自动驾驶技术的光学之眼

从荒野肉食,到石屋暖风,从茹毛饮血,到良田炊耕,工具在人类历史中占据着浓墨重彩极为重要的作用。残凶猛兽,温茹文明,这其中,工具的发明和使用更是标志着从动物向人类的完美过渡。雕版制而文字始,纺专出而乃衣裳,水轮兴而农耕利,瓦刀成而雕浮梁,从第一次工业革命到现在的工业4.0,中国制造正在奋起而勃发,从汽轮机到现在的无人驾驶,无一不显示着人类对新工具发明和使用的执着。现在,人类正视图从认识人类本身的角度去认识世界,人工智能便应运而生。人工智能技术的兴起,又使得人们开始思考如何使机器像人一样进行判断和操作,而在汽车领域,这便是无人驾驶技术。

展览中的自动驾驶汽车于2017年纽约

自动驾驶技术的前世今生

自动驾驶技术结合多种先进的传感器来感知道路周围的环境,如雷达、激光雷达、声纳、GPS、里程计和惯性测量单元等。先进的自动驾驶控制系统利用这些传感器来解释感官信息,以确定适当的导航路径,以及障碍和相关标志等。

惯性测量单元

自20世纪20年代以来,针对自动驾驶系统(ADS)的实验已经开始。第一辆真正意义上的自动驾驶汽车是1977年由日本筑波机械工程实验室研发的。在行驶中,车辆跟踪白色街道标记,并由车辆上的两个摄像机进行记录,同时使用模拟计算机进行信号处理与道路判断。在高架轨道的实验中,该车辆达到了每小时30公里的速度。

卡内基梅隆大学,自动驾驶技术另一重要研发实验室

自动驾驶原型车出现在20世纪80年代。美国在1991年拨款6.5亿美元用于国家自动公路系统的研究,该系统通过自动化,高速公路嵌入在车辆中的自动化技术以及车辆与公路基础设施之间的协作网络,展示了自动驾驶技术。直到2005年,受到美国陆军和海军的资助,自动驾驶汽车不仅在速度方面取得了新的进步,在更复杂的条件,如控制和传感器系统方面也取得了更优秀的推动能力。

2017年,奥迪表示其最新的A8将采用“奥迪AI”以每小时60公里(37英里/小时)的速度进行自动化驾驶,并且驾驶员在行驶中不必进行行驶安全检查,例如经常抓住方向盘进行人为干预等。据称奥迪A8是世界上第一款达到3级自动驾驶的量产车,同时奥迪将成为第一家使用激光扫描仪以及相机和超声波传感器进行自动驾驶的汽车厂商。

奥迪A8车型概览

自动驾驶汽车新方式:汽车之眼

在自动驾驶技术发展如火如荼的今天,人们更加追求一种简单、经济、准确的自动驾驶新方法。传统激光雷达因其卓越的性能和超高的精度,已经被广泛用作自动驾驶车辆的光学之眼,并且已经成为自动驾驶汽车配备感知路径中三维物体所需的新传感器工具。

特斯拉自动驾驶汽车

大多数专家认为,激光雷达传感器是自动驾驶汽车安全感知行人、汽车和道路上其他危险的唯一可行方法。这些利用激光进行探测和测距的激光雷达传感器被安装在汽车的车顶上,并利用激光创建周围环境的三维点图,通过光速来测量物体距离,并进行信息判断。但是激光雷达造价昂贵,同时其安装方式也会为车辆带来无形的风险。除此之外,立体摄像机也被用在自动驾驶汽车上。立体摄像机就像人眼一样,依靠两个视角来确定道路上物体的深度与位置,这看起来很有前途,但是它们在目标检测方面的准确度低得可怜。

现在,一种更简单的方法得以问世:在自动驾驶车辆上,利用挡风玻璃两侧的两个相对低廉的立体摄像机,就能以接近激光雷达的精确度和更小的经济成本探测到道路上的目标。研究人员发现,从鸟瞰图而不是更传统的正面图来分析捕捉到的图像,其准确度提高了两倍以上,使得立体相机成为激光雷达的一个可行的低成本替代品

而这一切的实现又离不开人工智能算法。对于大多数自动驾驶汽车来说,摄像头或传感器捕捉到的数据都是使用卷积神经网络进行分析的。卷积神经网络是一种机器学习方式,更是一种人工智能算法。卷积神经网络通过应用过滤器识别与图像相关的模式来识别图像。这些卷积神经网络已经被证明非常擅长识别标准彩色照片中的物体,但如果从正面表示,它们会扭曲三维信息。因此,当研究者将图像从正面的视角转换成从鸟瞰图上观察到的点云时,自动驾驶识别的准确度提高了两倍多。

传统驾驶对人的损害与自动驾驶对比示意图

尾声

自动驾驶技术不仅仅是技术的进步,更应是一种法律的约束。当自动汽车的驾驶者从人类的控制转移到自动化的汽车技术时,可能需要现有责任法律的完善来确定当事人的伤害和损害负责划分,并处理潜在的人类居住者之间的利益冲突等。

尽管如此,技术的进步是有目共睹的,虽然科技是一把双刃剑,但是可以相信在不久的将来,自动驾驶技术必将为人类造福。

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