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安森美半导体:用机器视觉技术推动第四次工业革命

本文作者:徐俊毅       点击: 2020-10-16 18:20
前言:

 
安森美半导体智能感知部全球市场和应用工程副总裁  易继辉(Sammy Yi)

近几年,机器视觉技术的快速发展,为很多行业带来了巨大改变。汽车、工业和边缘人工智能成为最火热的应用领域。
 
走向智能化的汽车产品,正在以前所未有的速度吸收各种最为先进的技术,并逐一加以验证。

“很多人都在讲,未来的汽车已经不像传统的汽车了,而是一个架在四个轮子上的计算机。我认为,更严格的定义应该是:架在四个轮子上,而且具有极其强有力的感知能力的计算机。“安森美半导体智能感知部全球市场和应用工程副总裁 易继辉(Sammy Yi)表示。
 
各种先进的感知技术,从ADAS摄像头、倒车摄像头、环视360度,监控、电子车镜、驾驶员监控、乘务员监控、车内的、毫米波雷达和激光雷达,一步一步逐步装进了汽车内。
 
图说:汽车的感知能力前所未有的强大
 
“现在最好的汽车感知系统已经远远超过人类的感知,能够分分秒秒、时时刻刻不间断地监控周围环境,这是人类驾驶员远做不到的。而且驾驶员经常会有分心的时候,注意力不集中疲劳的时候,感知系统则不会有这样的问题。所以我非常相信,未来的自动驾驶很可能会比人类驾驶更安全,这是其中一个原因,就是它的感知系统越来越丰富,越来越全面,而且越来越强大。”
 
人们对汽车要求不再满足于购买一辆“可靠的汽车“,而是”可信的汽车“,它能够在紧急情况下比驾驶员作出更快更好的决策并且实施,终极目标就是自动驾驶。
 
经过这些年的发展,各国自动驾驶技术已经有了明确的分级。
 
图说:中国的自动驾驶技术分级
 
中国国内自动驾驶分级和国外基本接近,都是六级,从L0到L5,0级到5级,级别逐渐地提高,包含的自动化、智能化程度也越来越高。
 
L1、L0基本属于自动化辅助驾驶功能,L1英文定义为脱脚(feet off),脚可以自由;L2是脱手(hands off),手可以放开驾驶方向盘;L3是eyes off,驾驶员眼睛可不用始终注视在道路上,但汽车发出警告时驾驶员需要接管;第四级是mind off,不用思考驾驶问题,因为连方向盘都没有了;第五级叫做limit off,已经没有任何局限的场景,任何场景都可以自动驾驶,是真正的自动驾驶。
 
“最大的一个分界点是从L3到L4。从我个人对业界的观察来看,先做L3然后过渡到L4这种战略想法是不现实的,如果公司目标是最终达到L4,可能现在就要按L4的方法设计自动驾驶系统,而不是先设计L3,在L3的基础上来改进。L3和L4中间有很大的鸿沟,很难在L3架构上逐渐改善实现L4。这之间的技术差距就像加减法和微积分那样大。”
 
但不管是L3还是L4直到L5,汽车机器视觉技术都是实现目标的关键。汽车机器视觉技术面临的挑战也非常多,有三个比较突出的方面
 
图说:汽车及其视觉面临的挑战。
 
1:宽动态。当车辆逆着太阳方向行驶的时候因为光线太强,周围会变得漆黑一片,机器什么都无法发现;从暗到亮,从车库、隧道出来,如果宽动态不够,可能根本没有办法看到或者只能看到暗处,或者只能看到亮处。
 
2:环境条件,零下几十度的环境,和沙漠高温环境都要适应。
 
3:辨别LED指示牌、交通灯。包括中国、欧洲、美国、日本、其他国家在公路上都已经开始实行电子管控牌,大量使用LED发光设备,人眼辨识方便。但因为LED闪烁频率没有标准,所以,图像传感器因为频率不同步,经常捕捉不到信号。这对机器视觉来说是很大挑战。
 
安森美半导体的想法是怎么样把这些技术困难,在半导体层面用摩尔定律来解决。一旦能够用摩尔定律解决问题,自然就带来了降低成本,缩小尺寸、降低功耗的好处,经过几代产品的迭代,逐步攻克技术难点。
 
“以LED闪烁为例,过去整车厂或Tier-1是信号出来以后,通过软件处理,去除不好的效果。后来我们直接移到芯片、像素里,用半导体制程来解决该问题。越是使用半导体来解决该问题,使用的成本就会越少。比如3D,市场上有很多使用双目的方法,用软件把它合成,两个摄像头成本非常高,而且Calibration校准非常严格。如果把它直接做到芯片层级里,它的成本、校准都会降低。把产品、硬件、软件的问题放到摩尔定律,半导体层面来解决。”
 
凭借不断的技术迭代,安森美半导体在机器图像感知市场取得了优势市场地位。在汽车成像市场,专门给人眼看的,如驾驶员、乘客、后视、环视、电子后视镜。安森美半导体在全球拥有超过60%的市场份额;汽车感知市场,人工智能和机器视的感知系统,安森美半导体全球市场份额超过80%,而且还在逐年扩大。

Andrew Ng是斯坦福大学人工智能专家,被称为“人工智能之父”。他认为:人工智能是新的电力,就像第二次工业革命电力给整个人类带来的一个巨大的深入改变;数据是人工智能的动力和发动机;感知是数据的燃料。
 
安森美半导体的智能感知部门就是瞄准了机器视觉感知系统的技术方向,经过多年的技术积累,推出包括图像感知,多光谱、高光谱的感知,激光雷达感知、毫米波雷达感知、传感器融合此类深度感知系统。
 
“所有这些都是在推动AI和第四次工业革命的进步。“

附录:安森美半导体部分感知系列产品
 
 图说:安森美半导体XGS全局快门成像系统
 
图说:即将推出的具备高动态场景的4K传感器
 
这个场景人眼是完全不能看的,非常刺眼,眼睛睁不开。而这款图像传感器不光能够看清场景,连灯丝都能看得非常清楚。而0.2cd/cm2光照量非常低和190,000cd/cm2光照量非常高的两种情况并存时,两处场景都能看到,
 
图说:即将推出的户外液晶4K传感器
 
在0.2勒克斯,几乎非常暗的光线下能够清楚识别各种物体
 
图说:AR1335图像传感器训练的水果新鲜度分类系统
 
使用NVIDIA  Xavier  Edge  GPU进行机器学习,推理精度可以达到97%,其中AR1335 (1300万)这款图像传感器能提供非常好的图像质量,使人工智能的判断精度能够提高。
 
图说:人脸识别支付应用 可适应不同环境下的光线
 
图说:新的超低功耗传感器ARX3A0
 
图说:LiDAR系统整体方案
 
传统用技术APD,雪崩光电二极管。它的缺点是体积大、功耗高、侦测距离范围有限、一致性不好。安森美半导体的技术为SiPM(硅光电倍增管),优势在于它的增益是APD的1万倍,灵敏度是APD的2000倍,工作电压要求非常低,只要30V,而APD要250V,而且一致性非常好,特别适合大批量生产。
 
图说:LiDAR平台概览
 
 
毫米波雷达的适用范围有:L1、L2、L3、L4、L5。在不同自动驾驶的级别上有不同的应用。安森美半导体下一代毫米波雷达产品的重点是放在L3层级应用,是安森美半导体专利的“MIMO+”技术。它能够提供4D的信息,R是距离,V是速度,A是角度,E是高度,能够提供四维信息。