自動駕駛感知環(huán)節(jié)面臨哪些挑戰(zhàn)？

在自動駕駛感知-規(guī)劃-執(zhí)行的效果鏈中，感知是整個過程的源頭。隨著自動駕駛級別的提升，駕駛員逐漸從“脫腳”到“脫手”到“脫眼”，直至車輛實現(xiàn)完全的自動駕駛，對于感知系統(tǒng)的要求呈指數(shù)級的上升。

說到感知層，不得不提到各類傳感器的迭代發(fā)展，從簡單裝配超聲波雷達到攝像頭，毫米波雷達，再到搭配目前最先進的激光雷達，各種傳感器數(shù)目在不斷地增加，性能不斷提高的同時，多傳感器融合成為必然的趨勢。自動駕駛滲透率的提升正在拉動各類傳感器快速發(fā)展。

在一眾汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商中，致力于為感知系統(tǒng)提供高能效半導(dǎo)體傳感器的安森美半導(dǎo)體，憑借多年積累的豐富經(jīng)驗，其CMOS圖像傳感器已在全球車載市場占有率位居第一，先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)市場占有率高達80%，無人駕駛占有率在90%以上。近期，本刊記者專訪安森美半導(dǎo)體智能感知部大中華區(qū)市場總監(jiān)郗蘊俠博士，聽她聊聊自動駕駛感知技術(shù)的發(fā)展。

▲安森美半導(dǎo)體智能感知部大中華區(qū)市場總監(jiān)

郗蘊俠博士

感知圖像傳感器面臨的技術(shù)難點

攝像頭在汽車智能化和自動化進程中擔(dān)當(dāng)了汽車“眼睛”的功用，汽車感知圖像傳感器作為感知器件相機最關(guān)鍵的元器件起著舉足輕重的地位。自動駕駛需要圖像傳感器在提供優(yōu)質(zhì)圖像的基礎(chǔ)上，滿足對物體的辨識和檢測，具有更高的可靠性和安全性。

在技術(shù)方面需要圖像傳感器有高動態(tài)范圍(HDR)解決高對比度場景的成像挑戰(zhàn), 在傳感器端解決LED閃爍問題、并可以同時實現(xiàn)HDR和抗LED閃爍問題功能，多種優(yōu)化的色彩濾波陣列(CFA)以解決不同應(yīng)用和場景的需要，可靠的封裝技術(shù)實現(xiàn)出色的散熱性和可靠性、全局快門技術(shù)顯著解決運動模糊的問題。

總之，需要有非常完善的質(zhì)量監(jiān)督和控制體系，符合車規(guī)安全認證的產(chǎn)品，并同時實現(xiàn)功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全。

在圖像傳感器領(lǐng)域，安森美半導(dǎo)體是車載攝像頭CMOS圖像傳感器的領(lǐng)導(dǎo)者之一。

郗蘊俠博士介紹道：

“從2005年發(fā)明世界上第一個專門用于汽車的CMOS圖像傳感器(CIS)產(chǎn)品，到2020年已經(jīng)增長到年交件量大于1億顆圖像傳感器，幾乎全球的主機廠都是安森美半導(dǎo)體的客戶?！?

安森美半導(dǎo)體的CIS產(chǎn)品致力于前裝市場在整個自動駕駛級別的推進，主要原因是安森美半導(dǎo)體的CIS產(chǎn)品能夠滿足ADAS和自動駕駛嚴(yán)苛的高質(zhì)量，高可靠性和安全性的要求。

安森美半導(dǎo)體的CIS產(chǎn)品在ADAS上最早被應(yīng)用，擁有十多年量產(chǎn)和道路驗證的記錄?？梢蕴峁〢DAS和自動駕駛所需要的超高動態(tài)范圍，在傳感器端解決LED閃爍問題、提供多種優(yōu)化的色彩濾波陣列(CFA)，如為全球第一個設(shè)計用于ADAS的RCCC和RCCB的CFA, 可靠的封裝技術(shù)，非常完善的質(zhì)量監(jiān)督和控制體系，提供整個攝像頭模組硬件的系統(tǒng)解決方案。

自動駕駛級別提高給圖像傳感器帶來的挑戰(zhàn)

L2到L3、L3到L4，隨著自動駕駛級別的提高，圖像傳感器的性能需要多大的提升?對于這個問題，郗蘊俠博士作出了詳盡的解答。

分辨率越來越高

從最早的30萬像素CIS，升級到100萬像素CIS，現(xiàn)在L2+級別自動駕駛已經(jīng)大量采用200萬像素CIS，高級別自動駕駛車型中將采用800萬像素的CIS以實現(xiàn)對物體更遠和更清楚的辨識和檢測。

高動態(tài)范圍(HDR)

相機需要在一些特殊環(huán)境下工作，如夜間亮的路燈和暗處行人的對比，強光下隧道外亮處與隧道內(nèi)暗處細節(jié)的對比等。因此提升HDR成為解決自動駕駛級別提高的關(guān)鍵。

消除LED閃爍(LFM)

由于LED的普及和發(fā)展，在交通燈、車燈等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。圖像傳感器要保證輸出HDR+LFM高保真圖像，確保HDR和LFM同時實現(xiàn)。

多種優(yōu)化的色彩濾波陣列(CFA)

適應(yīng)于自動駕駛級別提高后不同應(yīng)用和場景。需要圖像傳感器有更高的信噪比，如RCCC/RCCB/RYYCY圖像傳感器可以更好地檢測和識別物體。

艙內(nèi)監(jiān)控

圖像傳感器需要全局快門可以捕捉到司機眼睛和頭部動作等快速運動，無拖影，并具有最佳的紅外(IR) 響應(yīng)可以在紅外條件下清晰地看到駕駛員眼睛。乘客監(jiān)控則需要RGB-IR圖像傳感器，以達到白天和夜晚同時可以看到清晰圖像的效果。

提升可靠性

自動駕駛級別提高后使得汽車共享成為可能，運營強度增加。圖像傳感器面對更高的挑戰(zhàn)，需要保證整個相機系統(tǒng)在惡劣和極端環(huán)境下的可靠性、安全性和耐久性。

功能安全

對自動駕駛L2以上的設(shè)計，需要符合ISO26262相應(yīng)的汽車安全完整性等級(ASIL)更高的標(biāo)準(zhǔn)。全面采用符合ISO26262開發(fā)流程設(shè)計的車規(guī)級圖像傳感器芯片，在功能安全方面有著更完善的安全機制，使系統(tǒng)功能安全設(shè)計更容易實現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)安全

此技術(shù)有助于確保整個系統(tǒng)運行安全可靠，尤其車輛在L4級別無人駕駛的情況。為確保圖像傳感器不被黑客侵襲，網(wǎng)絡(luò)安全的機制在圖像傳感器實現(xiàn)是必不可少的。

傳感器融合、軟硬件結(jié)合必不可少

除了攝像頭傳感器，郗蘊俠博士認為自動駕駛技術(shù)發(fā)展日益提高，各種感知傳感器數(shù)量不斷增加，在提升性能的同時，多傳感器融合至關(guān)重要。安森美半導(dǎo)體也在完善激光雷達的市場布局，尤其2021年初推出符合車規(guī)的激光雷達核心光電探測器器件，基于硅光電倍增管(SIPM)和單光子雪崩二極管(SPAD)陣列的光電探測器為車規(guī)化激光雷達量產(chǎn)做好充分準(zhǔn)備，成為全球知名激光雷達系統(tǒng)客戶的首選。

安森美半導(dǎo)體從設(shè)計之初就考慮汽車認證去設(shè)計光電探測器及其封裝，并采用CMOS工藝，為激光雷達大批量量產(chǎn)奠定堅實基礎(chǔ)。

“軟件定義汽車”正在成為汽車行業(yè)的共識，那么未來自動駕駛的迭代升級中，軟件和硬件兩者誰將成為更關(guān)鍵的因素?

對此，郗蘊俠博士介紹道：

“隨著自動駕駛級別的提高，傳統(tǒng)汽車正逐步從分立控制轉(zhuǎn)向集中域控制，也從原有的軟件根據(jù)硬件來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換成軟件定義硬件的趨勢。軟件定義硬件的模式，可以適應(yīng)快速迭代的技術(shù)、滿足用戶體驗的持續(xù)提升，軟件能夠幫助硬件提高適應(yīng)性。”

作為硬件供應(yīng)商必須和軟件算法提供商合作，更早了解其應(yīng)用算法的需求，在硬件設(shè)計方面滿足實現(xiàn)其軟件和算法。另外則需提供具有平臺化的硬件系列產(chǎn)品，以適應(yīng)軟件的升級。所以未來的感知技術(shù)發(fā)展還是需要軟硬件結(jié)合，兩者都很重要。

近些年，許多國內(nèi)初創(chuàng)公司從感知層面切入自動駕駛。

對此，郗蘊俠博士的看法是：

“自動駕駛包括感知、判斷和執(zhí)行。感知作為整個過程的源頭的確非常關(guān)鍵。許多國內(nèi)初創(chuàng)公司尤其很多互聯(lián)網(wǎng)公司，在軟件和算法方面都非常專業(yè)，但是對硬件尤其是車規(guī)化硬件還需要一定時間的了解和積累?！?

汽車應(yīng)用和其它工業(yè)、消費類應(yīng)用相比，尤其隨著自動駕駛智能化提升，其要求更加嚴(yán)苛，需要高質(zhì)量、高可靠性和安全性的產(chǎn)品和系統(tǒng)。國內(nèi)初創(chuàng)公司未來更好地切入自動駕駛，需要和汽車行業(yè)有著量產(chǎn)經(jīng)驗的芯片及硬件公司緊密合作，可以在設(shè)計系統(tǒng)之初就與芯片公司緊密合作，把軟件和算法對硬件的需求盡早提供給芯片公司，使得芯片公司更早了解其應(yīng)用算法的需求，在硬件設(shè)計之初就把這些需求考慮在內(nèi)，這樣設(shè)計出的硬件才能滿足軟件的功能，才能適應(yīng)架構(gòu)最優(yōu)的軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，以適應(yīng)自動駕駛的發(fā)展。