2021年11月02日 | 恶劣天气条件下如何提升感知能力？

前不久，Elon Musk在一条推文中写道：“广义自动驾驶是一个难题，因为它需要解决现实世界AI的大部分问题。没想到会这么难，但回想起来，困难是显而易见的。没有什么比现实更自由的了。”

掩盖高级自动驾驶能力的真相并非是只有特斯拉。大多数车厂都尚未承认，尽管他们的ADAS和AV安装了许多传感器，但它们在黑暗、强光和大雾、雨雪中驾驶时仍然很弱。

当风和日丽，鸟儿唱歌时，自动驾驶汽车大多都是运行良好的。但多数人通常是更多在日落后或天气不好时选择驾车的。AV公司们声称已经实现了高级自动驾驶，但我们都心知肚明这些公司仍在寻找应对恶劣天气的解决方案。

VSI Labs的Phil Magney说，技术供应商在前不久底特律的“Destination ACM”活动中发布的内容清楚地表明，自动驾驶竞争的下一个前沿都是关于可以改善感知和扩大ODD（Operational Design Domain）的技术。他认为，感知技术的进步是稳步改善ADAS的关键，这将持续20-25年。”

下面是一些聚焦于提升边缘感知能力的公司。

Brightway Vision

Brightway Vision专门提供带NIR CMOS图像传感器和脉冲照明的门控视觉摄像头系统。

这家创业10年的初创公司是从以色列最大的国防电子公司之一Elbit Systems剥离出来的，开发了一个“全天候汽车摄像头系统”，准备在2022年年中之前取得车规认证。

这个被称为Visdom的系统不是普通的摄像头。它配备了“智能闪光灯”和内置“智能蓄能器”的CMOS图像传感器。根据Brightway Vision的说法，该设置支持集成来自多个照明脉冲的反射光。他说，使闪光红外传感器智能的是“能够在不影响其他范围的情况下，在每个范围内放置特定数量的光线。”

这带来了两大好处。首先，“它在所有范围内创造了一种奇怪的均匀照明，看起来更像白天的图像，而不是标准的主动照明夜间图像。”其次，“使用复杂的脉冲照明器控制可以有效地消除后向散射。”后向散射是车辆前照灯无法穿透雾的原因。

Brightway Vision使用VCSEL作为照明器。与使用VCSEL测量距离的典型激光雷达不同，Brightway Vision部署VCSEL是用来“收集光线”。

通过每帧脉冲快门1,000次，相机捕获图像的“切片”，并将其多次曝光（在所有范围内均匀照明）累积到单个图像中。摄像头“将这些图像片段组合到模拟域中”。切片的一个有趣用途是，它们允许在任何想要的范围内“去除背景”。其结果是图像对比度显著提高，使AI和人类能够更好地检测物体。

尽管如此，Brightway Vision认为其摄像头是ADAS或AV中彩色摄像头的“终极”补充。Levi指出，许多专家同意摄像头是自动驾驶的关键传感器，但“普通摄像头的缺点是光线不足，在恶劣天气条件下很不利。”

Visdom将改变这个方程式，因为它可以在低能见度下提供与晴朗天气相同的性能水平。Birghtway Vision的Visdom摄像头的主要功能缺陷是它无法提供颜色。

Brightway Vision认为“AV不会有单一的传感器解决方案。”该公司基于CMOS的NIR门控传感器也可以用于“冗余或验证”检测未被其他类型传感器分类的物体。例如，假设雷达在路上发现一个光点。Brightway Vision的摄像头可以给这个光点上投射更多的光线，在切片上拍摄。鉴于其摄像头的API是开放的，与其他传感器的通信是可能的。

VSI Labs一直在测试Brightway技术，他们指出，这家初创公司的Visdom“表明摄像头在充满挑战的条件下可以有多好”。他们曾在一辆装有Visdom的车辆上经历过突然被暴雨吞没的情况。他们认为，到目前为止，“在这种情况下，没有什么比这台摄像头更好了”。然而，Visdom“比普通摄像头更复杂，因为它需要发射器”。

Visdom的摄像头系统要求车厂同时部署摄像头和照明设备，这增加了集成的复杂性。Brightway Vision也承认，一些OEM和Tier 1认为这“具有挑战性”。

然而，系统集成也有一些优势。Visdom摄像头可以像任何其他CMOS图像传感器一样放在挡风玻璃后面。这意味着车厂无需担心摄像头的清洗和冷却，或是破损等问题。此外，照明器可以位于前照灯内，从而保护和隐藏它们。

尽管如此，Brightway Vision技术的独特性可能会使Visdom对一些不愿承担风险的OEM和Tier 1来说很难接受。当他们发现Brightway Vision是唯一一家结合定制CMOS图像传感器和基于脉冲的照明器的公司时，他们都比较犹豫。

Nira DynamicsNira Dynamics（瑞典林克平）也在Destination ACM上进行了发表，推出了一款软件，可以更好地让AV和ADAS驾驶员（机器或人类）在恶劣天气下应对路况的突然变化。

Nira是indirect TPMS的领先者。Nira的软件安装在许多车辆中，可以动态测量路面信息，如轮胎抓地力、气压和松动的车轮。Nira的软件融合了ABS、微滑移、加速度计和转向角的信息，可以检测与路面的摩擦，收集道路湿度数据，并发送到OEM的云端。在此基础上，Nira将数据匿名化，并向驾驶员发送即将到来的路况警报。

Magney指出：“Nira的动态算法将使AV能够在湿滑的条件下运行。它也适用于ADAS。”

Nira说他们的一个优势是，所有车辆，包括ADAS、AV和其他车辆都可以使用Nira收集的数据，而无需添加另一个专门用于安全的传感器。

虽然了解道路状况有助于更安全驾驶，但Nira也认为向市政当局提供数据的机会越来越大。例如，州或城市反过来可以用它来使道路维护更环保，并更有效地管理铲雪和坑洞修补等任务。一旦Nira的道路信息覆盖在天气信息上，还可能有助于货运公司更好地规划路线。

Aeye

Aeye认为它的激光雷达可以另归一类，因为它有“双稳态激光雷达架构”。在这种架构下，激光的传输和接收通道是分开的。Aeye声称，他们的iDAR可以“在需要的地方带来更多的分辨率”。

当每个激光脉冲发射时，接收器被告知在何时何地寻找它的返回。这使得“在采集点的传感过程中引入确定性AI”成为可能。Aeye将这个过程描述为“仿生学”，并解释说，它允许iDAR专注于车辆周围最重要的事情。

激光雷达的已知问题之一，尽管没有得到广泛承认，但很明显其性能会在雨天骤降。如果激光雷达光束与发射器附近的雨滴相交，它可以将足够的光束反射回接收器，将雨水记录为物体。液滴还可以吸收一些发射的光，降低传感器的性能范围。

Aeye在ACM演示了iDAR，甚至准备了一台造雨机，以展示传感器在潮湿天气中的物体检测能力。

据该公司称，Aeye的客户可以在设计时创建一个确定性、软件可配置的扫描模式库，每个模式都针对特定的用例。除了为高速公路、城市和郊区驾驶创建不同的扫描模式或“出口坡道”模式外，Aeye解释说，客户还可以为相同的驾驶环境创建扫描模式，但针对恶劣天气进行优化，例如“高速公路雨水扫描模式”和“高速公路阳光扫描模式”。

今年早些时候，VSI Labs监督了Aeye系统的测试。

VSI Labs证实：(1) AEye传感器可以在不损害帧速率的情况下在1000米远处检测到大量的点；(2) AEye传感器从200米处在18%的目标上生成超过175点，每度平方1600点，(3) iDAR扫描超过200Hz的全帧和FOV，(4) iDAR在不同角度可以从前风挡后面有效地进行感知。

Magney总结道：“它很酷，因为它可以看到一公里外，且iDAR可以在挡风玻璃后面工作。”他补充说：“远程激光雷达对卡车运输尤为重要。”