Innovusion鮑君威:圖像級激光雷達構建自動駕駛的可靠感知系統

​2018年10月,圖像級激光雷達系統開發商Innovusion宣佈獲得由蔚來資本、斯道資本,和F-Prime Capital領投約3000萬美元的A輪融資。

2018年11月,Innovusion的激光雷達系統Innovusion Cheetah(獵豹)也正式面向全球客戶開放訂購。作為全球首款圖像級激光雷達系統,獵豹支持L3級及以上(特定運行條件下全自動)自動駕駛解決方案。具體而言,該產品能夠探測200米以外的物體,並生成高密度點雲(300 線)。

2019年1月,Innovusion成立中國子公司圖達通智能科技(蘇州)有限公司。

2019第四屆ADAS與自動駕駛論壇於3月21-22日在上海召開,論壇由CCIA智能網聯專委會與佐思產研主辦,地平線、縱目科技、中科慧眼、中電昆辰、富蘭光學、創景科技等單位支持。

Innovusion 創始人兼CEO鮑君威在論壇上發表了題為“圖像級激光雷達構建自動駕駛的可靠感知系統”的演講。以下是演講全文。


Innovusion鮑君威:圖像級激光雷達構建自動駕駛的可靠感知系統



先介紹一下L1到L5自動駕駛分類和對感知控制的要求。在L4以下的場景對控制要求不是很高,但對L5是一個跳躍,要處理各種複雜場景。對於感知,從L3開始因為有至少十幾秒的駕駛員不專心開車的時間,就需要駕駛系統能夠完全可靠地取代人的感知。根據統計數據,人類感知系統一百萬小時左右會有1起死亡事故,感知誤差率是十的負十次方以下。如果切換到自動駕駛系統,需要比人類的感知好十倍以上,至少達到是的負十一次方,這樣的誤差率還需要冗餘,各個傳感器比如攝像頭,激光雷達,毫米波雷達都需要撐起自己達到這樣可靠感知的重任。


Innovusion鮑君威:圖像級激光雷達構建自動駕駛的可靠感知系統


來看兩個比較典型的場景。第一是城鎮道路低速行駛的場景,能有效感知到50米以內範圍的大人、小孩、各種障礙物等。這裡小孩作為一個代表,激光雷達本身的原理非常簡單,像激光筆一樣打到邊上屏幕上,發過去再回來。但是自動駕駛難就難在要在自然的場景下,在自然光的條件下,有時候還有陽光,各種雨霧天氣情況下打這個激光筆的光點,而且光電會打到各種不同特性的物體表面。如果打在會場後面,大家可以看到光點大很多了。如果在外面陽光下,用這個激光筆打的光點幾乎是看不到的。在自然環境下保守估計有5%-10%的幾率激光雷達系統會接收不到從物體返回的信號。


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比如在50米以外,一米高的小孩要十個點以上(才能有效感知),需要激光雷達的傳感器分辨率至少達到0.2度左右。另外高速路上的行駛,大家公認比較保守的停車、剎車距離大約是150米左右,這麼遠距離以外,汽車比人更不可控制,也許有一些車本身擦得很亮,顏色非常深,這時候一個車上需要有15-20個點左右。同樣推算,激光雷達的分辨率也需要0.2度左右。一個駕駛場景考慮到縱向有坡度等不同變化條件下,大家可能希望有大約20-30度左右的視角。30除以0.2度,所以大家希望激光雷達達到的線數是150線左右,這是L4級自動駕駛的最低線數。

L3級呢?如果希望感知系統能夠更可靠的輔助人類駕駛員,達到安全狀態的話,它的要求也是很高的。如果對於駕駛員要求特別敏感,可以將LIDAR的要求放得特別低,所以這有很大的變化範圍。


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現在傳感器是在什麼狀態呢?比較關鍵的超聲傳感器是幾米的測量距離。毫米波雷達做得好的,長距離可以達到一兩百米,甚至更遠,近距離幾十米,但線數是非常低的。目前市場上出現了很多低線的激光雷達,譬如8,、16、32、64線的,最近出來128線的,在這個範圍內還是和毫米波雷達一樣,做得好的能達到250米,做得不好的三四十米,但是都達不到L4級自動駕駛的要求。 還有的激光雷達像相機一樣,分辨率非常高,達到百萬像素,但是測量距離非常近。

如果大家想達到L4級該怎麼辦呢?堆疊多個激光雷達,達到及格線,大約0.2度,或者150線。Innovusion希望用一枚激光雷達可以達到300線,而且可以達到兩百米以上的測定距離。核心就是們希望用激光雷達提供一個可以信賴的眼睛,具有高分辨率和長距離特徵。

下圖是Innovusion激光雷達的點雲。看過了低分配的激光雷達,大家覺得激光雷達就是一條一條的,中間很多漏洞。下圖可以看出分辨率可能不如高清視頻高,但也達到了300線,相當於二三十年以前老電視的分辨率了。如果看仔細些,幾乎各個車輛可以看清楚,行人、建築物也知道是在什麼地方。


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(視頻播放)這是速度快的場景,限速80公里,所以車、車道線、兩邊的分割線、電線在80-100米可以顯示出來,由此體現出激光雷達超高的分辨率。可以看到車道線的分割線可以遠到100米左右,路面上的點大約70米左右。每個點都是實時產生的,精確到幾釐米的點。


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再來看測得比較遠的距離,下圖圖像距離大約是280米,很多車在200米以內可以很好探測到。大家看到這三輛車,離了這麼遠的距離,車本身的形狀已經不能特別清楚得顯示出來,每車車尾可以看到六七個到十個點左右,三輛車分別在277米、246米、225米距離處。


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自動駕駛的要求不能因為看到一個點、兩個點就認為是物體了。Innovusion的LIDAR可以看到250米以外車尾的七八個點,就讓系統有足夠的時間做規劃控制,即使是對重卡來說,開到100公里的速度也是可以控制的。

下面是典型的感知系統演示1.0、2.0版本。2.0讓大家把數據拿過來做訓練感知,由於激光雷達探測距離、密度侷限,最多探測50米以內的物體,50-100米之外,可能能做一些事情,但是點雲密度不大。


Innovusion鮑君威:圖像級激光雷達構建自動駕駛的可靠感知系統


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下一步是感知系統評測的3.0版本。自動駕駛不能挑場景,只探測比較大的物體。開車的時候需要看什麼呢?希望看到任何一個在路上的,可能對車輛、輪胎產生危險的物體,典型物體是什麼呢?比如一塊磚,20釐米高。激光雷達多少米可以看清這個物體呢?人一般是50-100米看清。激光雷達能不能看清?

這裡模擬了一個場景(視頻播放),在一個路上開車,100-120米之間有物體出現了,這是放的障礙物,慢慢離得越來越近,基本大小20釐米高。探測點在100米以外基本是三到四個點以上。這不是常見的場景,但是一定要確認不能出事,不能到30米才探測到。

如果激光雷達可以探測到100-120米之間的障礙物,對高速行駛的車就是一個很好的保護。Innovusion希望把目前的要求定義在100到120米之間,想象一下在高速公路上,汽車時速120公里左右,在100-120米左右看到三四個點,通過這樣的算法,可以積累三到五幀的數據。此時車可以減速,無需急剎車,等大約六七十米左右可以判斷是不是對行駛產生危險的物體。速度相對比較慢時,如果真遇到這樣的場景,即可急剎車。

那麼在這個場景中,100-120米之間看到的障礙物是什麼樣呢?這個橘黃色像電池一樣的東西高20釐米, 這個磚寬40釐米,桔紅色的盒子也是同樣大小。80-120米之間的人,對比攝像頭的影像,汽車可以判斷出來,人在比較遠的地方可以看得非常清楚。這種複雜場景下,大家看到的是圖像級的三維實時場景。

在場景複雜、繁忙的停車場、交通路口,大家不能完全探測到場景裡面所有的物體,好多傳感器比如激光雷達密度不夠,普通攝像頭探測可靠性不足,並且需要大量計算資源。我們這裡把激光雷達架在車上,看看監控複雜場景的情況。大家可以看到120米範圍內的行人、車輛、甚至騎車的小孩兒都可以清清楚楚地從高密度三維點雲圖探測到,並有足夠時間跟蹤及使用AI系統做行為預測。 如果把高清激光雷達掛在路邊作為V2X車路協同的傳感器,會給整個自動駕駛系統提供可靠的另一路冗餘。


Innovusion鮑君威:圖像級激光雷達構建自動駕駛的可靠感知系統


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對於高清激光雷達的高質量數據,我們訓練一百幀左右的數據,就可以探測100-120米左右路面的車和物體。另外因為數據點很密,很容易和攝像頭做像素級的融合。這樣的結合知道這個車的尾燈在什麼地方,可以實時跟著尾燈像素,就知道這個車要不要剎車。


Innovusion鮑君威:圖像級激光雷達構建自動駕駛的可靠感知系統


Innovusion的激光雷達很容易和攝像頭做傳感器的融合。如果有了圖像級的激光雷達,自動駕駛就會有跨越式的發展。

Innovusion於2016年成立,將近一年前給客戶提供早期的樣品,2018年11月發佈下圖這款產品,目前處於小規模給客戶做測試階段。


Innovusion鮑君威:圖像級激光雷達構建自動駕駛的可靠感知系統


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