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智能感知界的佼佼者:安森美半导体畅谈汽车智能感知

现在的智能感知技术在很多行业均有应用,尤其在汽车、机器视觉等方面都有许多应用趋势。作为智能感知界的佼佼者,安森美半导体在过去的一年,智能感知技术和产品都悄悄发生了哪些变化?

自1999年摩托罗拉半导体业务拆分,成就了如今的安森美半导体公司,其核心市场主要在汽车、工业、通信、消费类和计算。其中汽车、工业和通信占有最大的市场份额。这些行业有几个非常重要的共同点:一是对产品性能要求非常高;二是对产品质量和可靠性要求非常高;三是对产品长期供货的持续性要求非常高。同时,这也是安森美半导体公司的特点。

安森美半导体主要分为三个产品部门:电源方案部(PSG),先进方案部(ASG),智能感知部(ISG)。其中智能感知部虽然成立只有六年历史,但在成像传感器行业,安森美拥有超过40年的历史,智能感知部已然成为现代图像传感器的发明者,同时也成为安森美半导体成长最快的部门。

智能感知部门有三个主要的市场,分别是汽车、机器视觉和边缘人工智能。本文主要讲述安森美半导体智能感知部在汽车市场的战略布局。

由于电力化和智能化发展,整个汽车行业产生了新的动力,各种感知产品的应用,如先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶,使汽车变得更加安全、更加舒适。因此,汽车的智能感知市场成长速度远比汽车本身的成长速度快得多。

因为工业4.0时代,以及自动化、人工智能的导入,使机器视觉这个行业注入了新的动力、新的活力,得以飞速发展。

边缘人工智能是新兴市场,主要由人工智能、5G、IoT等新技术导入后开发出新的应用,发展非常迅速,潜力很大。

安森美从超声波、成像、毫米波雷达、Lidar到传感器拥有全系列智能感知方案。其中汽车感知领域份额最大。

安森美半导体在汽车感知的领先地位

根据TSR的数据显示,安森美图像传感器在ADAS和AD领域拥有超过80%的市场份额,据悉,2019年安森美在汽车市场销售了约1亿颗传感器。去年,安森美推出了针对车舱内应用的下一代RGB-IR图像传感器方案和用于先进驾驶辅助系统(ADAS)及汽车摄像机视觉系统的Hayabusa系列CMOS图像传感器。

安森美半导体认为,未来汽车将是架在四个轮子上,而且具有极其强有力感知能力的计算机。为什么这样讲?从过去这些年一步步走过来,看到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。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。而且感知系统不会出现分心,注意力不集中得问题,未来的自动驾驶很可能会比人类驾驶更加安全,未来的感知系统会越来越丰富,越来越全面,而且越来越强大,安森美半导体为整个汽车提供全面的智能感知方案。

汽车自动驾驶功能需要满足更高可靠性、安全性的需求。不同以往,汽车行业已经发生了非常大的改变,车已经不是只能满足经久耐用这一条件的产品了,比如共享车的出现,特别是未来的自动驾驶,可能多数时间都在开,只有一两个小时去充电、做维修。安森美半导体已经从几年前开始朝着这个方向加倍提供产品的可靠性,以及一天持续运作十几个小时的能力。

第二,对汽车自动驾驶功能的要求,已经不仅是需要“可靠的汽车”,而是需要“可信的汽车”。在一些紧急清下汽车能够自己做出判断,自己做决策,自己采取行动,也就是所谓的功能安全,所以,功能安全越来越重要。

第三,网络安全。车联网、智能网联汽车以后越来越普遍,网络安全更加需要提高,在国外,网络安全标准已经准备放到政府和行业标准里。

目前汽车成像的挑战非常多。

一是宽动态。在自动驾驶时,对摄像头的要求非常高。比如在强光下,光线太强,周围一片黑,什么都看不见;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。

二是环境条件,车要能在东北零下几十度的环境开,也能够在沙漠开或者南方高温条件下开。

三是需要辨别LED指示牌、交通灯。这对于图像传感器来说是很独特的挑战,对于LED指示牌、交通灯因为山火频率没有标准,图像传感器很容易因为频率不同步捕捉不到信号,对机器视觉是非常大的挑战。过去的方案都是在软件里来解决,现在解决方案都已经做到芯片级了,做到硬件里面去直接解决掉。

汽车自动驾驶成像的多样化,包括外部感知、内部感知、增强视觉。外部感知非常复杂,包括远近、大小车辆、自行车;行人,大人、小孩、老人;一些路标、车线,斑马线,交通灯;要全天候的,白天,晚上,刮风,下雨,下雪,雾天;各个季节,春、夏、秋、冬都要能够实现这样的感知,环境非常多样化。

内部感知,从最早只是对驾驶员的疲劳监控(从看驾驶员眼睛的注意力和睫毛的抖动侦查出是否疲劳),逐渐地扩大到驾驶员有没有在用手机,有没有分散精力,有没有系好安全带,还进一步扩大到乘客的感知。这也是一个未来新兴市场。

视觉增强,主要是为了给驾驶员和乘客提供更好的视觉感知,包括电子后视镜,不需要回头就能在后视镜直接看到真正的电子图像;而且这种叠加,特别是把高清地图和真实路况叠加起来,告诉你前面哪里有加油站,哪里有重要的景点,哪里有红绿灯。这些都是视觉增强的应用,让驾驶员能够更安全地驾驶。

迅速扩展的智能座舱应用

安森美半导体的产品覆盖面非常广泛,包括视觉、自动驾驶、车舱内智能驾舱,边缘计算,毫米波雷达,激光雷达等应用都有整个一系列的产品。

比如国内越来越重视的智能驾驶舱。驾驶监控的应用越来越广泛,包括人物识别,座椅的位置以及空调温度的调整等,都是智能驾驶舱逐渐提高的一些能力。

智能驾驶舱面临的挑战是目前的摄像头尺寸太大,18×18cm3,最小的也是3×3cm3,安森美和合作伙伴一起开发了0.5×0.5cm3非常小型的摄像头,放在车里乘客、驾驶员基本上都不会看得到。目前安森美半导体有两款百万像素的解决方案,其中AR0144AT在整个业界用量是最大的一款。

国内自动驾驶趋势如何?

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,里面的自动化程度逐步扩大。最大的一个分界点是从L3到L4。主要的区别是,L3在一些极限场景下需要驾驶员自己来操控;L4理论上就是驾驶员完全不需要操控了,完全是由机器来操作。

从L1到L5,不管是传感器的数量还是种类都是不断地扩大增加。最大的差别是L3和L4,L4是一定需要激光雷达;L3,很多公司是不会用激光雷达,只作为一个选项,可以参考,因为它的成本非常高。

而且L3和L4之间逐渐过渡演变也十分困难,几乎不太可能,一般来讲做全自动直接跳到L4。主要是因为L3是驾驶员仍然需要控制汽车,极限场景下还是要靠驾驶员的。所以,它不光在自动程度的设计,还是感知数量和种类的应用,都要考虑到成本的问题;人工智能算法,计算平台都是为了有局限性的自动驾驶,而不是所有场景。L4完全不需要考虑到驾驶员。所以,L4的场景就是一定要用到激光雷达,而且一定要用到高清地图。

关于国内自动驾驶的趋势,国内一些整车厂推出的高端品牌车,已经有L2、L3的功能。国外有一点不同的是,国外的L2、L3也就是ADAS是由法规和安全标准驱动的,特别是欧洲七八年前就已经开始了法规驱动。所以,它的大批量使用和成长不是由消费者或者车厂驱动,主要是法规的规定。

目前国内没有相应的法规和安全标准来要求,车厂主要创造自己的技术和品牌效应,消费者的接受程度也不统一,不太相信机器。国外的情况有些不同,比如特斯拉实际上是L2级别的自动驾驶,有些驾驶员把车比作L4级别,造成了事故,因此,对汽车自动驾驶太相信了也不对,完全不相信也不是很合理。

目前L4、L5自动驾驶落地的商业模式基本清晰,基本上就是B2B,以商业车的模式来落地。目前智能感知系统的成本非常高,只有商业车才能承受,主要是自动驾驶的出租车,物流机器人以及大型商业车。

从汽车行业来讲,安森美半导体提供一整套的图像传感器方案,有超过十多年的技术投入,在时间和道路的验证,功能安全、网络安全的领先,不断在技术、产品质量、功能安全和网络安全不断地耕耘。

激光雷达和毫米波雷达哪个更适合自动驾驶?

传统的激光雷达使用技术就是APD,叫做雪崩光电二极管。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叫做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。它的一致性非常好,特别在大批量生产的时候可以批量化。

在激光雷达产品上,安森美半导体按照传统的产品战略提供整体的、系统的方案。激光雷达由激光发射源和激光素的发射,激光素的接收、激光的传感器、放大器、点云的形成,功率电源管理、激光驱动器这几大块组成。激光源、激光素发射、激光素接收的器件上和合作伙伴合作开发,其他电子线路和激光的接收器则由安森美半导体自主开发出系统级方案。

安森美半导体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,下一代毫米波雷达产品的重点是放在L3上,目前新开发出来的技术叫做“MIMO+”,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,用于L3层级的自动驾驶。

与竞争对手相比,MIMO+加上实际通道、虚拟通道,要比竞争对手多一倍的通道。同样性能的毫米波雷达,安森美半导体的解决方案可以节省50%的mmIC器件、减少优化控制器、线路板,可以降低总体的成本。同时,安森美半导体也会开发雷达信号处理,其对外联接接口是符合行业标准,包括现有标准和未来发展标准。

安森美半导体可以提供完整的感知模式及方案,包括超声波、成像、毫米波雷达、激光雷达和传感器融合。未来,安森美半导体将持续投入,特别是在创新和技术开发领域,凭借3家制造厂和庞大的销售团队、售后服务团队,以及顶级的技术、支持和应用开发工程师为中国市场提供强有力的支持。

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