ADAS單目/雙目/三目到底有什么區(qū)別？

一個(gè)月之前，《高工智能汽車(chē)》在蔚來(lái)ES8發(fā)布之時(shí)，曾發(fā)表了一篇關(guān)于三目攝像頭的文章。核心點(diǎn)是想要找出三目攝像頭在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域是一個(gè)什么樣的存在，但最終結(jié)果并不盡如人意。有用戶(hù)也在后臺(tái)提問(wèn)到，最后到底是子丑寅卯？

我無(wú)法解答，問(wèn)題縈繞心頭，一時(shí)竟無(wú)法釋然。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，我和一家國(guó)內(nèi)較早涉足ADAS的企業(yè)負(fù)責(zé)人聊到了這個(gè)話(huà)題，頓覺(jué)點(diǎn)亮了阿拉丁神燈。整理如下，文章略長(zhǎng)，字?jǐn)?shù)4千有余，讀畢需7min左右。君若有心讀完，想必一定能解答一些N目攝像頭的疑問(wèn)。

注：有表達(dá)不當(dāng)或失準(zhǔn)之處，還請(qǐng)各位專(zhuān)家多多指教，畢竟，吾乃一業(yè)外人士。

攝像頭的智能化

攝像頭在日常生活中非常常見(jiàn)，一般用來(lái)完成拍照、攝像這些基本的功能。但自動(dòng)駕駛以及人工智能的到來(lái)，使得人們有了從攝像頭中，獲取更為智慧的結(jié)果的需求，即通過(guò)攝像頭的視野，分析感知環(huán)境的變化，做出判斷，將結(jié)果反饋到終端或者云端的處理器當(dāng)中，服務(wù)于更豐富的應(yīng)用。

自動(dòng)駕駛作為最先嘗鮮的應(yīng)用領(lǐng)域之一，攝像頭很早就進(jìn)入了科研專(zhuān)家的考察范圍。業(yè)內(nèi)研究最早同時(shí)實(shí)力最強(qiáng)的，是Mobileye。這家誕生于以色列的單目視覺(jué)公司，有著在汽車(chē)高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)領(lǐng)域12年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提供芯片搭載系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法運(yùn)行 DAS 客戶(hù)端功能。

公司的產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)車(chē)道偏離警告 (LDW)、基于雷達(dá)視覺(jué)融合的車(chē)輛探測(cè)、前部碰撞警告 (FCW)、車(chē)距監(jiān)測(cè) (HMW)、行人探測(cè)、智能前燈控制 (IHC)、交通標(biāo)志識(shí)別 (TSR)、僅視覺(jué)自適應(yīng)巡航控制 (ACC) 等功能，產(chǎn)品占據(jù)全球市場(chǎng)超過(guò)70%的份額。

之所以要花這么大的篇幅去介紹Mobileye，是因?yàn)樗麄兪菢I(yè)內(nèi)單目攝像頭解決方案的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者。

對(duì)，沒(méi)有之一，也沒(méi)有任何含混不清，他們就是NO.1。這也是為什么芯片巨頭英特爾愿意花153億美金買(mǎi)下這家在從前名不見(jiàn)經(jīng)傳的小公司的原因。

以上的表述中，眼尖的人一定主要到了一個(gè)詞：?jiǎn)文繑z像頭。那么什么是單目攝像頭呢？文章開(kāi)頭提到的三目攝像頭又是什么鬼？有沒(méi)有雙目的呢？接下來(lái)，我將帶大家一一解開(kāi)這一困擾我一個(gè)多月的問(wèn)題。

單目攝像頭

目前應(yīng)用于自動(dòng)駕駛的路況判斷，多以單目攝像頭方案為主。也就是業(yè)界鼻祖Mobileye的看家本領(lǐng)。

但單目攝像頭有一個(gè)問(wèn)題是，在測(cè)距的范圍和距離方面，有一個(gè)不可調(diào)和的矛盾，即攝像頭的視角越寬，所能探測(cè)到精準(zhǔn)距離的長(zhǎng)度越短，視角越窄，探測(cè)到的距離越長(zhǎng)。這類(lèi)似于人眼看世界，看的越遠(yuǎn)的時(shí)候，所能覆蓋的范圍就窄，看的近的時(shí)候，則覆蓋的范圍就廣一些。

人眼是雙目的，在性能上要遠(yuǎn)優(yōu)于人造產(chǎn)品，但在觀(guān)察周遭環(huán)境的時(shí)候，也依然會(huì)遇到覆蓋不全的問(wèn)題。通俗點(diǎn)來(lái)講，眼觀(guān)六路，耳聞八方常常用來(lái)形容一個(gè)人機(jī)敏，能快速感知周?chē)沫h(huán)境狀況。我們將這樣的人視為聰慧的人，一般人很難達(dá)到這樣的水平。但一雙眼睛，怎能達(dá)到眼觀(guān)六路？

這不過(guò)是漢字語(yǔ)言的一種比喻的說(shuō)法，并不能當(dāng)真。因此，即使是如人一般昂貴精妙的雙眼，也在實(shí)際的使用環(huán)境中，有力所不能及的時(shí)候。

車(chē)載攝像頭是定焦的，它無(wú)法像人眼一樣快速變焦。不同的焦距可以滿(mǎn)足不同的范圍。

目前的ADAS（高級(jí)輔助駕駛）所要求的是40米-120米的范圍，未來(lái)將會(huì)達(dá)到200米甚至以上。Mobileye現(xiàn)在的技術(shù)水平，所能達(dá)到的也是120米范圍以?xún)?nèi)，但從下一代EyeQ4、EyeQ5開(kāi)始，Mobileye將會(huì)達(dá)到150-200米的視距。

那么如何用一個(gè)定焦鏡頭解決不同距離的觀(guān)察，就成為了困惑行業(yè)的難題。也因此，業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了雙目甚至多目的方案，用來(lái)解決不同距離下攝像頭看清、看準(zhǔn)的問(wèn)題。

多目攝像頭

不同焦距的攝像頭，與成像的清晰度是直接掛鉤的。車(chē)載攝像頭一般是固定焦距的，目前車(chē)載攝像頭每秒處理的圖像在20幀左右，每秒處理的數(shù)據(jù)量巨大。

一方面車(chē)載攝像頭從技術(shù)上是很難達(dá)到頻繁變焦的，另一方面單個(gè)攝像頭頻繁變焦根本無(wú)法應(yīng)對(duì)秒級(jí)的巨量數(shù)據(jù)接收處理。

這也是為什么Mobileye前兩年開(kāi)始多目研究的原因。多目攝像頭，可以通過(guò)不同的攝像頭來(lái)覆蓋不同范圍的場(chǎng)景，既解決了攝像頭無(wú)法來(lái)回切換焦距的問(wèn)題，也可以一次性解決不同距離下識(shí)別清晰度的問(wèn)題。

比如說(shuō)廣角鏡頭用來(lái)看近處的環(huán)境，80度的覆蓋30米左右的環(huán)境，60度覆蓋中遠(yuǎn)距離，40度負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離觀(guān)察。不同的攝像頭負(fù)責(zé)觀(guān)察不同距離、角度范圍的場(chǎng)景，各司其職，互不干擾。

但多目攝像頭目前也并不是完美的解決方案，它會(huì)生出另外的一些難解問(wèn)題。

比如，第一，在汽車(chē)上如何放置的問(wèn)題。汽車(chē)擋風(fēng)玻璃處通常是各種配件聚集的地方，這里本身需要安裝雨量傳感器，以及有可能額外添加的激光雷達(dá)、行車(chē)記錄儀，攝像頭等等。這個(gè)地方本身已經(jīng)擁擠不堪，留給多余設(shè)備的空間并不大。

而多目攝像頭本身又有一些要求，比如攝像頭之間的距離要在10-20cm左右，這就更加劇了擋風(fēng)玻璃處的擁擠。

第二，多目攝像頭的成本會(huì)翻倍，只從簡(jiǎn)單的硬件上就是單目的N倍，而且算法上的復(fù)雜度和成本也時(shí)成倍增加。多路圖像數(shù)據(jù)的處理比單路數(shù)據(jù)處理的難度要大，這對(duì)處理芯片的要求以及硬件的可靠性要求增高。

因此，多目攝像頭的出現(xiàn)，既解決了一些現(xiàn)有問(wèn)題，也衍生出了各種各樣其它的問(wèn)題。

雙目攝像頭

業(yè)內(nèi)很多新興的初創(chuàng)公司，為了避開(kāi)與Mobileye的正面競(jìng)爭(zhēng)，選擇從雙目切入。但雙目也存在兩個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。第一是成本問(wèn)題，第二是安裝位的問(wèn)題。

第一個(gè)問(wèn)題是，雙目的方案，兩個(gè)鏡頭理論上要一模一樣，因?yàn)橐坏┐嬖诓町?，?huì)使得測(cè)量的準(zhǔn)確性大打折扣。業(yè)內(nèi)也會(huì)稱(chēng)之為立體攝像頭。

但一個(gè)攝像頭是由6個(gè)光學(xué)的鏡片和一些傳感器組成，而玻璃鏡片的生產(chǎn)制造是打磨出來(lái)的，并不是壓制而成的。這就從根本上產(chǎn)生了鏡片生產(chǎn)存在差異性的問(wèn)題。

所謂的單反攝像機(jī)，最昂貴的莫屬一個(gè)個(gè)動(dòng)輒數(shù)萬(wàn)的鏡頭，原因就在這里。大家都聽(tīng)過(guò)卡爾蔡司鏡頭吧，這個(gè)公司已經(jīng)有超過(guò)100年的歷史，他們的鏡頭在業(yè)內(nèi)可謂鼎鼎大名。

曾經(jīng)手機(jī)界的扛把子諾基亞，在自己的手機(jī)中使用的就是這家公司的鏡頭。不客氣的講，當(dāng)時(shí)同檔次的諾基亞旗艦機(jī)N95的成像質(zhì)量，真真是甩了iPhone一座珠港澳大橋的距離。

攝像機(jī)鏡頭一般都有些參數(shù)，比如畸變度，對(duì)焦度，隨著準(zhǔn)確度的上升，誤差范圍的收窄，成本也是扶搖直上的，業(yè)內(nèi)一般使用的鏡頭誤差在5%的范圍內(nèi)。一般，單目攝像頭的誤差可通過(guò)后期算法的調(diào)教，進(jìn)行有效的處理。

但雙目攝像頭，由于本身測(cè)距的原理，導(dǎo)致會(huì)要求兩個(gè)鏡頭之間的誤差越小越好。如果兩個(gè)鏡頭各自都有5%左右的誤差，那么對(duì)于后期調(diào)教的算法，難度就會(huì)加大許多，而且還不能保證確定性。

而如果要將兩個(gè)攝像頭的誤差縮減到1%左右，達(dá)到使用的要求，那么攝像頭的成本就會(huì)高不可攀。同時(shí)無(wú)論鏡頭生產(chǎn)商還是采購(gòu)方，都需要面對(duì)產(chǎn)品不良率的問(wèn)題。

雙目攝像頭同時(shí)也存在擺放位置的問(wèn)題。兩個(gè)鏡頭之間的距離是10-20cm之間，這個(gè)距離需要非常精準(zhǔn)，因?yàn)檫@會(huì)直接關(guān)系到測(cè)距的準(zhǔn)確性。

由于汽車(chē)使用的環(huán)境復(fù)雜多變，只是溫度要求，都是在-40—85度。而傳統(tǒng)器材必然有熱脹冷縮的問(wèn)題，那么這就會(huì)影響到兩個(gè)鏡頭之間的距離。因此只有很高端的一些車(chē)型，會(huì)使用到立體攝像頭，而且即使是使用了，場(chǎng)景也會(huì)非常有限。主動(dòng)巡航和自動(dòng)駕駛根本做不到。

業(yè)內(nèi)做的好的公司，能夠?qū)文繑z像頭的誤差控制在3%以?xún)?nèi)。理論上立體攝像頭的誤差可以做到1%以?xún)?nèi)，但從實(shí)際的應(yīng)用層面來(lái)看，1%跟3%在現(xiàn)有的應(yīng)用環(huán)境下，并不存在太大的差別。尤其是在單目攝像頭搭配一些毫米雷達(dá)等傳感器以后，完全可以達(dá)到類(lèi)似的精度。

雙目攝像頭的方案，在成本、制造工藝、可靠性、精準(zhǔn)度等等綜合因素的制約下，導(dǎo)致其難以在市場(chǎng)上推廣，而單目攝像頭低成本可靠性的解決方案，搭配其他傳感器，完全可以滿(mǎn)足L1、L2以及部分L3場(chǎng)景下的功能。因此在現(xiàn)有市場(chǎng)環(huán)境下，單目攝像頭的解決方案依然會(huì)是主流。

ES8的全系產(chǎn)品都搭載了三目前向攝像頭、4個(gè)環(huán)視攝像頭、5個(gè)毫米波雷達(dá)、12個(gè)超聲波雷達(dá)。

三目攝像頭

除了較為多見(jiàn)的雙目攝像頭方案，三目攝像頭也進(jìn)入了一些公司的視野，如蔚來(lái)的ES8。但三目攝像頭是終極的解決方案嗎？目前看來(lái)，并不是。

三目攝像頭誕生之初，目的是為了解決汽車(chē)前向測(cè)距的問(wèn)題。眾所周知，汽車(chē)行駛的過(guò)程中，如果要滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛的要求，需要車(chē)身感知設(shè)備對(duì)前方兩百米左右的道路環(huán)境做到精準(zhǔn)測(cè)量，以求做出相應(yīng)的控制決策。

三個(gè)攝像頭在判斷、測(cè)算障礙物距離的時(shí)候，會(huì)有一個(gè)核心的邏輯問(wèn)題。由于攝像頭的精準(zhǔn)度是有一定的誤差范圍，因此三個(gè)不同的攝像頭，檢測(cè)障礙物的精準(zhǔn)性都會(huì)有一定的誤差。

那么在不同攝像頭覆蓋距離范圍的交匯處，兩個(gè)相鄰攝像頭測(cè)算出障礙物的距離很可能是不同的，會(huì)存在10米左右的誤差。

還有同樣一個(gè)場(chǎng)景，兩個(gè)鏡頭獲取到的圖像可能會(huì)不一樣。對(duì)于這些“不尋?！钡那闆r，專(zhuān)家并沒(méi)有良策。而這些數(shù)據(jù)都是在同一時(shí)間獲取到的，后臺(tái)的算法會(huì)隨時(shí)處理，運(yùn)算的結(jié)果也會(huì)直接反饋到中央控制器，用來(lái)對(duì)汽車(chē)的駕駛行為做出調(diào)整。

不同攝像頭獲取到同一場(chǎng)景的不同數(shù)據(jù)，需要在后臺(tái)進(jìn)行融合，某種意義上而言，就是數(shù)據(jù)處理結(jié)果的PK，誰(shuí)更準(zhǔn)確就采納誰(shuí)。但由于硬件的差異性本身存在，導(dǎo)致后臺(tái)目前對(duì)于這種誤差并沒(méi)有合理的規(guī)則和解決方案去進(jìn)行優(yōu)勝劣汰的處理。

這種無(wú)法決策的局面，還會(huì)同其它的傳感器如激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)探測(cè)到的結(jié)果再進(jìn)行一次融合（PK），多重的不確定性導(dǎo)致最終難以做出普遍意義上“正確合理”的決策。

Mobileye也正是因?yàn)闊o(wú)法解決這一根本性的邏輯處理問(wèn)題，導(dǎo)致在嘗試了三目攝像頭的方案之后，又回到了原來(lái)的單目攝像頭的方案上。

5年內(nèi)單目還是主流

處理攝像頭數(shù)據(jù)的芯片，是制約攝像頭解決方案的重要因素。Mobileye花了十年，才制造出了滿(mǎn)足汽車(chē)電子規(guī)范要求的芯片，可見(jiàn)，符合車(chē)規(guī)要求的芯片難度之大。

目前市場(chǎng)上，還未出現(xiàn)可以滿(mǎn)足雙目圖像處理、符合車(chē)規(guī)要求、大規(guī)模商業(yè)化量產(chǎn)的芯片，已經(jīng)量產(chǎn)的一些車(chē)型中類(lèi)似于斯巴魯使用的，仍然配合使用了FPGA的方案，來(lái)達(dá)到雙目算法處理所需的算力要求。

現(xiàn)在市場(chǎng)上并沒(méi)有商業(yè)化的芯片能夠支持多目攝像頭的方案，都是FPGA的方式。而Mobileye的EyeQ4和 EyeQ5可以滿(mǎn)足這樣的要求，但Mobileye本身覺(jué)得這樣的搭配方案并沒(méi)有太大的必要。

人眼實(shí)際上就是立體攝像頭，但人都需要大規(guī)模的訓(xùn)練，才能達(dá)到測(cè)距的準(zhǔn)確性。但坦白講，印象中只有特種兵才可以通過(guò)手指比對(duì)的方式手動(dòng)測(cè)出較為精準(zhǔn)的距離，而我們普通人要通過(guò)雙眼判斷物體的準(zhǔn)確距離，其實(shí)還是很困難的。

雙目攝像頭的方案，理論上是可以達(dá)到很高的精度，但需要非常專(zhuān)業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，才有可能研發(fā)出來(lái)。但即使研發(fā)出來(lái)，也會(huì)面臨嚴(yán)重的成本問(wèn)題。

企業(yè)本身做產(chǎn)品的目的就是推而廣之，讓產(chǎn)品大規(guī)模應(yīng)用，而非束之高閣，以作觀(guān)瞻。一個(gè)產(chǎn)品如果價(jià)格居高不下，對(duì)于實(shí)際的商業(yè)化應(yīng)用，并沒(méi)有太大的意義。

也因此，有部分業(yè)內(nèi)人士表示，至少在5年內(nèi)，單目攝像頭還將會(huì)是市場(chǎng)的主流，多目的方案還需匍匐前行。

異形鏡頭可能是新的出路

新的傳感器技術(shù)，從鏡頭成像，到特殊異形鏡頭的設(shè)計(jì)，傳感器技術(shù)的迭代更新，將有可能解決現(xiàn)有攝像頭存在的問(wèn)題。

Mobileye用到的傳感器是1/2.7寸的，或者1/3寸的，現(xiàn)在新的傳感器技術(shù)可以達(dá)到1/1.7或1/1.5寸，已經(jīng)提高了一到兩倍。Mobileye跟攝像頭廠(chǎng)商類(lèi)似于舜宇這樣的企業(yè)，正在共同研發(fā)下一代的異形攝像頭。

通常，業(yè)內(nèi)使用的鏡頭是球形、橢圓形的，而新的異形鏡頭光圈很大，可以覆蓋不同的測(cè)距范圍，同時(shí)保證成像質(zhì)量。

另外，目前大部分?jǐn)z像頭廠(chǎng)家使用的攝像頭都是100萬(wàn)像素，而Mobileye下一代的EyeQ4或者EyeQ5則會(huì)使用到400萬(wàn)甚至800萬(wàn)像素的攝像頭。

隨著更大尺寸的傳感器應(yīng)用，單個(gè)攝像頭可以保證1-200米內(nèi)，任何一個(gè)焦段成像清晰。這將會(huì)徹底解決多目攝像頭現(xiàn)存的一些問(wèn)題，雖然目前成本較高，但它的前景還是非常值得期待的。