12.02 哈佛教授從蜘蛛身上找到啟發,自動駕駛或許有更好的新方向?

現在的自動駕駛汽車配備的視覺傳感器,比較主流的有激光雷達和高清攝像頭兩種技術。對於未來趨勢,很多人會猜測:

究竟哪種技術會勝出?

激光雷達和高清攝像頭的特點是:激光雷達技術更優,對駕駛安全性更有保證,但成本更高;攝像頭主要通過算法進行圖像識別,劣勢比較明顯,但是成本更低。

就價格來看,攝像頭系統價格普遍在200美元以下;而激光雷達由於成本原因,遲遲未能普及,以Velodyne為例,他們的16線激光雷達售價雖然已經降至3999美元,但車載標配的64線激光雷達仍然高達50萬元,128線更是天價。特斯拉的CEO馬斯克曾經在公開演講的場合聲稱激光雷達沒有用,認為用視覺的攝像頭就可以解決自動駕駛問題。但是在視覺攝像頭技術還未完全成熟的情況下,還不能證明它的安全性能達到激光雷達的水平,因此完全不用激光雷達目前來看是不可能的。

所以,一種價格高,性能優;一種價格低,性能相對劣勢。兩種技術之間的競爭,是否有普遍的發展規律呢?

技術產業化的一個普遍的規律是,隨著技術的大量應用,性能好的更貴的硬件(比如激光雷達)會隨著產量增加,價格急劇下降,最後被市場接受。但是在之前的過渡階段,就自動駕駛來說,很有可能出現兩種技術融合的趨勢,比較一輛汽車同時配備激光雷達和高清攝像頭,進行優勢互補。

但是要注意了,也有另外一種可能:更加便宜的第三條技術路線會脫穎而出。

全球科技創新產業專家、海銀資本創始合夥人王煜全說過,雖然科技創新沒有辦法預測,但是科技創新進入社會對市場形成影響是可以預測的。意味著如果你從高校的科研成果就有系統的監督和跟蹤,那麼你對科技趨勢的判斷也會有一個準確的把握。

就自動駕駛的視覺傳感器技術來說,哈佛大學的一項科研成果:利用超透鏡(超薄的納米光子組件)的深度傳感器,有可能成為繼激光雷達和高清攝像頭之後的第三種技術路線。

為什麼它非常有價值?因為它實現了深度視覺,也就是說光學鏡頭不僅僅能依靠算法來判斷物體,它也能夠像激光雷達一樣來測量距離了。

在得到知識城邦上,王煜全介紹了這項前沿的科技成果。經過深入的分析後我們發現,這項技術的應用可不僅僅是自動駕駛那麼簡單,其發展潛力遠遠超乎了我們的想象。

哈佛教授從蜘蛛身上找到啟發,自動駕駛或許有更好的新方向?

技術的原理是從蜘蛛身上受到的啟發。我們人類的眼睛獲得距離信息的方法,是將左眼和右眼同時獲取到的兩幅略有差異的圖像進行搜索對比(你可以把手指放在面前,交替睜開左右眼,這時你就有體會了吧),但是,這種方法不夠精確,而且處理繁瑣。人類有一個強大的大腦可以處理這些任務,但是蜘蛛卻沒有。

哈佛教授從蜘蛛身上找到啟發,自動駕駛或許有更好的新方向?

其實,蜘蛛已經進化出了一個比我們人類更為先進的深度感知系統。蜘蛛捕獲獵物(比如蒼蠅)之前,用主眼注視蒼蠅,這時只有主眼視網膜的圖像是清晰的,而其他眼睛視網膜上的圖像會顯得模糊,這種模糊變化的背後則直接隱藏著距離的信息。確定好距離後,蜘蛛能夠準確地跳躍到離自己身軀好幾倍遠的地方,對獵物發起致命的攻擊。

哈佛教授從蜘蛛身上找到啟發,自動駕駛或許有更好的新方向?

在哈佛大學的實驗中,研究小組模仿蜘蛛的原理,將兩個具有不同深度焦距的透鏡共同放到一個光圈中,構建出一個“超透鏡深度傳感器”。在下方我們放了一張實驗中的拍攝圖片,可以看到在不同距離下拍攝到的物體模糊程度的變化,包括果蠅、水柱,還有半透明的蠟燭(這類物體往往無法通過激光雷達或ToF測量)。

哈佛教授從蜘蛛身上找到啟發,自動駕駛或許有更好的新方向?

那麼哈佛大學的這項研究成果未來會不會取代激光雷達呢?王煜全認為,雖然現在判斷還為時尚早,但至少這項研究成果為我們提供了另一種可能性。未來激光雷達和具有深度視覺的攝像頭進行互補,發揮各自優勢的可能性會更大。

這項技術還有一些優化的空間:一個是傳感器體積。目前,用現代設備也可以實現這種方法,但是需要非常大型的光學攝像頭和電動機械組件,這種攝像頭可以拍攝不同焦點的照片,但是由於體積龐大而笨重,限制了傳感器的速度和實際應用場景。而哈佛大學在實驗中的“超透鏡深度傳感器”,體積只有4×4×10cm。雖然這個體積還不算小,但這只是一個實驗室裡的原型,其中超透鏡材料(也就是超薄的納米光子組件)直徑僅有3mm,未來傳感器的尺寸還有很大的縮小空間。

另外,實驗中的計算機採用了英特爾i5-8500K處理器和NVIDIA Titan V顯卡,通過優化代碼和硬件,還可以進一步提升速度。基於以上兩點,未來還可以用於微型機器人、侵入式醫療設備、小型穿戴設備、輕便型AR眼鏡/VR眼鏡、甚至手機等產品的傳感器上。

順便說一句,手機的要求也極大推動了攝像頭的進步,蘋果的iPhone 11的三攝像頭設計被稱為浴霸,但華為隨後就推出了四攝像頭手機。攝像頭越做越小,光學透鏡已經難以滿足需求了,更小的金屬透鏡是未來的方向,如果能在手機上疊加超透鏡傳感器,是否會增強手機的3D建模能力,也是我們希望看到的。


分享到:


相關文章: