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對于未來的自動駕駛視覺方案，目前市場中有兩個立場鮮明的派系——純視覺派和激光雷達派，目前純視覺方案的擁護者主要是特斯拉，特斯拉通過海量的車主駕駛數(shù)據(jù)進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，從而覆蓋更多工況與場景，不斷完善算法，目前方案較為成熟。
以特斯拉為首的純視覺方案，同時也是激光雷達的堅決反對者，從2021年5月開始，更是把特斯拉量產(chǎn)車上原來標配的毫米波雷達去掉，只采用全車8個攝像頭來為特斯拉的FSD（完全無人駕駛）提供外部環(huán)境數(shù)據(jù)采集傳感器；另外是其他所有相關(guān)公司，使用激光雷達、毫米波雷達、攝像頭等進行配合和融合的方案。
在日前舉行的2021年特斯拉AI Day上，特斯拉CEO馬斯克再次強調(diào)，要“打造像人腦一樣基于視覺的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”，同時發(fā)布了視覺網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)，支持Autopilot/FSD，主要處理物體識別、道路規(guī)劃和各類車人的運行軌跡預(yù)測等駕駛功能所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
特斯拉的 AI 高級總監(jiān) Andrej Karpathy認為，純視覺感知最大的問題就是無法測量距離、速度和加速度。不過純視覺感知和人眼類似，人腦能“腦補”出距離并擁有優(yōu)秀的駕駛技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同樣有這樣的能力。在過去 4 個月時間里，特斯拉人工智能團隊的核心 20 名成員搞定了這件事。特斯拉收集了 221 種共 100 萬段 10 秒鐘的短視頻，利用對物體自動標簽化，經(jīng)過 7 輪影子模式循環(huán)，最終在純視覺感知中取得了不錯的效果，超越了毫米波雷達 + 攝像頭的傳感器融合方案。特斯拉甚至為此建立了一臺全球排名第五的超級計算機，采用 5760 個英偉達 A100 Tensor Core GPU，10PB 容量的 NVME 存儲。
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為何馬斯克這么反對激光雷達呢？眾所周知，馬斯克一直是“第一性原理”的信徒和布道者，他認為應(yīng)該用物理學(xué)的角度看待世界，要具備將事情縮減至其根本實質(zhì)，看清事情本質(zhì)的能力?；谶@一點，他認為“人類只有眼睛就可以實現(xiàn)駕駛，所以自動駕駛不需要其它傳感器就可以”。而對于業(yè)內(nèi)從業(yè)者，馬斯克的答案則是：“避免多傳感器感知結(jié)果不一致的問題”。從某種角度來說，特斯拉和蘋果非常像，都在追求用顛覆性的方式來實現(xiàn)技術(shù)難點。
不過，我們知道人類駕駛員開車不只是需要雙眼，還需要耳朵、觸覺、嗅覺，最重要的是需要一個能夠快速作出反應(yīng)并進行大量計算的大腦。而各種傳感器所能夠收集到的信息和數(shù)據(jù)，顯然也是光靠攝像頭無法做到的。2020 年底，特斯拉在寫給加州機動車管理局(DMV)郵件中承認， FSD 目前并非真正的完全自動駕駛， FSD 和 Autopilot 一樣，都屬于 L2 級自動輔助駕駛系統(tǒng)。
激光雷達派認為，攝像頭做主導(dǎo)的視覺感知精度不夠，如果自動駕駛要發(fā)展到L3級別以上，就應(yīng)當采用激光雷達。而視覺感知派認為，攝像頭感知的環(huán)境信息數(shù)據(jù)豐富，并且可以對物體進行分類后續(xù)方便標注，最關(guān)鍵的是成本低廉，這些是激光雷達做不到的。
筆者認為，成本低廉可能是馬斯克最終決定押寶純視覺方案的關(guān)鍵，畢竟在幾年前，激光雷達的價格還是非常貴的。在傳感器零部件價格上，攝像頭中，用于環(huán)視等的廣角攝像頭價格較便宜約 150元/個，用于前視功能的單目及多目攝像頭附加值較高，單價在 600 元以上；毫米波雷達 24Ghz 約 300 元/個作為角雷達使用， 77Ghz 約 700 元/個；近距離泊車用的超聲波雷達的價格最為便宜約 70 元/個。根據(jù)傳感器單價及配置方案，我們預(yù)計 L1 至L4 級別的傳感分別為 1580 元、 3600 元、 11460 元、 16960 元。從 L2 到 L3 級方案，傳感器配置需要有較大的提升，主要是增加了激光雷達、慣性導(dǎo)航等新型傳感器。
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不同智能駕駛級別的傳感器方案估算，來源：基業(yè)常青產(chǎn)業(yè)研究、蓋世汽車
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曾經(jīng)激光雷達的成本是非常高的，一套激光雷達設(shè)備一度最高能達到7.5萬美金，讓馬斯克萬萬沒想到的是，激光雷達的成本比想象中降得更快。
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?尷尬了，激光雷達為何降價這么快？
激光雷達成本下降非常關(guān)鍵
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激光雷達方案是以激光雷達為主導(dǎo)，配合毫米波雷達、超聲波傳感器、攝像頭來完成自動駕駛，其中激光雷達會通過發(fā)射激光束來測量視場中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對距離，從而準確捕捉這些輪廓信息組成點云，并繪制出 3D 環(huán)境地圖再傳輸?shù)较到y(tǒng)進行分析并下達車輛行駛指令。
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級別越高對攝像頭毫米波雷達與激光雷達的單車配套量越大，來源：奧迪、通用官網(wǎng)
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隨著自動駕駛級別升級，單車對傳感器的需求量在持續(xù)攀升。 以特斯拉、奧迪 A8 與通用 Cruise為例，攝像頭基本隨著級別數(shù)的提升單車配套量在增加，毫米波雷達隨著級別的提升增幅尤其明顯， L4 級的通用 Cruise 搭載的毫米波雷達數(shù)量是奧迪 A8 的 4 倍，單價昂貴的激光雷達在 L3 級別必備， L4 級別需求量亦有明顯增加，技術(shù)最為成熟的 L5 級 Waymo 攝像頭、毫米波搭載數(shù)量有所減少，但高價值量的激光雷達搭載數(shù)在不斷提升。
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2021造車新勢力發(fā)布三款搭載激光雷達的新車，來源：電動邦
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相較于傳統(tǒng)的汽車， L3級智能汽車需要配備10個超聲波雷達、 8個毫米波雷達， 8個攝像頭及1個激光雷達，車規(guī)級的要求也對汽車的“感知入口”提出了新的要求。除了國外車廠，2021年先后有三家國產(chǎn)“造車新勢力”都發(fā)布了搭載激光雷達的新車， 近期華為發(fā)布自動駕駛解決方案（ADS）。從硬件配置上來看， 極狐阿爾法S華為HI版新車配置了3個激光雷達（左前、右前以及中間）、 13個攝像頭、 6個毫米波雷達、 1個車頂慣導(dǎo)、 1個域控制器。 小鵬發(fā)布的E28定義為L3級輔助駕駛， 配備了8個攝像頭、 5個毫米波雷達、 12個超聲波雷達以及4個環(huán)視攝像頭。
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機械式、半固態(tài)式、固態(tài)式激光雷達特點，來源：國金證券研究所
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近年來，隨著激光雷達從機械式向固態(tài)式發(fā)展的趨勢，激光雷達實現(xiàn)了快速的成本降低。其中OPA式的固態(tài)激光雷達在量產(chǎn)后有希望降到200美元以下。
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激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈，來源：太平洋證券
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激光雷達成本的迅速下降更得益于中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟與完善，將成本迅速降低。特別是中游激光雷達已經(jīng)有不少國產(chǎn)廠商如禾賽科技、大疆、華為、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能等。
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毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈，來源：太平洋證券
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相關(guān)的毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈中國企業(yè)偏弱，近期中電科38所發(fā)布77Ghz毫米波芯片，德賽西威先后發(fā)布24GHz、 77GHz毫米波雷達， 國產(chǎn)毫米波雷達在精度、距離等方面和國際廠商如博世、大陸、奧托立夫、德爾福的產(chǎn)品差距仍然明顯。不過華域汽車毫米波雷達已實現(xiàn)對上汽等客戶穩(wěn)定供貨，其他國內(nèi)的毫米波雷達廠商有德賽西威、杭州智波科技、蕪湖森思泰克、南京隼眼科技、蘇州安智汽車、北京行易到、深圳安志杰等。
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?為啥特斯拉不用高精度地圖？
既然特斯拉不用激光雷達方案，那么高精度地圖更加不是特斯拉的選擇了。馬斯克也曾在2019年的特斯拉自動駕駛?cè)丈瞎_表示高精地圖是一個“很糟糕的想法”。
筆者認為，高精地圖采集更新慢、采集成本較高，而且數(shù)據(jù)地圖格式交換規(guī)格、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通
理論上來說，如果單車智能足夠強大，一定程度上可以削弱對于高精度地圖的需求。比如特斯拉一直堅持采用視覺感知減輕對于導(dǎo)航精度的依賴。不過，特斯拉卻在默默地做另一件事情——自建高精地圖。它在用車上的各種傳感器，由全世界的特斯拉車主為其共同繪制只屬于特斯拉的高精地圖。如果特斯拉的單車智能與感知能力真的強大到與高智商人類無異，那么確實對于高精度地圖甚至以后V2X的依賴都會減弱。
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不過值得注意的是，在中國推行的新基建中，很明確的提出了C-V2X的未來發(fā)展規(guī)劃，未來智能駕駛汽車必須聯(lián)網(wǎng)，而且必須納入智能交通、智慧城市的整體系統(tǒng)中考慮。我國更加強調(diào)智能化與網(wǎng)聯(lián)化同步發(fā)展，以網(wǎng)聯(lián)功能構(gòu)建“人-車-路-云”的整體解決方案，減小單車智能的開發(fā)難度。 2020 年 2 月，由發(fā)改委等 11 部委聯(lián)合發(fā)布的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》中明確提出： “到 2025 年，中國標準智能汽車的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施、法規(guī)標準、產(chǎn)品監(jiān)管和網(wǎng)絡(luò)安全體系基本形成。實現(xiàn)有條件自動駕駛的智能汽車達到規(guī)?；a(chǎn)，實現(xiàn)高度自動駕駛的智能汽車在特定環(huán)境下市場化應(yīng)用。智能交通系統(tǒng)和智慧城市相關(guān)設(shè)施建設(shè)取得積極進展，車用無線通信網(wǎng)絡(luò)（LTE-V2X 等）實現(xiàn)區(qū)域覆蓋，新一代車用無線通信網(wǎng)絡(luò)（5G-V2X）在部分城市、高速公路逐步開展應(yīng)用，高精度時空基準服務(wù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全覆蓋。 ”既然這樣，至少在中國市場，離線的純視覺方案在未來很可能會遭遇政策風險。
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?當視覺與雷達不一致，該相信哪個？
對于 L3/L4以上的智能駕駛，因需要廠商承擔事故責任，激光雷達被普遍認為有搭載必要。
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之所以目前大部分車廠采用激光雷達方案，一個重要原因是此方案能夠?qū)崿F(xiàn)較快落地，并可通過多傳感器配合實現(xiàn)安全冗余。尤其在短期內(nèi)，純視覺方案基于深度學(xué)習(xí)的算法尚未達到全路況覆蓋情況下、安全性仍存疑，激光雷達方案安全性更高。
而我們回顧馬斯克以往的所有有別于常人的舉動，無論是SpaceX回收火箭，還是采用消費級元器件，又或是光用攝像頭，其本質(zhì)都是一點：降成本。另外，純視覺方案需要車廠掌握海量用戶數(shù)據(jù)、并自己建立軟件開發(fā)部門，算法開發(fā)難度極高，最早押寶的特斯拉可以擁有領(lǐng)先優(yōu)勢，形成技術(shù)壁壘。如果競爭對手都用純視覺方案，那么只能一直跟在特斯拉的屁股后面追趕。
只是，馬斯克唯一沒有預(yù)料到的就是激光雷達的成本降得這么快，而競爭對手的量產(chǎn)車這么快就上市了。
馬斯克曾經(jīng)詳細解釋過他對雷達和攝像頭的看法：在雷達波長下，現(xiàn)實世界看起來像一個奇怪的幽靈世界。除了金屬，幾乎所有東西都是半透明的。當雷達和視覺感知不一致時，你采信哪一個？視覺具有更高的精度，因此投入兩倍的精力改善視覺比押注兩種傳感器的融合更明智。傳感器的本質(zhì)是比特流。攝像頭比特/秒的信息量要比雷達和激光雷達高幾個數(shù)量級。雷達必須有意義地增加比特流的信號/噪聲，以使其值得集成。隨著視覺處理能力的提高，攝像頭的性能將會遠遠甩開當下的雷達。
因此，當視覺與雷達不一致時，馬斯克認為應(yīng)該相信攝像頭。不過美國媒體和行業(yè)協(xié)會可能不這么想，美國高速公路安全管理局（NHTSA）官網(wǎng)修改了 2021 款 Model 3 和 Model Y 的主動安全功能頁面，包括前向防撞預(yù)警（FCW）、防撞自動剎車（CIB）、動態(tài)制動輔助（DBS）均被明確提示，2021 年 4 月 27 日后生產(chǎn)的車型不再配備。與此同時，《消費者報告》宣布暫停將 2021 款 Model 3 列為「推薦」，美國高速公路安全保險協(xié)會（IIHS）取消了 Model 3 曾經(jīng) Top Safety Pick + 的最高安全評級。
說一千道一萬，汽車駕駛，安全可靠是一切技術(shù)的前提。從某一種角度來看，是否采用冗余傳感方案，不是技術(shù)問題，而是政治正確問題：乘客的安全性是否被車廠放在第一位？
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雷達、超聲波、攝像頭各有優(yōu)劣，來源：MIT人工智能所
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從技術(shù)角度來看，不管是純視覺反感還是雷達方案，其實都各有優(yōu)劣，很難用一種傳感器包打天下
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來源：McKinsey
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因此業(yè)界的普遍思路是：在一輛能夠?qū)崿F(xiàn) L2 及以上功能的車上需要搭載多種傳感器， 進行大量的冗余設(shè)計，才能確保產(chǎn)品的安全可靠。目前公認的是，智能駕駛等級越高搭載傳感器越多。根據(jù)車型配置信息的相關(guān)統(tǒng)計，智能駕駛在 L2 需要 9~19 個傳感器，包括超聲波雷達、長距離及短距離雷達和環(huán)視攝像頭，發(fā)展到 L3 預(yù)計需要搭載 19~27個，可能需要激光雷達、高精度導(dǎo)航定位等。在特拉斯、蔚來、小鵬等新能源汽車產(chǎn)品中，均配備了大量攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達等傳感器。以小鵬 P7 XPilot 3.0 為例，其搭載博世第五代毫米波雷達，前置 4 個攝像頭（1 個三目攝像頭模塊和1 個 DMS 攝像頭）、 5 個增強感知攝像頭、 4 個環(huán)視攝像頭共 13 個攝像頭。在感知車輛兩側(cè)和后方情況方面，小鵬汽車用毫米波雷達+攝像頭形成兩套系統(tǒng)、互為冗余，實現(xiàn)全車 360 度無死角覆蓋。同時， 4 個環(huán)視攝像頭用于 360 度影像和自動泊車功能。
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馬斯克真的反對激光雷達嗎？
2021 年 1 月 1 日前后，國外網(wǎng)友在硅谷拍到了一些不太多見的特斯拉車型，有Model S，有 Model Y，也有 Model X。均搭載了 360° 覆蓋的激光雷達感知系統(tǒng)。據(jù)一位前特斯拉工程師的說法，特斯拉采購 Luminar 的激光雷達由來已久，在攝像頭做深度感知的時候，特斯拉會用激光雷達輸出的點云數(shù)據(jù)做 ground truth 進行比對。 盡管馬斯克 多次表態(tài)，特斯拉從技術(shù)路徑層面，不會搭載激光雷達。但行業(yè)里一直有一種相當高聲量的意見認為，特斯拉不用激光雷達，無非是成本沒有達到商業(yè)化的臨界點。2021 年將會是激光雷達前裝量產(chǎn)上車的元年，蔚來、小鵬、寶馬、北汽 Arcfox、Lucid Motors，一大批 2021 年發(fā)布的新車型都會搭載激光雷達上市，這個時間點或許已經(jīng)到來。 2020 年 11 月 12 日，馬斯克在答網(wǎng)友問的時候提了兩個觀點，一是再一次澄清特斯拉并非出于任何主觀情緒不采用激光雷達，反例是 SpaceX 研發(fā)和應(yīng)用了激光雷達來使龍飛船和空間站對接；二是再次就攝像頭之外的自動駕駛傳感器表態(tài)：波長低于 4 mm 的高精度毫米波雷達才是更好的選擇。結(jié)合各國交管部門開放的雷達頻段和馬斯克 的表態(tài)，再加上過去兩年來不時傳言的特斯拉自研雷達。也許特斯拉的激光雷達方案正在路上。 我們或許不用太把馬斯克說過的話放在心上，畢竟他除了“鋼鐵俠、火星人”的標簽之外，更多是一個成功的商人和偉大的營銷大師。我們不能苛求一位成功的商人言行一致，特別是他也給自己留下了退路。
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