安霸立體視覺處理SoC會給自動駕駛市場帶來什麼？

自動駕駛產業不乏想要超越Mobileye計算機視覺SoC的視覺晶元供應商，安霸(Ambarella)就是其中之一。該公司正致力於縮短與Mobileye的距離，特別是因為Mobileye不僅是業界先驅且仍持續主導基於視覺的先進駕駛輔助(ADAS)和高度自動駕駛車市場。

Ambarella日前推出了一款名為CV2的新型相機SoC，專用於提供深度神經網路(DNN)和立體視覺處理，瞄準ADAS和自動駕駛車市場。Ambarella宣稱擁有兩項與競爭對手不同的優勢，其一是VisLab開發的新型計算機視覺架構——Ambarella於2015年收購了這家歐洲計算機視覺與智能汽車控制系統開發商。另一項則是Ambarella自家設計且經現場驗證的低功耗、高解析(HD)與超高解析(Ultra HD)視覺處理晶元，可用於IP監控、運動、無人機與後裝行車記錄器等應用。

CV2架構圖

結合VisLab的經驗和技術，Ambarella開發出符合車規級的CV2，在一個晶元中整合了先進的計算機視覺、圖像處理、4Kp60視頻編碼與立體視覺技術。CV2延續上一代的CV1，據稱可提供較CV1更高20倍的深度神經網路性能。

CV1和CV2都可在同一晶元上提供單眼和立體視覺處理。VisLab創辦人Alberto Broggi解釋：「單眼視覺可在遠處偵測並分類對象——最遠達180公尺——而立體視覺相機能夠捕捉3D物體的形狀，而且無需訓練即可檢測到一般障礙物。」

Broggi說，Ambarella的視覺SoC「專為在城市駕駛而設計，能執行所有的感知處理」。而像路徑規劃以及轉向和停車等其他操控任務，目前仍留給車載計算機。然而，Broggi補充說，他的團隊計劃將融合和決策層移植到CV晶元上。

從義大利帕爾馬大學(University of Parma)獨立出來後，由Broggi教授帶領的計算機視覺團隊成為Ambarella高度自動化車輛的自動駕駛車(AV)軟體骨幹。

針對Ambarella的視覺解決方案，IHS Markit信息娛樂和ADAS研究總監Egil Juliussen說：「Ambarella的新產品看起來很不錯，可望用於ADAS、L4和L5級自動駕駛。我認為，正是由於他們的技術涵蓋從演算法、專利到SoC，而使其自動駕駛平台與眾不同。」

Juliussen說：「他們還取得了加州的AV路測執照——只不過是第52家獲得執照的公司。」他強調Ambarella已能「提供開發工具和API，可讓1級(Tier-1)供應商和汽車OEM連接ADAS和L3到L5系統。」Ambarella計劃在第二季出樣CV2。

不過，Ambarella為什麼推出兩款視覺SoC？Broggi表示，去年5月發表CV1後，「我們又花了6個月的時間開發CV1的軟體和工具，並確保晶元能在安裝於車輛時正常運作。」由於基礎工作已經完成，而CV2的軟體兼容於CV1的軟體，「客戶很輕鬆就可以將兩者互換使用，」Broggi補充說，特別是CV2符合汽車要求，但CV1則否。

單眼視覺 vs.立體視覺

開發ADAS和全自動駕駛車究竟要用單眼視覺還是立體視覺？這是長久以來爭辯的焦點。英特爾(Intel)旗下子公司Mobileye認為，單眼相機用於辨識車道、行人以及交通標誌和路上的其他車輛時已經夠好了。

但是，立體視覺的支持者則認為，以3D視角計算來自單個相機感測器接收的平面2D架構時，單眼視覺系統經常不夠穩定和可靠。

Ambarella在其晶元中融合了單眼和立體視覺處理。例如，其嵌入式車輛駕駛(EVA)平台提供基於4K CV1的立體視覺相機，用於立體障礙物檢測的感知範圍超過150公尺。據該公司稱，它還支持超過180公尺的對象單眼視覺分類功能。 Alberto Broggi

Broggi認為，立體視覺是一項重要的功能升級。「許多信息都包含在對象的3D形狀中。即使相機看到一個未知形狀的物體——系統以前從未見過的東西，而且未經辨識訓練——立體視覺也能進行處理」。

擁有單眼和立體視覺功能也會導入重要的冗餘。立體視覺能夠發現單眼相機看不見或無法辨認的對象。

針對這兩類型產品的比較，Juliussen說：「Mobileye是採取『單眼相機』策略的主要公司；當攝影機價格昂貴時，這種途徑效果不錯。但立體相機的價格正持續降低。我認為兼單眼和立體視覺更好，能為Ambarella帶來更大的市場和應用領域。」

高動態範圍至關重要

Broggi說，「VisLab和Ambarella連手可說是絕佳組合，」因為兩家公司的團隊之間工作並未重迭；更重要的是，CV1和CV2均採用Ambarella的影像信號管路實現高動態範圍(HDR)成像、ultra HD處理以及在立體相機實現自動校準。

除了卷積神經網路(CNN)和DNN的所有功能之外，由ADAS和AV部署的視覺感測器還可以從視覺SoC提供的HD影像和高性能影像預處理功能中受益。

由於立體相機需要非常高的穩定度，Broggi說：「立體相機的校準可能會是一項挑戰，尤其是在汽車應用中，」因為汽車持續振動且經常在寬溫度範圍內運行。透過Ambarella的CV1和CV2晶元，「我們可以在晶元上實時自動校準。」

同樣地，當機器面對LED頭燈和交通標誌時，ADAS和AV可能會發生混淆。當LED閃爍時——它可能會被開啟和關閉——其閃爍的假影可能引發機器視覺故障。Broggi解釋說，這種情況經常發生在LED燈和相機的頻率不同步時。Ambarella的CV1和CV2可以透過平均訊框數來減輕這種假影。他說：「我們可以在影像管線的早期階段使用預處理來清理它。」

對於最近Uber釀禍撞死一名在夜間穿越街道的婦女，Broggi並未發表任何評論，但他說，Ambarella提供支持HDR功能的晶元「能夠在極低光照條件下處理影像。」

EVA架構

對於道路試駕，Ambarella開發了EVA自動駕駛平台。EVA的感測套件目前已導入Lincoln MKZ車系，主要採用視覺感測器，無需光達(LiDAR)即可實現自動駕駛。然而，基於EVA的AV還包含Bosch製造的前保險杠式雷達，以獲得更好的正面視野。

圖2：EVA平台架構（來源：Ambarella）

Broggi堅信，視覺是使自動駕駛車「充滿信心」的唯一感測器。Broggi表示，相較於每秒產生200萬個3D點的光達，遠距離的立體相機每秒可擷取8-9億個3D點。

車輛通常配備兩組不同的立體相機。一套是遠距離感知，另一套是短距離感知。遠距離相機使用兩個4K感測器(8百萬像素)，基線長30公分，水平視角75度。短距離相機系統使用4個支持200萬像素的立體相機，以及10cm基線和魚眼鏡頭。

Ambarella解釋，每個遠距離相機都包含2個CV1 SoC。在短距離系統中，所有的相機都連接至一個中央模塊，透過2個CV1 SoC處理4個相機。

CV2的設計用於在晶元中支持4個立體相機和4個單眼相機。而CV1採用14nm CMOS工藝製造，但Ambarella的CV2將由三星(Samsung)以10nm工藝製造。儘管CV2的複雜度增加了，但Broggi說：「我們能夠保持相同的低功率——4至5瓦(W)。」

根據Juliussen的觀察，開發汽車用的計算機視覺產品是Ambarella的一項重大目標，該公司去年為此分配了超過50%的研發預算。Juliussen說：「如今看來他們取得了不錯的進展。目前的產品已被中國OEM應用於ADAS市場。」

他補充說：「他們目前的產品還被用於相機售後市場，如儲存行車數據的行車記錄器(EDR)。EDR將成為L4和L5自動車的標準配備。」這就是為什麼CV2支持4Kp60 AVC和HEVC視頻編碼。該晶元可以將視頻記錄到汽車ADAS和自動駕駛系統。

編譯：Susan Hong

本文授權編譯自EE Times，版權所有，謝絕轉載

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