無人駕駛技術(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)起一場全球人工智能與機器人峰會，屆時我們會發(fā)布一個年度Top 25人工智能項目榜單，目前，我們正在四處拜訪人工智能、機器人領(lǐng)域的相關(guān)業(yè)者。在機器視覺這一領(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，請聯(lián)系：2020@leiphone.com

近日，樂視CEO 賈躍亭在主題為“無破界，不生態(tài)”的新品發(fā)布會上灑淚發(fā)布了公司首款智能汽車——LeSee 無人駕駛超級汽車，成為國內(nèi)繼百度之后涉足“無人駕駛”之后的又一家互聯(lián)網(wǎng)公司。雖然發(fā)布會現(xiàn)場針對這款汽車有進(jìn)行駕駛演示，但關(guān)于超級汽車的一些核心問題，大家依然不得而知。這也成了一個非常有意思的行業(yè)現(xiàn)象：盡管“無人駕駛”概念在業(yè)內(nèi)、媒體上已經(jīng)滿天飛，但消費者對其實現(xiàn)原理仍一頭霧水。那么，“只見森林，不見樹木”的無人駕駛技術(shù)背后的“窗戶紙”究竟在哪呢？

（Velodyne 激光雷達(dá)）

對無人駕駛技術(shù)稍有關(guān)注的讀者應(yīng)該對谷歌無人車頂部的激光雷達(dá)設(shè)備印象深刻，其實這部分正是“無人駕駛”技術(shù)的核心關(guān)鍵所在。激光雷達(dá)確保無人車具備人眼一樣識別外界環(huán)境的功能，并做出快速分析與判斷，從而控制車體運動。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、反射強光強度”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)回波的反射光強度（0-255分級）來區(qū)分物體的不同區(qū)域，精度高達(dá)毫米級別。（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，分為實時性激光雷達(dá)和非實時激光雷達(dá)。實時激光雷達(dá)一般分為16線、32線和64線，垂直對外分布的多探頭激光發(fā)射器同時對外發(fā)射激光束，實現(xiàn)各方位空間信息的實時檢測。而非實時激光雷達(dá)則只是單點發(fā)射的方式，在水平、平面兩個維度進(jìn)行掃描。最終的測量情況只能在掃描完成之后才能得出。

用“盲人摸象”的典故來解釋實時和非實時激光雷達(dá)之間的區(qū)別，是一個很貼切的比喻。盲人摸象，一雙手只能摸到局部，只能憑感覺來判斷大象的形狀，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，叫非實時激光；幾百萬只手同時摸，就是實時激光“。

自身特點的不同，實時與非實時激光雷達(dá)在應(yīng)用場景方面存在很大差異，對應(yīng)的性能參數(shù)也大不相同。對于需要快速呈現(xiàn)檢測結(jié)果的機器設(shè)備而言，實時激光雷達(dá)是不二選擇。谷歌無人車使用的正是國際知名的激光雷達(dá)廠商 Velodyne 公司的實時激光雷達(dá)，這款價值8萬美元的64線激光雷達(dá)，單個激光頭發(fā)射頻率為3.4375萬/秒，整個設(shè)備一秒可以對外發(fā)射220萬的激光束（64*3.4375萬/秒=220萬/秒），測量精度為2cm，測量距離為120m。

對于沒有實時檢測要求的應(yīng)用場景，比如室內(nèi)家裝、橋梁檢測、隧道建模等領(lǐng)域，出于成本方面的考慮，非實時性激光雷達(dá)會更合適。另外，相比velodyne，國內(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)品單個激光發(fā)射頻率及測量精度方面都有過之而無不及。單個激光發(fā)射頻率達(dá)到50萬次/秒，測量精度高達(dá)“2mm@50米（50米范圍內(nèi)測量精度為2mm）”，測距范圍為100米。在只有一個激光頭的情況下，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)備都有哪些評判標(biāo)準(zhǔn)呢？

“單位時間出點數(shù)、點云測量精度、測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，速騰科技CEO邱純鑫表示，“激光測距范圍的實現(xiàn)并沒有技術(shù)難點，只要加大激光探頭的功率，就可以提升激光雷達(dá)的測量范圍，難點主要集中在單位時間出點數(shù)與點云測量精度上，因為出點數(shù)和精度直接決定了計算量的高低”。

以Seeker 產(chǎn)品為例，每秒50萬個激光點，也就意味著計算單元每秒鐘需要處理50萬個激光點的測距信息，進(jìn)行50萬個點的數(shù)據(jù)運算，這對于目前的芯片模組來說是個不小的挑戰(zhàn)。在海量的數(shù)據(jù)處理需求下，想要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)處理，就必須保證算法不能過于復(fù)雜，因此激光點云數(shù)據(jù)的算法優(yōu)化成了激光廠商最核心的技術(shù)壁壘。如果算法沒跟上，激光設(shè)備很容易出現(xiàn)點云失真的現(xiàn)象，從而影響三維掃描的精度。

（實景建筑激光雷達(dá)掃描步驟與效果）

據(jù)邱純鑫介紹，國內(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，絕大部分只能來自為數(shù)不多的幾所高校與科研機構(gòu)，這樣的技術(shù)現(xiàn)狀使得國內(nèi)激光廠商在掃描精度上和國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”劉樂天從研究生時代就開始了激光掃描技術(shù)的研究，讀書期間就獲得了多項激光技術(shù)性專利。2014年邱純鑫和劉樂天開始創(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，

“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“無人駕駛”和無人機壁障技術(shù)方案。”

豐富的人才投入，讓速騰在兩年不到的時間取得了明顯的技術(shù)優(yōu)勢。全球頂尖的非實時性激光雷達(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，國內(nèi)部分激光廠商卻只能達(dá)到30cm的水平，這樣的測量精度應(yīng)用于真實場景掃描基本沒有太大意義。

問及激光雷達(dá)技術(shù)的未來突破口，邱純鑫表示，在“物與物之間距離測量”方面，激光信號“高速、穩(wěn)定、相干性低”的天然特性保證了它的不可替代性。隨著人工智能時代的來臨，越來越多的應(yīng)用場景將會涉及激光測距。所以，一旦激光設(shè)備的成本降下來，越來越多的設(shè)備將會利用激光雷達(dá)進(jìn)行精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的采集提取。在聚集大量有價值的大數(shù)據(jù)并對外開源之后，將會有大量開發(fā)者利用具體的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，并開發(fā)出具體的行業(yè)應(yīng)用。只有這樣，激光技術(shù)才有機會形成完整的產(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“無人駕駛汽車”項目展開合作洽談，合作的核心部分是針對無人駕駛汽車開發(fā)多線實時激光雷達(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必要捅破激光雷達(dá)技術(shù)“窗戶紙”的狠勁。

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