比尔盖茨基金投资，受人类视觉启发的自动驾驶认知雷达
2020-03-18 09:35:33 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
据麦姆斯咨询报道，高性能认知雷达平台供应商Echodyne近日公开展示了其受人类视觉启发的下一代认知雷达系统EchoDrive。不过，Echodyne公开的自动驾驶雷达测试图像似乎看起来跟激光雷达点云图有很大差异。
通过目前大量曝光的无人驾驶测试车辆，我们经常可以看到车辆上装配着笔记本电脑或大屏幕，从屏幕上可以看到由一颗或多颗激光雷达（LiDAR）传感器所捕捉的3D点云图，通常这些点云图可以很直观地识别出周围行驶或静止的车辆、障碍物以及行人。
Echodyne测试车顶安装的EchoDrive认知雷达系统
据麦姆斯咨询报道，高性能认知雷达平台供应商Echodyne近日公开展示了其受人类视觉启发的下一代认知雷达系统EchoDrive。不过，Echodyne公开的自动驾驶雷达测试图像似乎看起来跟激光雷达点云图有很大差异。Echodyne装配EchoDrive认知雷达系统的福特SUV在街道上测试时，其屏幕上展示了不断变化的模糊的点以及粗细不一的线条，并随着它们的移动而改变颜色。这些模糊的图像看上去，与窗外的车辆、自行车以及行人几乎没有任何相似之处。
那是因为这辆车使用了和激光雷达完全不同的新型雷达系统。Echodyne是一家由比尔盖茨基金（Bill Gates）投资的创新雷达初创企业。它们开发了一种基于MESA（Metamaterial Electronically Scanning Array，超材料电子扫描阵列）的认知雷达系统，整合了成像雷达硬件和计算机视觉软件，可以实现目标分类、识别和感知。
Echodyne申请专利的MESA技术，提供了与更昂贵的电子扫描阵列（ESA）雷达类似的性能，使这种软件定义的波束控制雷达能够用于各种现有应用以及新兴应用。
有意思的是，我们无法即时辨识其可视化成像视图，是因为Echodyne的雷达和激光雷达的全局视图不同，它更接近人类的视觉，总是在不断“跳跃”，从而将注意力集中在更重要的目标上。
Echodyne的EchoDrive雷达系统可视化
目前很多自动驾驶测试车辆采用的机械式激光雷达，通过机械旋转的反射镜将激光脉冲发射至车辆周围宽广的环境中，甚至能够覆盖整个360度视场。由于激光的波长非常短，因此激光雷达的空间分辨率非常高。不过，激光雷达在面对雨、雾、雪以及扬尘状况时性能会下降，此外，性能优异的激光雷达仍然非常昂贵。
相比之下，雷达价格经济，且不受天气影响，可以远距离工作。当然，雷达也存在短板。由于雷达采用的波长更长，其分辨率略低，无法分辨细小的特征，尤其是在远距离探测时。另外，没有类似船舶雷达系统采用的大型旋转式机械天线，传统的雷达很难直接指向广阔的场景。因此，现有的汽车雷达通常具有狭窄的固定视场，并且几乎无法区分检测到的物体。
Echodyne的创新在于基于超材料的MESA扫描阵列，整合了德州仪器（TI）的毫米波（mmWave）传感器。其运行类似于相控阵雷达，它没有任何运动部件，通过电子控制的高分辨率点波束在视场内快速扫描，获得高分辨率、远距离、全天候的成像能力，非常理想地适用于自动驾驶。Echodyne创始人兼首席技术官Tom Driscoll认为，仅凭借能够操纵雷达探测，相比现有雷达系统就可以在远距离探测方面提供高一个数量级的灵敏度。
美国国防高级研究计划局（DARPA）将此概念称为认知雷达，它们在该方向已经有超过十年的开发历史，主要使用高性能（且非常昂贵）的相控阵雷达。
Echodyne自动驾驶认知雷达的知识库和控制流。EchoDrive雷达的动态控制API可以利用自动驾驶堆栈中的各种资源（例如高清地图、车联网V2X以及其他传感器数据），在不断变化的驾驶环境、状况和场景中实时优化测量，实现如人类般的响应。
无论是传感器、分辨率还是数据速率，从传感器通过融合再到决策的单向数据流，永远都无法获得类似于人类的感知。当人听到周围的一个声音或视觉上注意到某个东西时，大脑会将感官资源对准这个物体或区域以辨明这个物体。
Driscoll将它们的雷达技术与人类的视觉进行了类比。尽管人们感觉自己望向前方时，整个广阔的场景都有良好的视野，但实际上，我们只有在眼睛的中心区域才具有良好的分辨率，大脑会根据需要将注意力集中在中心位置。
同样，车载计算机可以指定EchoDrive雷达来侦测驾驶场景的不同部分。Driscoll说：“在开阔的道路上，我们可能会用雷达波束追踪前方已识别的汽车，实现自适应巡航。然后，到了T型路口要左转时，我们就需要雷达将更多波束集中在左前方，就像人类驾驶员一样。而遇到人行横道时，需要雷达采用专门的侦测模式来确认人行横道上是否有行人。”
此外，EchoDrive还有另外的独特优势。除了像激光雷达一样可以报告物体的方向、高度和距离外，EchoDrive雷达还可以探测物体的相对速度，因为返回信号的频率包含多普勒频移。雷达脉冲可能达不到激光雷达的空间分辨率，但是，这种微型多普勒雷达可以通过跑步者运动的手臂或自行车车轮的旋转等独特特征来识别物体。
一辆典型的自动驾驶汽车可以装配3~6个这样的认知雷达单元，并与传统的远程雷达、摄像头以及激光雷达一起协同工作，再结合高清地图数据库实现高级别的自动驾驶功能。尽管认知雷达在某些情况下可能优于激光雷达，但Driscoll认为，它是激光雷达的有力补充而不是简单的替代。
Driscoll说：“在我看来，这些L4级和5级自动驾驶车辆在所有挑战全部解决之前，应该配备所有能够互补的高端传感器。传感器融合就是为了提供足够的数据冗余。”
Echodyne已经向多家从事自动驾驶技术开发的公司提供了EchoDrive雷达原型，Driscoll认为其量产版的雷达售价应该会低于1000美元。这是要比目前不是那么智能的防碰撞雷达要贵，但是，比起最新的激光雷达来说还是要便宜得多。
关于Echodyne
Echodyne公司推出了全球首款紧凑型、可软件定义的真正固态电子扫描阵列（ESA）雷达传感器。Echodyne致力于自动化时代的机器感知，公司为政府、工业和集成商提供高性能商用的雷达工程解决方案，用于边境安全、关键基础设施保护、现场急救、无人机系统和无人驾驶车辆等。公司总部设在华盛顿的柯克兰（Kirkland），获得了盖茨基金（Bill Gates）、美国全国教育协会（NEA）、西雅图风投公司（Madrona Venture Group）、艾伦基金（Vulcan Capital）和Lux Capital等投资支持。
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