前言：2020年被稱為激光雷達(dá)量產(chǎn)“元年”。去年7月份以來，RS-LiDAR-M1獲得大量車企定點(diǎn)車型訂單，包括L3重卡方案科技企業(yè)、北美新能源車企、中國(guó)造車“新實(shí)力與新勢(shì)力”車企、傳統(tǒng)主機(jī)廠、頂級(jí)超跑品牌等，覆蓋車型，從超跑到家用車，從乘用車到商用車。

M1被稱為車規(guī)級(jí)智能固態(tài)激光雷達(dá)，今年第一季度以來，已經(jīng)逐步公布了M1車規(guī)級(jí)部分領(lǐng)先的技術(shù)與進(jìn)展：

• 激光雷達(dá)感知Corner Case：已成功解決高反鬼影、高反膨脹、近處吸點(diǎn)、近場(chǎng)空洞、陽(yáng)光干擾、多雷達(dá)對(duì)射干擾等Corner Case；

• 已通過車規(guī)可靠性驗(yàn)證：包括但不限于振動(dòng)、沖擊、EMC電磁兼容、化學(xué)防腐、鹽霧、高低溫濕熱等驗(yàn)證；

• 搭載完善的配套功能：包括OTA升級(jí)、雨雪塵噪點(diǎn)檢測(cè)&過濾、污跡檢測(cè)、智能清洗、智能加熱、性能檢測(cè)、電源管理、網(wǎng)路管理等功能；

• 高標(biāo)準(zhǔn)功能安全設(shè)計(jì)：完全滿足SIL-2和ASIL-B等級(jí)對(duì)于定性和定量的功能安全目標(biāo)

• 車規(guī)量產(chǎn)產(chǎn)線落成：國(guó)內(nèi)首條車規(guī)級(jí)固態(tài)激光雷達(dá)量產(chǎn)產(chǎn)線在3月份落成。

今天，我們揭曉M1智能部分的“秘密武器”：硬件智能+軟件智能。即硬件上的智能“凝視GAZE”功能，與軟件上的智能目標(biāo)級(jí)感知功能。

硬件智能：可以變焦的智能“凝視”功能

自動(dòng)變焦技術(shù)，是計(jì)算機(jī)視覺和各類成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的飛躍性技術(shù)之一。通過改變攝像頭焦距值的大小，能迅速兼起若干個(gè)定焦距鏡頭的作用，為環(huán)境感知提供方便條件。

這種革命性的智能變焦技術(shù)，減少長(zhǎng)槍短炮的器件堆疊，非常適合迅速抓取遠(yuǎn)距離和近距離的影像與運(yùn)動(dòng)物體，因而成為紀(jì)實(shí)性拍攝常用“武器”。

● 融入智能汽車生態(tài)，激光雷達(dá)硬件智能化

在日常駕駛過程中，司機(jī)需要小心地處理不同的場(chǎng)景下的特殊路況，時(shí)刻關(guān)注不同的道路區(qū)域：在高速公路行駛時(shí)，要關(guān)注遠(yuǎn)處動(dòng)態(tài)車輛與靜態(tài)小障礙物；駛過街道路口時(shí)，警惕周邊行人和兩輪車；經(jīng)過擁堵路段時(shí)，則提防周邊車輛強(qiáng)行加塞行為。

智能駕駛同樣需要面對(duì)各種不同的駕駛場(chǎng)景，這就要求激光雷達(dá)硬件性能需要基于不同的路況下環(huán)境感知重點(diǎn)作出優(yōu)化。

在兼顧硬件性能、效率與成本等維度，我們將激光雷達(dá)硬件進(jìn)行智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)類似攝像頭的變焦技術(shù)，取得高效的應(yīng)用成果。這種智能化功能我們稱之為“凝視GAZE”功能，意為隨時(shí)聚焦駕駛者關(guān)心的重點(diǎn)感知區(qū)域。

硬件智能化屬于RoboSense在Smart LiDAR Sensor System(智能激光雷達(dá)傳感器系統(tǒng))布局的一部分，“凝視”功能版M1也因此獲得CES 2019創(chuàng)新獎(jiǎng)。

目前，RoboSense已經(jīng)與定點(diǎn)客戶共同完成“凝視”功能的批量樣機(jī)驗(yàn)證，6月份以來，“凝視”功能將在新版RS-LiDAR-M1中正式上線。

● “智能”是二維MEMS芯片掃描的基因優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的激光雷達(dá)，包括自動(dòng)駕駛測(cè)試車上的一維機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)和一維轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)，采用的掃描方式都是一維電機(jī)掃描架構(gòu)。前者是通過電機(jī)承載所有激光收發(fā)元件一起旋轉(zhuǎn)掃描，后者則改為電機(jī)承載激光反射鏡旋轉(zhuǎn)掃描。

△一維機(jī)械式掃描方案結(jié)構(gòu)

△一維轉(zhuǎn)鏡掃描方案結(jié)構(gòu)

這類延用了十余年的一維電機(jī)掃描架構(gòu)，激光收發(fā)單元在出廠前被完全固定，導(dǎo)致掃描線束分布和最高幀率會(huì)在出廠的時(shí)候就被固定。

△一維電機(jī)掃描方案線數(shù)分布固定、掃描幀率固定

新一代車規(guī)級(jí)智能固態(tài)激光雷達(dá)RS-LiDAR-M1采用RoboSense自研的二維MEMS智能掃描芯片，可以任意改變橫向和縱向的掃描速度從而改變掃描形態(tài)，且在收到指令后的下一幀即可完成切換，這將給激光雷達(dá)性能與應(yīng)用帶來兩大改變。

△二維MEMS芯片智能掃描方案

1. 從粗放的線數(shù)概念，到精準(zhǔn)的ROI區(qū)域分辨率

智能駕駛關(guān)注的遠(yuǎn)距離障礙物都分布在激光雷達(dá)視場(chǎng)中間ROI(Region of Interest)區(qū)域內(nèi)，所以真正需要提高的是激光雷達(dá)對(duì)遠(yuǎn)距離障礙物感知能力，核心重點(diǎn)是提升中間ROI區(qū)域的分辨率。

行業(yè)最開始的時(shí)候，一維機(jī)械式掃描激光雷達(dá)線數(shù)平均分布，所以線數(shù)可以直觀反映感知能力。

△一維機(jī)械式掃描，線數(shù)平均分布

隨著車載激光雷達(dá)應(yīng)用，ROI區(qū)域需要更密集的掃描線數(shù)達(dá)成共識(shí)，一維機(jī)械式掃描方案通過將固定激光元器件在中間區(qū)域加密堆疊，在視場(chǎng)中獲得固定角度、固定分辨率的ROI區(qū)域。

△一維機(jī)械式掃描，固定角度、固定分辨率的ROI區(qū)域

當(dāng)二維MEMS智能掃描出現(xiàn)，線數(shù)分布可以任意變換，激光雷達(dá)可基于不同駕駛場(chǎng)景自由調(diào)節(jié)ROI區(qū)域的角度范圍、分辨率大小。

△二維MEMS智能芯片掃描，可自由調(diào)節(jié)ROI區(qū)域角度范圍、分辨率大小

M1“凝視”功能可以動(dòng)態(tài)調(diào)整ROI區(qū)域；同時(shí)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整分辨率，將ROI區(qū)域內(nèi)分辨率翻倍再翻倍達(dá)到等效于一維掃描數(shù)百上千線的感知能力；雙重動(dòng)態(tài)調(diào)整功能自由配置，可以避免算力資源浪費(fèi)。

△二維MEMS芯片智能掃描方案，分辨率可調(diào)節(jié)

2. 從鎖死的固定幀率，到靈活的實(shí)時(shí)可調(diào)幀率

在不同駕駛場(chǎng)景下，智能駕駛系統(tǒng)對(duì)環(huán)境感知幀率有不同的需求，在城區(qū)街道駕駛場(chǎng)景中周圍障礙物距離近，駕駛響應(yīng)距離短，需要提高幀率獲得更長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間；在高速場(chǎng)景中障礙物距離遠(yuǎn)，則需要提高分辨率而非提高幀率提升檢測(cè)距離，獲得更長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間。

一維掃描方案無(wú)法在工作狀態(tài)下改變幀率，幀率鎖定在開機(jī)時(shí)選擇的檔位，無(wú)法跟隨感知系統(tǒng)幀率(包括攝像頭幀率)調(diào)整而變化，不但不能提供更場(chǎng)景化的環(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)導(dǎo)致多傳感器融合過程中幀數(shù)難以對(duì)齊的同步困難。

△二維MEMS芯片智能掃描方案，幀率可調(diào)節(jié)

二維MEMS智能掃描方案可以在激光雷達(dá)工作狀態(tài)下動(dòng)態(tài)提升或降低幀率，且?guī)蕯?shù)值可取連續(xù)值，不限檔位。這讓激光雷達(dá)的幀率可以隨駕駛場(chǎng)景及感知系統(tǒng)幀率需求而改變，亦可與攝像頭幀率等比關(guān)聯(lián)匹配，保持同步觸發(fā)。

● M1“凝視”功能推動(dòng)用戶駕乘體驗(yàn)從安全到舒適

1. 高速場(chǎng)景下垂直分辨率的每一次提升，都能給用戶體驗(yàn)帶來躍升

在高速公路上，車輛行駛速度快，車距較遠(yuǎn)，智能駕駛感知系統(tǒng)更關(guān)注正前方遠(yuǎn)處的行駛車輛以及三角警示標(biāo)、雪糕筒、掉落的輪胎、掉落的樹枝等靜態(tài)障礙物。相對(duì)而言，分布在地面和天空等非重要區(qū)域過高分辨率的點(diǎn)云數(shù)據(jù)成為了算力的負(fù)擔(dān)。

△高速公路場(chǎng)景，駕駛者關(guān)注正前方ROI區(qū)域

智能駕駛系統(tǒng)在高速上實(shí)現(xiàn)HWP(Highway Pilot)功能，需要獲得對(duì)上述障礙物的更遠(yuǎn)有效檢測(cè)距離，這要求激光雷達(dá)擁有高測(cè)距能力，以及高有效分辨率(即障礙物所在的ROI區(qū)域內(nèi)的高分辨率)。

在HWP(Highway Pilot)模式下，開啟M1“凝視”功能，智能提升ROI區(qū)域垂直分辨率，讓智能駕駛實(shí)現(xiàn)從安全到舒適的跨越。開啟“凝視”的M1視場(chǎng)中間ROI區(qū)域垂直分辨率可以由0.2°動(dòng)態(tài)提升至0.1°(甚至更高分辨率)，障礙物點(diǎn)云成像密度翻倍，對(duì)前方小物體高度準(zhǔn)確測(cè)量，幫助規(guī)劃層可結(jié)合車輪與底盤高度判斷通過性。

直行道路上，垂直分辨率由0.2°到0.1°的提升，意味著感知算法對(duì)車輛的識(shí)別距離由120-150米提升到180-200米，對(duì)靜態(tài)小型障礙物的檢測(cè)距離由85米提升到160米，對(duì)于駕駛時(shí)速120km/h行駛的智能駕駛車輛而言，這是從安全制動(dòng)距離到舒適制動(dòng)/變道距離的質(zhì)變，將為用戶乘坐舒適度體驗(yàn)帶來巨大飛躍。

△高速上，智能駕駛車輛以120km/h行駛，0.2°垂直分辨率對(duì)障礙物的感知距離僅剛好滿足安全制動(dòng)要求，垂直分辨率提高至0.1°，對(duì)障礙物的感知距離能達(dá)到舒適制動(dòng)需求

△開啟M1“凝視”功能，提高分辨率提升感知能力，提前發(fā)現(xiàn)障礙物平順完成變道

M1“凝視”功能的ROI區(qū)域是靈活可調(diào)的，感知系統(tǒng)可以通過指令動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)ROI區(qū)域在視場(chǎng)中的垂直分布，以適應(yīng)不同駕駛場(chǎng)景中車輛的俯仰角及不同的激光雷達(dá)部署高度，使激光雷達(dá)感知效果達(dá)到最優(yōu)。

2. 低速場(chǎng)景下，幀率的每一次提升，都能為用戶體驗(yàn)帶來躍升

當(dāng)智能駕駛車輛離開高速，來到城區(qū)道路，雖然車輛行駛速度變?yōu)橹械退?，但是障礙物與本車距離變近，路況變得復(fù)雜且變化快，周圍分布著準(zhǔn)備加塞的并行車輛、穿行的兩輪車、行為各異的行人、橫向穿梭的車輛等障礙物。

△城區(qū)場(chǎng)景，障礙物與本車距離變近，行為復(fù)雜且變化快

在城區(qū)擁堵時(shí)，開啟TJP(Traffic Jam Pilot)功能，需要激光雷達(dá)擁有更小的盲區(qū)(M1最小盲區(qū)可達(dá)0.3米)，及高幀率數(shù)據(jù)，以幫助快速響應(yīng)環(huán)境的變化。M1的“凝視”功能，可以讓幀率從10Hz瞬間提升到20Hz(甚至更高)，“快人一步”完成TJP跟車功能，防止加塞和避免刮蹭。

假如在擁堵路況下，兩輛搭載激光雷達(dá)并行的智能駕駛車輛都開啟了TJP功能，僅有普通10Hz幀率激光雷達(dá)的車輛由于響應(yīng)慢，跟車空檔大，很輕易被激光雷達(dá)幀率提升到20Hz的車輛Cut In，這會(huì)導(dǎo)致極其糟糕的用戶體驗(yàn)。

△一輛差速30km/h、15°角加塞的車輛在普通模式10Hz和“凝視”模式20Hz下，完成加塞過程的幀數(shù)，20Hz模式下可以獲得35幀數(shù)據(jù)，而10Hz模式下僅有17幀數(shù)據(jù)，前者顯然可以更快更準(zhǔn)地跟蹤加塞車輛行為，控制加塞和避免刮蹭情況的出現(xiàn)

在左轉(zhuǎn)場(chǎng)景中，對(duì)向行駛速度30km/h(差速60 km/h)，10Hz幀率下相鄰幀兩車輛位移約2m，而20Hz幀率下約為1m，這意味著智能駕駛車輛可以更準(zhǔn)確地判斷安全左轉(zhuǎn)的空檔，減少不必要的原地等待，安全地完成保護(hù)左轉(zhuǎn)，提高智能駕駛體驗(yàn)。

△開啟“凝視”功能，智能駕駛車輛左轉(zhuǎn)操作更流暢

軟件智能：AI感知算法

早在2019年的上海車展的發(fā)布會(huì)上，RoboSense首次發(fā)布M1的軟件智能--內(nèi)部集成AI感知算法，同步輸出三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和目標(biāo)級(jí)環(huán)境感知結(jié)果。這也是行業(yè)對(duì)RoboSense固態(tài)激光雷達(dá)“智能“的最初認(rèn)知。

△M1軟件智能實(shí)測(cè)，同步輸出三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與目標(biāo)級(jí)環(huán)境感知結(jié)果

在達(dá)成硬件智能“凝視”功能完成驗(yàn)證和導(dǎo)產(chǎn)的同時(shí)，軟件智能的核心--RoboSense在激光雷達(dá)行業(yè)內(nèi)一直保持領(lǐng)先的點(diǎn)云AI感知算法RS-LiDAR-Algorithms，也已經(jīng)完成面向前裝量產(chǎn)“上車”升級(jí)蛻變：

• 支持高級(jí)自動(dòng)駕駛“點(diǎn)到點(diǎn)”全場(chǎng)景環(huán)境感知；

• 脫離第三方支持庫(kù)依賴，可以直接運(yùn)行于支持C++的任意車載計(jì)算平臺(tái)和操作系統(tǒng)，成為可部署于車載嵌入式系統(tǒng)的軟件算法；

• 僅需0.3~0.5 TOPS，算力需求極低，無(wú)需昂貴高算力平臺(tái)支持，既可部署在M1內(nèi)部，也可部署在車載域控制器中；

• 支持OTA升級(jí)，可隨數(shù)據(jù)積累不斷升級(jí)算法并向用戶OTA推送；

• 新增十余項(xiàng)針對(duì)乘用車自動(dòng)駕駛場(chǎng)景化應(yīng)用的感知功能；

• 保持SDK模塊化設(shè)計(jì)，具備優(yōu)良的可遷移性、兼容性、可維護(hù)性、可拓展性，二次開發(fā)友好。

OEM與Tier1客戶可以將RS-LiDAR-Algorithms快速部署到自己的感知系統(tǒng)中，跳過漫長(zhǎng)算法研發(fā)和驗(yàn)證周期，減免開發(fā)成本支出，快速開展基于激光雷達(dá)感知能力智能駕駛功能開發(fā)與升級(jí)。

“硬件智能+軟件智能”

RoboSense全面賦能智能駕駛

△“硬件智能+軟件智能”，車規(guī)級(jí)智能固態(tài)激光雷達(dá)RS-LiDAR-M1

在駕乘應(yīng)用端，RoboSense根據(jù)不同駕駛場(chǎng)景和功能需求，以硬件智能化升級(jí)感知能力和效率，推動(dòng)智能駕駛系統(tǒng)在駕乘體驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)飛越的提升；在量產(chǎn)部署端，RoboSense軟件智能提供“即插即用”感知算法，縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，幫助OEM率先推出獲得激光雷達(dá)賦能提升的高級(jí)智能駕駛功能。

從一維掃描的機(jī)械式硬件“信息收集器"，進(jìn)化為“硬件智能+軟件智能”的二維智能掃描“信息理解者”，RoboSense將繼續(xù)努力，為下游客戶提供持續(xù)升級(jí)的智能激光雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)品方案，共同推動(dòng)智能駕駛駕乘體驗(yàn)不斷進(jìn)化，加速智能汽車生態(tài)的變革與創(chuàng)新，驅(qū)動(dòng)社會(huì)交通安全與效率穩(wěn)步提升。

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