智慧好達人

談到AI人工智慧中的自動駕車，一定要先認識Mobileye這家坐擁全球最高級輔助駕駛系統的公司

Mobileye是一家來自以色列的自動駕駛權威公司， 由著名電腦視覺科學家艾維瑞姆(Ziv Aviram)與

耶路撒冷希伯來大學教授夏舒雅(Amnon Shashua)創立的。2017年初以4700億高價被英特爾收購

英特爾執行長柯再奇（Brian Krzanich）說：「收購Mobileye真正意義在於電腦視覺技術，其技術不僅可用在汽車，

也可用在直升機、高端無人機與機器人等設備。」 。

而Mobileye到底如何利用人工智慧實現對自動駕駛呢？

夏舒雅(Amnon Shashua)在 Bosch Connected World 2017 的演說中 可以找到答案

以下為 Bosch Connected World 2017 的演說翻譯

一、自動駕駛三個關鍵技術

只有結合這三項技術才能實現自動駕駛

• 感知：在車輛部署攝像頭、激光雷達、毫米波雷達等傳感器，配合高性能的算法，讓車輛感知周邊環境。

• 高精度地圖：高精度地圖是實現自動駕駛的必要性技術之一，沒有高精度地圖就沒有安全的自動駕駛基礎。

• 駕駛決策：在駕駛決策的技術研發中，往往能為人工智慧提供大量運用地方。目的是，讓自動駕駛車輛在面對複雜交通環境時，能夠像人一樣駕駛，擁有人類的一些決策屬性和技巧，同時也要保證安全。

二、人工智慧在感知中的應用

接下來討論更多的感測部分首先介紹 拉斯維加斯的 一個範列，從下圖你可以看到 外接矩形框圍繞著所有車子 綠色偵測區域（自由空間） 交通標誌 道路號誌

最終我們得到一個存儲在雲端的地圖，它可以投射在兩個界面上，圖中右手邊是將數據投射在谷歌地球上，這樣可以得到大尺度的精度參考，左手邊是投射在車輛採集的實時圖像上。

當運行起這樣的系統時，可以看到投射在谷歌地球和車輛視角圖像的車道線非常精準，同時標註出了道路標識等信息，精度達厘米級。

這是另一個範例，與裕隆汽車在倫敦街道上的道路測試。

在這個過程中，人工智慧發揮了甚麼功用呢?

當提到車輛感知，通常指的是物體檢測的過程，即道路上的車輛、行人、交通標識、交通燈等等。

• 階段一：感知障礙物。對機器而言，輸入的是圖像，輸出的其實是 外接矩形框 ，如一輛汽車的 外接矩形框 、一個行人的 外接矩形框 。這是如今的駕駛輔助系統，我們需要檢測車輛、行人等物體，再根據這些障礙物進行相應的駕駛決策。

• 階段二：感知自由區域（free space）。過去的環境感知，是檢測路緣、護欄等障礙物，依此判斷哪裡能夠駕駛，哪裡不能。而現在換一種方式，輸入仍然是圖像，但輸出是一種自由形式的邊界範圍（free form boundary）。對邊界範圍進行識別，我們需要對諸如車道線、路緣等等特徵進行語義理解，這使得系統實現變得更複雜。

• 階段三：感知可駕駛區域（Drivable Paths）。這個階段產生的是真正的顛覆性技術，系統將感知每條道路通往何地，以及與道路相關的語義理解，例如這條路有多長、這條道路會通往高速、高速的出口又在哪裡…所以這個時候，輸入是圖像，但輸出的是一個故事，是要去描述一個的場景，而不只是識別出障礙物。我們將這稱為「強感知」，這確實是一個開放性的問題。

以上就是Mobileye在車輛感知中應用人工智慧的研究。第一階段是軟體問題，第二階段進行了升級，目前已經實現量產，比如特斯拉的第一代Autopilot系統，第三階段是非常有挑戰性的，同時需要大量的人工智慧技術參與。

三、感知技術與高精度地圖的融合

感知技術是如何被運用的？

感知技術是如何被運用的？目前主要有兩種路徑，第一種「重地圖模式」（Map heavy approach），第二種「輕地圖模式」（Map light approach），Mobileye屬於第二種方式。

1、重地圖模式

這種方式很好描述，也很容易使用和部署。但這是一個錯誤的方式。為什麼？下面具體介紹。

• 這種方式通過使用3D傳感器（如激光雷達）來檢測車輛和行人，然後被呈現在車輛的3D坐標系統中。

• 之後，將車輛在3D地圖中進行定位。實現方式有多種，例如車輛通過激光雷達採集了周邊環境數據，並與已有的高精度地圖數據進行匹配，就可以進行自定位。

• 將步驟一中檢測到的車輛和行人放置到高精度地圖中，因為你已經實現了自定位，而高精度地圖中包含了所有車道線等信息，所以你已經擁有了「上帝視角」，你從高精度地圖上獲取了可駕駛的路徑，同時有通過感知得來的物體檢測信息，所以直到目前，似乎我們不需要任何攝像頭。

如果你回憶一下google最初的無人車原型，他們沒有部署環境感知攝像頭，只有一個看交通燈的攝像頭，其他都是基於激光雷達完成的。

這就是第一種路徑。

2、輕地圖模式

現在，如果你希望系統有更好的傳感性。你就需要加入更多的傳感器，例如攝影機。每加入一種傳感器，都需要將其數據轉化成三維，所以，如果你現在擁有攝影機數據，就必須將攝影機數據加載在3D坐標系統中。

問題在於，由2D轉向3D是很困難的，毫米波雷達的數據也是2D的，它測量不同的維度，但仍然是2D。我們使用輕地圖模式，解決這個問題。

• 使用攝影機同時檢測車輛、行人以及可駕駛路徑。即將靜態和動態場景描述放在同一個2D坐標系統中。

• 通過將高精度地圖數據投射在車輛獲取的2D圖像中進行車輛自定位。該技術在上面的demo中已經進行了展示。

• 現在，我們使用這種投射方式，建立一個車輛和可駕駛路徑的統一3D視角，因為地圖是三維的。而當你需要加入一個額外的傳感器，如毫米波雷達、激光雷達等傳感器，你所有需要做的，就是將3D轉換成2D。例如將激光雷達數據投射到二維圖像中，這是比較簡單的。

舉個例子，這是將激光雷達數據和其他數據投射到二維圖像上的示例。

這是將毫米波雷達數據投射到二維圖像的示例。

現在，讓我們看一下這種方式的優勢。如下圖所示，左側展示了右側圖像的仰視圖視角，並且我們可以非常準確地獲取這種視角。

所以，攝影機加地圖就可以提供所有駕駛需要的信息，之後毫米波雷達和激光雷達等傳感器，會處理一些冗餘的問題。

接下來，我們總結一下這兩種路徑的優缺點。

重地圖模式的優點：

• 非常容易設計出原型，找10個有才能的工程師，不出6個月的時間，你就能到一個不錯的demo。這就是一些硅谷團隊在做的事。

重地圖模式的缺點：

• 會造成車輛對高精度地圖的過分依賴，沒有高精度地圖，你什麼都做不了。

• 可駕駛路徑和車輛/行人處於不同坐標系統中，沒有協同，且每類物體由不同的傳感器識別。當你將它們同步到同一個坐標系統中，容易產生錯誤。

• 真正重要的是，創建高精度地圖需要人工標註，這是一個巨額的成本投入。

  如果沒有一個真正經濟的高精度地圖繪製方式，自動駕駛很難真正落地。而如今許多公司在繪製高精度地圖時使用的方式都是非常昂貴的。

輕地圖模式的優點：

• 攝影機是唯一的環境感知傳感器，在同一坐標系統中同時檢測車輛/行人以及可駕駛路徑。

• 使用車載攝影機傳感器眾包獲取數據，製作高精度地圖，大大降低了成本。

• 可實現低成本的level 2+等級自動駕駛。在level 2中，駕駛員需要對車輛駕駛控制負責，但是通過輕地圖模式，可以實現類似level 3、level 4的體驗，同時激光雷達將不是必須的。這開拓了更廣泛的商業和市場前景。

輕地圖模式的缺點：

• 非常難以實現。

如剛才所說，感知的第三階段很複雜，且需要大量人工智能技術輔助。但從長遠角度看，這是一條正確的路徑。重地圖模式短期來看易於實現，但長期而言，不能形成規模化。

四、人工智能為駕駛決策帶來了什麼？

這部分講駕駛決策，即複雜交通中的博弈。上圖中的新聞，是大概一年多前，自動駕駛撞人的案件。無數自動駕駛車都在面臨一個共性的問題，他們的駕駛決策太過簡單，當一些複雜的、意料不到的事情發生時，駕駛員必須要進行接管。機器無法做出人類面對複雜情況的博弈和決策。

前提是，駕駛是一個「多主體」的遊戲，只要道路上還存在人類駕駛員，那麼機器就必須明白人類的決策技巧，人類容易衝動，人類會犯錯，所以自動駕駛車需要與人類司機進行協同配合，同時要保證安全。

所以，現實生活中的交通到底是什麼樣呢？為了弄清楚這個問題，我用一架無人機進行航拍，拍下了一些現實交通的畫面。

上面這輛車嘗試併線，沒人給這個「可憐的人」讓行，不過這就是真實生活！所以想象一下，把這個場景交給自動駕駛車，你如果希望它能做到這樣，那就是天方夜譚了，做到接近都是不可能的。

我們更具體地聊聊。下圖展示了雙車道併線問題，這是我們與寶馬汽車合作的項目，目的是解決現階段一個非常具體的駕駛問題，也是一個非常困難的問題。

在雙車道問題上，車輛會從兩側車道會車，為什麼這個問題具有挑戰性呢？因為車輛不是簡單地擠進來，它可能會幹擾其他車輛行駛，也有可能產生兩車僵持的情況。但對於兩車道會車，沒有一個明確規則，唯一的規則就是不要發生事故。

在四車道的十字路口會車時，其實並不是最難的，因為十字路口有交通燈，有規則，但這種雙車道會車的情況則不同。所以，你必須預估出之後幾秒的情況，並做出規劃，你需要估摸出會車間距和通行的時間，能夠在不發生碰撞的情況下及時通過。所以，這其實是一種非常困難的問題。

所以，我們希望能利用機器學習解決這個非常複雜的問題。而機器學習的趨勢，就是數據驅動。

• 優勢：比基於規則的算法更簡單地觀察和收集數據。在很多場景中都是這樣，例如自然語言識別、計算機視覺等等。歷史經驗表明，機器理解潛在規則是很難的，但收集數據，用數據驅動機器學習算法性能，會獲得更好的表現。

  所以，大規模應用機器學習，是一個正確的趨勢。

• 缺點：機器學習的性能表現取決於你用來訓練它的數據，這就意味着有可能出現「臨界」情況。而找到這樣的臨界情況需要更多的數據，以及更多的嘗試，直到篩選出臨界情況。

所以，機器學習是一個有傳統規律的學習過程。在感知過程中，你感知的是當時的場景，而在感知背後的技術，是過去的積累和學習，是深度、有監督的學習；

而當提到駕駛策略時，你其實是在計劃未來，這是一個不太一樣的機器學習方法，被稱作開放(碰撞)學習，在其中你需要與環境進行交流。

為什麼這兩者在叫法上不同？他們的分別在於，運用數據的方式不同。

1、傳統學習(規律)

在有監督的學習中，我們預測的行動不會對環境產生影響，因此我們可以一次性收集所有的數據，也可以在線下收集數據，然後再用這些數據不斷訓練神經網絡，直到找到所有的「臨界」情況。

2、開放學習(碰撞)

在增強學習中，我們的行動會對環境產生影響，這意味着，如果我決定左轉，我就正在影響其他駕駛的車輛。所以，現在如果我要更改軟件，那意味着我需要重新收集所有的數據，因為每一次變化駕駛決策，就是在改變影響環境的方式。這會造成一些問題，因為臨界情況在駕駛中就代表着「事故」的可能性。而事故是一個小概率事件，為了找出這種臨界情況，那麼我們就需要大量的數據，而每次要修改軟件時，又需要重新再收集一次數據。這就造成了很大的問題。這也是為什麼傳統基於規則的路徑規劃算法沒有引入機器學習，因為這個命題並不是那麼吸引人，這聽起來並不是什麼好主意。所以，我們找到了了一種解決這個問題的方式。用這種方法，我們可以使用機器學習算法，同時避免數據量的爆炸，並確保安全。在Mobileye網站上可以找到這篇論文。我們在仿真實驗中對其進行了測試，下圖中的8輛汽車都是被訓練的駕駛主體，隨機分佈，可以看到，它們經歷了複雜的調度決策。

在這個仿真實驗中，共經歷了10萬次路測駕駛，每次測試中有8個駕駛主體、位置隨機，沒有發生碰撞事故。系統性能達到每秒10hz的頻率響應。佔用的計算量僅1%，而這些，正是得益於人工智能。在傳統的方法中，你試圖開啟的是一棵包含了所有可能性的樹，這最終會導致數據爆炸和系統癱瘓，如果使用機器學習，將像Google Alphago贏得了人類累積了數千年的圍棋，你正在開啟一種新的可能性。你使用了一種新的方式，通過數據驅動的方式，穿越了這棵巨大的樹。目前，Mobileye已經在進行相關的研究，如下圖，所有的駕駛主體都是被我們訓練的樣本，可以看到，它們的駕駛行為已經越發接近人類。

五、結論

Mobileye如何利用人工智慧加速自動駕駛實現呢？主要是以下幾部分。

1、正確的感知：即通過「強感知」理解可駕駛的路徑。傳統的方法過分依賴高精度地圖，而規避了技術上難以實現的部分，但如果這樣做，就不會形成規模化系統。

2、正確的繪圖：使用「強感知」技術，通過眾包自動生成高精度地圖。我們的技術最終希望高精度地圖的生成完全自動化。

3、正確的駕駛決策：讓自動駕駛車達到人類等級的判斷力，像人類一樣敏捷，同時還要確保安全，這是一個挑戰，我們在這部分的研究仍處於起步階段。大家可以在Mobileye網站上瀏覽我們的研究論文，在這方面我們與寶馬汽車進行了許多項目研究。

而在這部分，如果我們不能正確的解決，那麼就真的無法實現自動駕駛。