雷射雷達VS視覺算法 究竟哪個是自動駕駛的未來?

2020-12-16 易車網

大家好,我是電動車公社的社長。

最近,小鵬汽車因為兩件事火了。

第一件是股價,一天之內暴漲33.92%,讓許多人嘗到了支持新能源的甜頭。何小鵬反應很快,發了一封全員郵件,希望小鵬汽車的小夥伴們放眼長線利益,不要只看短期股價的漲跌。

隨後股價果然跌回了暴漲前的價格……

另一件事,就是何小鵬和馬斯克互懟了。

事情的起因是一位海外友人看熱鬧不嫌事兒大,在推特上問馬斯克:「如何看待小鵬汽車在自動駕駛領域採用雷射雷達,沒有採用和特斯拉相同的純視覺路線?」

不僅如此,還添油加醋地補充了一句,「小鵬汽車是不是意識到他們抄襲特斯拉的方案行不通了。」

推特紅人馬斯克當然不會放過這個營銷的機會,直接指責小鵬汽車抄襲——

「他們只有我們舊版的代碼,但沒有我們最新的神經網絡系統。」

何小鵬也不甘示弱,對此進行強勢回應:

兩邊的粉絲也抄起鍵盤,吵得不可開交。一方認為馬斯克打擊異己,是一種霸凌的行為;另一方則認為小鵬汽車有剽竊代碼的嫌疑,應該調查。

那麼,為什麼馬斯克會如此反對雷射雷達?

小鵬汽車,到底有沒有抄襲?

以特斯拉為首的視覺派,和大多數廠商都支持的雷射雷達派,誰才是自動駕駛的出路?

01. 雷射雷達有多重要?

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以前社長就和大家簡單聊過,ADAS高級駕駛輔助系統需要感知、判斷、操控這三步,才能進行駕駛的操作。就像我們需要雙眼去觀察、需要大腦去判斷、需要四肢去操控才能開車一樣。

這裡面,負責判斷的算法、負責操控的車輛架構都是各花入各眼,廠家們自有辦法。但在負責感知的硬體上,卻產生了巨大的分歧。

我們知道,感知的方法主要分為估計型的攝像頭,以及測量型的雷達。就好比走路用的拐杖和眼睛,一個負責判斷周圍有沒有絆腳石,一個負責判斷周圍有沒有路、有沒有人。

對於大多數廠家來說,只用一種感知方式是不夠可靠的,事關安全無小事。

因此,大家普遍採用測量型和估計型緊密結合的技術路線,用豐富的硬體最大程度地感知環境,減少發生問題的風險。攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達、雷射雷達多多益善,要是能用上GPS定位、高精度地圖甚至是V2X車路協同,那就再好不過了。

總之,走路用的拐杖越多就越放心,反正咱有鈔能力。

如果說大家的區別,無非是這家鈔能力弱一點,那家鈔能力強一點而已。

弱一點的,就比如傳統主機廠和造車新勢力,用有限的傳感器實現部分自動駕駛,實現的是ADAS Cars,輔助駕駛汽車,目前最多能夠支持到L3。

強一點的,就比如Waymo、百度Apollo、Super Cruise,用大量傳感器實現完全自動駕駛,理論上要實現L4,甚至是L5。

雷射雷達,就成了實現自動駕駛必不可少的硬體設備。Waymo甚至「以販養吸」,成為了雷射雷達的供應商,直接對外銷售雷射雷達。

我們在一線城市的開放試驗區見到的自動駕駛測試車,100%都頂著這樣的一個「大腦袋」,裡面裝的就是16/64/128線的雷射雷達。

由於雷射雷達每秒能發射數百萬個雷射束並測量返回時間,從而得到周圍物體確切的距離和形狀。

這海量的感知信息,能夠讓自動駕駛汽車更精確、更穩定地感知到周圍環境,比如能從2σ(97.73%)提升到3σ(99.87%)。

所以一些捨得下本的品牌,就會採用雷射雷達來換取安全覆蓋率的提升。

不過,「一分錢一分貨」這句話,在雷射雷達上再一次得到了應驗。

已經獲得百度、福特、現代、尼康等多家公司投資、也是全球最大的雷射雷達公司Velodyne,其16線、32線、128線雷射雷達的價格,高達4000、4萬、8萬美元!

就這4000美元的VLP-16,還是在2018年打了5折之後的價格。

想要用硬體實現L3,怎麼也得裝一個,就比如率先實現L3的奧迪A8,車頭的位置就有雷射雷達。要是想實現L4,全車的一套系統怎麼也要5萬美金以上,奢侈點的甚至會達到10萬美金!別說特斯拉了,這筆錢買保時捷Taycan都綽綽有餘。

為此,馬斯克不惜在公開場合怒懟雷射雷達,也包括用了雷射雷達的其他自動駕駛公司。

「雷射雷達就像人身上長了一堆闌尾,闌尾本身的存在基本是無意義的,如果長了一堆的話,那就太可笑了。任何依賴雷射雷達的公司都可能無疾而終。」

這也揭開了特斯拉和其他廠商之間鬥爭的序幕。

02. 進擊的馬斯克

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馬斯克拿出來的解決辦法,是作為估計型感知的純視覺方案。這種三目攝像頭的環視解決方案,成本不過300多美金而已,比雷射雷達便宜了不知多少倍。

其實想法也很簡單:一個健康的人不可能用拐杖走路。人的眼睛能做到,憑什麼攝像頭的純視覺就做不到?

如果你說人類能做到是因為有大腦,那就讓神經網絡系統模擬大腦不就完事兒了!

在純視覺路線的引導下,特斯拉招募了一大批在常青藤名校做視覺的碩士生或者博士生,這群人也是在全球玩視覺玩得最6的。在最新的測試Demo裡,特斯拉甚至已經在部分路段完成了L4級別的自動駕駛,並且能識別出絕大多數的交通參與者。

特斯拉是怎麼做到的?其實就是這張圖:

簡單來說,我們的大腦是怎麼學習的,它就是怎麼學習的。

它會先通過特斯拉上的攝像頭,給周圍的交通參與者建立模型,同時把相片數據添加到神經網絡的訓練集裡,讓人工告訴它這是什麼。

形成一定規模之後,它就會有自己判斷的能力,比如這是一臺小轎車,那是一臺貨車,那邊是一個騎自行車的行人。

在特斯拉眼中,世界其實是這樣的。

我在哪,我周圍有沒有車道線,周圍有沒有交通標誌,我周圍有幾個交通參與者,分別離我有多遠,他們運動的方向和速度都是什麼……等等。

但神經網絡終究是個AI,它存在誤判的可能。有的是誤判了物體類別,有的是誤報,還有的是漏報。就比如前面有個龜速「老頭樂」,早期的特斯拉不會做出反應,會直直地撞翻過去。

但這時,特斯拉的測試車,以及幾十萬的特斯拉車主就會介入駕駛過程,要麼剎車,要麼變道。

人工幹預會觸發一次快照,就是一段由多個攝像頭、毫米波雷達、GPS等多個傳感器組合得到的視頻剪輯,和相關的後臺數據。特斯拉的人員會進行覆核,看看特斯拉的做法和人類的做法有什麼區別,找出差距,然後讓系統自動改進,也就是標註的工作。

在標註中學習,就是特斯拉的「影子模式」

當然靠人工提供的精確標註幫助機器學習,速度太慢了——招一堆人標註員花掉大量的人員工資,可不是特斯拉的風格。

特斯拉要做的,是讓機器自主學習!

既然特斯拉有幾十萬臺車在路上跑,那這些從路上得來的,就都是標註數據

需要訓練防加塞功能?只要預測cut-in(加塞)的運動軌跡,再和真實數據進行比對就好了。需要訓練行人碰撞預警?只要預測行人的運動軌跡,再和真實數據進行比對就好了。

而且機器的判斷,錯得越離譜越好——只有在不斷的錯誤中,機器才能知道什麼是正確的,才能在下次做出正確的判斷和反應。

在去年的自動駕駛發布會上,馬斯克宣稱特斯拉是沒有建設數據中心的,而是用每一臺特斯拉組成了一個巨大的伺服器集群。所以特斯拉才需要在HW3.0硬體上堆算力極高的晶片,只有算力夠高,才能處理得了這麼多的數據,才能進行大量的判斷和計算。

通過算法和海量的數據,讓特斯拉的駕駛能力高於人類,就是特斯拉真正的王牌。

這也成了馬斯克懟何小鵬的信心來源——我們有神經網絡系統,能做成純視覺;你沒有,所以你只能去採購高成本的雷射雷達。

一言以蔽之:弟弟啊!奔跑吧!追趕吧!

03. 小鵬到底抄沒抄襲?

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但特斯拉的純視覺路線,有一個致命的缺點。

因為攝像頭是二維而不是三維的,現實卻是三維的——這中間,會存在信息失真。

就比如對於這臺MPV的識別,同樣的感知位置,但純視覺方案的結論更長、更窄,和物理上的事實有出入。人可以通過經驗判斷出車大概有多大,但攝像頭不行。

而且,人都有可能被自己的眼睛欺騙,更不用說攝像頭了。

此前,特斯拉就因為採用了不成熟的純視覺方案出過不少事情。把大貨車識別成一朵雲直直撞了上去、在武漢直接撞翻一片中央護欄、識別出廣告中一閃而過的STOP標誌從而剎車等等不勝枚舉,還遭遇了公關危機。

最近還有博士生用投影儀把二維的人體影像投射到路面上,測試用的特斯拉Model X卻並沒有識別出來是假人,依然進行了主動剎車操作,也證明了這一點。

這種缺陷,只能通過大量的學習和算法的演進,讓機器學會和人類一樣識別和修正。

所以包括小鵬在內,希望做L4自動駕駛的廠商都沒有採用純視覺的方案,而是用視覺+雷達進行雙重感知,用大量的安全冗餘來確保車輛和乘員的安全。眼睛沒看見障礙物不要緊,再用毫米波雷達甚至是雷射雷達去摸一摸,及時剎車或者躲避就好了。

這也是一開始何小鵬有實力回懟馬斯克,說要把馬斯克打得找不著東的原因。

那小鵬汽車到底抄沒抄襲?

我們先來說說硬體。

這是特斯拉的,12個超聲波傳感器,1個毫米波雷達,8個感知攝像頭(前3後1側4),算力72TOPS。(不是144TOPS的原因是特斯拉的第二塊晶片是做安全冗餘的,不共同參與計算)

這是小鵬的,12個超聲波傳感器,5個毫米波雷達,13個感知攝像頭(前3後1側4環視4),算力30TOPS。

看上去,只是在車身四角多了4個毫米波雷達來輔助變道,多了4個環視攝像頭來輔助泊車,其他的配置都一樣!似乎有點抄襲那味兒了。

但實際上,特斯拉的三目攝像頭裡,前視廣角攝像頭有150°,小鵬的只有100°,剩下的感知需要用毫米波雷達和環視攝像頭來輔助。而且特斯拉的後視攝像頭是長焦,也和特斯拉的短焦不一樣。

無論是攝像頭變了、還是布置位置變了,算法都是要跟著變的。

其實從圖上也能看出來,特斯拉的感知範圍幾乎沒有重疊,就好比雜技演員在走鋼絲,對自己的視覺算法非常自信。

但小鵬的感知範圍則有大量重疊區域,也用了大量的硬體來做安全冗餘。攝像頭說這沒障礙物,我還得用雷達測一測才放心。

而且關於如何定位車道實現進出匝道,特斯拉是通過毫米波雷達探測金屬欄杆、再通過視覺來進行綜合判斷的,同樣依賴於算力和算法。但小鵬想要實現NGP,則要依賴於高精度地圖。下一代硬體,更是直接加入了雷射雷達。

這也就是說,即使把特斯拉的全套代碼都放在現在的小鵬車上,小鵬也沒法用。

路線都不一樣,何來抄襲?

所以特斯拉在2019年起訴的是前視覺科學家、現小鵬汽車感知負責人而非小鵬汽車,在2020年要求獲得小鵬XPilot的完整原始碼庫、以及蘋果對小鵬前員工刑事指控的法院記錄的訴求,也被聯邦法院駁回。

法院給出的說法是,讓小鵬準備好XPilot的原始碼,和Autopilot原始碼一同移交第三方進行對比審核,並作為判決依據。

小鵬汽車也表明了自身的立場,「我們始終同意向中立第三方提供原始碼以供調查。」

04.誰才代表著自動駕駛的未來?

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其實在自動駕駛這場戰爭中,沒有絕對的對與錯,只有適合和不適合。

在此前的所有方案中,純視覺方案,更適合那些才華橫溢的天才們發揮。他們用自己的智慧,讓機器學會和人類一樣深度思考,來代替人類駕駛車輛。

雷射雷達方案,則更適合那些敬畏生命的老實人。在他們眼中,自動駕駛這類的新技術必須要達成100%的安全,而不是99.9999…%。

不過有意思的事情來了,今天文章裡所提到的一切和競爭格局都有可能在接下來的1-3年內發生翻天覆地的變化:

關於視覺,馬斯克在幾個月前宣布:全部重寫FSD代碼。按照馬斯克的說法是:這是質的飛躍,並且會很快實現全自動駕駛。

關於雷射雷達,華為在廣州車展前放出消息,他們計劃生產的雷射雷達體積非常小,不再需要頂在車頂了,最關鍵的是,跟市面上動軸幾十萬的雷射雷達相比,華為準備把價格打到100-200美金的白菜價,如果華為能做到,相當於價格降低了98%,那就真的會成為所有車企搶著買的爆款了!

這其中還有一個關鍵,馬斯克應該是理解不了中國的996的,就像馬斯克應該也不會理解我凌晨00:29分了,還在公司寫他不懂我們996一樣。所以他才會堅定地認為雷射雷達的價格是不可能真正被打下來的。

當然,華為的雷射雷達,目前還沒真正做到傳說中的超低成本,但據小道消息說,也已經到了幾百美金的區間了。(華為的故事,我正在寫,我們過兩天仔細講)

而馬斯克向來有「馬大嘴」之稱,吹牛歸喜歡吹牛,但牛的地方在於,吹過的牛都會實現,只是實現的時間一般會比他的「牛」裡的時間稍微晚一點。

這場曠日持久的巔峰對決,才剛剛開始。


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