為光線太強,周圍會變得漆黑一片,機器什么都無法發現;從暗到亮,從車庫、隧道出來,如果寬動態不夠,可能根本沒有辦法看到或者只能看到暗處,或者只能看到亮處。
2:環境條件,零下幾十度的環境,和沙漠高溫環境都要適應。
3:辨別LED指示牌、交通燈。包括中國、歐洲、美國、日本、其他國家在公路上都已經開始實行電子管控牌,大量使用LED發光設備,人眼辨識方便。但因為LED閃爍頻率沒有標準,所以,圖像傳感器因為頻率不同步,經常捕捉不到信號。這對機器視覺來說是很大挑戰。
安森美半導體的想法是怎么樣把這些技術困難,在半導體層面用摩爾定律來解決。一旦能夠用摩爾定律解決問題,自然就帶來了降低成本,縮小尺寸、降低功耗的好處,經過幾代產品的迭代,逐步攻克技術難點。
“以LED閃爍為例,過去整車廠或Tier-1是信號出來以后,通過軟件處理,去除不好的效果。后來我們直接移到芯片、像素里,用半導體制程來解決該問題。越是使用半導體來解決該問題,使用的成本就會越少。比如3D,市場上有很多使用雙目的方法,用軟件把它合成,兩個攝像頭成本非常高,而且Calibration校準非常嚴格。如果把它直接做到芯片層級里,它的成本、校準都會降低。把產品、硬件、軟件的問題放到摩爾定律,半導體層面來解決。”
憑借不斷的技術迭代,安森美半導體在機器圖像感知市場取得了優勢市場地位。在汽車成像市場,專門給人眼看的,如駕駛員、乘客、后視、環視、電子后視鏡。安森美半導體在全球擁有超過60%的市場份額;汽車感知市場,人工智能和機器視的感知系統,安森美半導體全球市場份額超過80%,而且還在逐年擴大。
Andrew Ng是斯坦福大學人工智能專家,被稱為“人工智能之父”。他認為:人工智能是新的電力,就像第二次工業革命電力給整個人類帶來的一個巨大的深入改變;數據是人工智能的動力和發動機;感知是數據的燃料。
安森美半導體的智能感知部門就是瞄準了機器視覺感知系統的技術方向,經過多年的技術積累,推出包括圖像感知,多光譜、高光譜的感知,激光雷達感知、毫米波雷達感知、傳感器融合此類深度感知系統。
“所有這些都是在推動AI和第四次工業革命的進步。“
附錄:安森美半導體部分感知系列產品
圖說:安森美半導體XGS全局快門成像系統
圖說:即將推出的具備高動態場景的4K傳感器
這個場景人眼是完全不能看的,非常刺眼,眼睛睜不開。而這款圖像傳感器不光能夠看清場景,連燈絲都能看得非常清楚。而0.2cd/cm2光照量非常低和190,000cd/cm2光照量非常高的兩種情況并存時,兩處場景都能看到,
圖說:即將推出的戶外液晶4K傳感器
在0.2勒克斯,幾乎非常暗的光線下能夠清楚識別各種物體
圖說:AR1335圖像傳感器訓練的水果新鮮度分類系統
使用NVIDIA Xavier Edge GPU進行機器學習,推理精度可以達到97%,其中AR1335 (1300萬)這款圖像傳感器能提供非常好的圖像質量,使人工智能的判斷精度能夠提高。
圖說:人臉識別支付應用 可適應不同環境下的光線
圖說:新的超低功耗傳感器ARX3A0
圖說:LiDAR系統整體方案
傳統用技術APD,雪崩光電二極管。它的缺點是體積大、功耗高、偵測距離范圍有限、一致性不好。安森美半導體的技術為SiPM(硅光電倍增管),優勢在于它的增益是APD的1萬倍,靈敏度是APD的2000倍,工作電壓要求非常低,只要30V,而APD要250V,而且一致性非常好,特別適合大批量生產。
圖說:LiDAR平臺概覽
毫米波雷達的適用范圍有:L1、L2、L3、L4、L5。在不同自動駕駛的級別上有不同的應用。安森美半導體下一代毫米波雷達產品的重點是放在L3層級應用,是安森美半導體專利的“MIMO+”技術。它能夠提供4D的信息,R是距離,V是速度,A是角度,E是高度,能夠提供四維信息。