【原】了解機(jī)器感知：激光雷達(dá)、3D視覺和地理空間AI

新用戶8447VjsA 2022-12-08 發(fā)布于廣東

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隨著人工智能(AI)和物理世界的交叉，以及自主技術(shù)采用的增加，有人可能會提出質(zhì)疑，機(jī)器及其目前脆弱的模型如何能以人類的方式感知世界。借助于諸如激光雷達(dá)、雷達(dá)和攝像頭等自動駕駛汽車上所使用的傳感器技術(shù)，機(jī)器已開始能收集實(shí)時數(shù)據(jù)來為決策提供信息，并適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的場景。

傳感器技術(shù)已經(jīng)深深融入我們的日常生活，以至于我們可能低估了它們的影響。以恒溫器為例：只需稍加調(diào)整，這種基本的傳感器技術(shù)就能盡職盡責(zé)地將家庭和辦公室保持在理想的溫度，而無需太多人工干預(yù)。

然而，在后臺，恒溫器依賴于雙金屬機(jī)械式或電子式傳感器，利用熱膨脹來測量溫度，然后根據(jù)所需的溫度操控電路而對暖通空調(diào)進(jìn)行開關(guān)。這只是利用各種傳感器改善我們的生活的一個小例子。

面向自動駕駛汽車的激光雷達(dá)和雷達(dá)傳感器

最近，汽車制造商一直在借助傳感器推動全自動駕駛。一些公司專門制造激光雷達(dá)(LiDAR)傳感器來協(xié)助目標(biāo)檢測。

美國休斯飛機(jī)公司因在20世紀(jì)60年代初引入激光雷達(dá)技術(shù)而廣受贊譽(yù)，這項(xiàng)技術(shù)最初用來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星跟蹤——工程師借助激光聚焦成像就可以實(shí)現(xiàn)距離計(jì)算。

今天，許多公司正在采用直接飛行時間(dToF)激光雷達(dá)傳感器，其原理是利用激光器來發(fā)射光波脈沖，然后當(dāng)這些脈沖遇到周圍環(huán)境和障礙物后就會發(fā)生反彈。然后，激光雷達(dá)就可以測量這些脈沖返回所需的時間，從而確定傳感器和物體之間的距離。激光雷達(dá)傳感器還能夠在光波撞擊到物體表面時創(chuàng)建它們的三維圖像。

在現(xiàn)實(shí)世界的場景中，許多公司都將激光雷達(dá)用于各種應(yīng)用，使機(jī)器能夠感知周圍的世界，包括倉庫管理、高級駕駛輔助系統(tǒng)、建筑項(xiàng)目、污染建模等。Mobileye和戴姆勒等公司正在其自動駕駛原型中實(shí)施激光雷達(dá)技術(shù)。

例如，Mobileye最新的EyeQ Ultra SoC使用了稱為XNN、PMA、VMP和MPC的四類專有加速器，它們又依賴于兩個傳感子系統(tǒng):一個只有攝像頭的器件，以及另一個雷達(dá)和激光雷達(dá)的組合。Mobileye聲稱，EyeQ Ultra SoC將實(shí)現(xiàn)自動駕駛的4級駕駛——汽車工程師學(xué)會將其定義為在特定條件下無需人工干預(yù)即可執(zhí)行所有駕駛功能的車輛。然而，如果不滿足這些條件，則駕駛員就必須控制車輛。

圖1：行動中的亞馬遜自主機(jī)器人Bert。(圖片來源：亞馬遜)

在現(xiàn)實(shí)世界場景中采用激光雷達(dá)的另一個的例子，是亞馬遜的自主機(jī)器人：Bert、Kermit和Ernie。Bert使用激光雷達(dá)技術(shù)在整個亞馬遜倉庫中對其進(jìn)行引導(dǎo)，從而避開其他自動駕駛機(jī)器人、工人和機(jī)器等障礙物(圖1)。

制造商也在使用激光雷達(dá)來改善他們的物流鏈，依靠自主機(jī)器人來優(yōu)化履行和配送流程。

自動駕駛的發(fā)展現(xiàn)狀如何？目前有哪些比較好的解決方案？12月28日，在“中國國際汽車電子高峰論壇”之“智能駕駛與預(yù)期功能安全”分論壇上，泛亞汽車、移遠(yuǎn)通信、英博超算、映馳科技、上海汽檢和上海交通大學(xué)人工智能研究院等多家廠商和機(jī)構(gòu)將分別帶來“智能網(wǎng)聯(lián)汽車預(yù)期功能安全應(yīng)用實(shí)踐”、“智能駕駛整體解決方案”、“智能駕駛領(lǐng)域的方案和實(shí)踐”、“高性能計(jì)算軟件平臺的實(shí)踐”、“智能網(wǎng)聯(lián)汽車感知系統(tǒng)預(yù)期功能安全研究”和“智能駕駛感知對抗攻擊與防御”等主題演講。會議同期還設(shè)有“智能座艙與人機(jī)交互”、“電驅(qū)電控系統(tǒng)與功率半導(dǎo)體”和“動力電池與智能充電技術(shù)”三個分論壇。歡迎工程師朋友們前來學(xué)習(xí)交流。掃碼報(bào)名參加。

面向機(jī)器人的3D視覺

在工業(yè)和汽車用例中采用激光雷達(dá)技術(shù)所取得的成功有限。因此，工程師們意識到完全自主的機(jī)器是一種需要更可靠AI和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的復(fù)雜技術(shù)。這就是3D視覺可以幫助提高自主性的地方。

3D視覺通常用于工廠自動化應(yīng)用，如拾放機(jī)器人。這些機(jī)器依賴于3D快照傳感器，從而使機(jī)器人能夠從本質(zhì)上檢測物體，而不管其位置如何，這意味著它可以檢測物體是平放、直立還是處于懸掛位置。

圖2：這張Seoul Robotics的插圖描繪了其SENSR軟件的功能。(圖片來源：Seoul Robotics)

3D掃描和檢測開發(fā)商LMI Technologies開發(fā)了自己的3D傳感器版本Gocator 3000，該傳感器依賴于使用藍(lán)色LED結(jié)構(gòu)光的條紋投影，并結(jié)合了多種3D測量工具和決策邏輯。結(jié)合這些技術(shù)，傳感器就可以掃描和檢查任何具有走走停停運(yùn)動的物體，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制檢查和自動化組裝。

還可以用3D視覺來處理激光雷達(dá)傳感器所收集的數(shù)據(jù)，從而渲染其所掃描環(huán)境的詳細(xì)圖像。3D視覺計(jì)算機(jī)軟件公司Seoul Robotics于2021年1月在美國發(fā)布了其首款3D視覺軟件(圖2)。這款軟件依賴于該公司基于機(jī)器學(xué)習(xí)的SENSR軟件，從而使3D傳感器本質(zhì)上成為了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。這家韓國公司聲稱傳感器可以分析和理解從車聯(lián)網(wǎng)通信、交通安全技術(shù)、零售分析和智慧城市所收集的3D激光雷達(dá)數(shù)據(jù)。