在近日的一场谈话中,当被问及“特斯拉没有用激光雷达,你们为什么要用”时,理想汽车CEO李想坦言,保留激光雷达,归根结底是为了安全。
李想表示,不少人不理解为什么坚持使用激光雷达,甚至质疑:“是不是因为你们技术不够成熟?”但他强调,这并非技术问题,而是中美驾驶环境的不同所决定的。
“在中国,如果你经常晚上开夜路,就会遇到尾灯损坏的大货车,甚至有些大货车直接停在主路上,毫无警示。”李想指出,“目前我们的摄像头在完全无光环境下,最远只能探测到100米左右的距离。”
而激光雷达,即便在全黑环境中,也能探测到200米远的物体,这使得车辆在130公里/小时的速度下,依然能够实现AEB自动紧急制动。
“作为一款面向家庭的汽车,每位乘员的生命安全都至关重要。这正是我们坚持保留激光雷达的根本原因。”李想补充道,“未来的车型也将继续搭载激光雷达,为用户提供更高水平的安全保障。”
李想的这些观点,再次掀起了大家对“特斯拉不用激光雷达”这一做法的热议。
特斯拉不用激光雷达
特斯拉的首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)从来不避讳自己对激光雷达的厌恶。
2019年4月,在特斯拉的首次自动驾驶日活动上,埃隆·马斯克(Elon Musk)接受了媒体的提问,再度对激光雷达发起了猛烈的抨击。
“激光雷达是愚蠢的差事,”马斯克说。“任何依赖激光雷达的人都注定要失败。失败![激光雷达]是昂贵且不必要的传感器。这就像拥有一堆昂贵的阑尾。一个阑尾就够糟糕了,现在你有一堆,这太荒谬了,你们会明白的。”
他的批评源于一个问题,即当时特斯拉发布的自动驾驶硬件是否可以接收激光雷达输入。众所周知,特斯拉的车辆通过多种数据源实现自动驾驶,包括雷达、GPS、地图、超声波传感器等,但不像主要竞争对手那样使用激光雷达。
更早之前,马斯克曾解释过,他认为激光雷达是自动驾驶汽车的拐杖,对特斯拉而言,摄像头才是未来的关键,马斯克认为未来摄像头将使特斯拉能够在最恶劣的天气条件下“看清”道路。
后续,特斯拉人工智能高级总监安德烈·卡帕蒂(Andrej Karparthy)解释道,这个世界是为视觉识别而构建的。他指出,激光雷达系统难以区分塑料袋和橡胶轮胎。他表示,实现L4和L5级别自动驾驶需要大规模神经网络训练和视觉识别能力。
“从这个角度来看,激光雷达实际上是一种捷径,”卡帕蒂说。“它回避了自动驾驶所需的视觉识别这一关键问题。激光雷达让人产生一种虚假的进展感,最终只是一种拐杖。不过,它确实能快速做出一些演示效果!”
2021年3月,马斯克在推文中表示,特斯拉将转向“纯视觉”的方式。两个月后,特斯拉宣布,从当月开始交付的所有Model 3和Model Y汽车将用特斯拉的纯视觉系统取代雷达传感器,取消了原先的毫米波雷达。
2022年2月,特斯拉再次宣布,从2月中旬开始生产的所有Model S和Model X,将只配置纯视觉系统,不再使用任何雷达来执行其功能,完全依靠Tesla Vision辅助驾驶方案。
即使是最新推出的Model 3焕新版上,我们也没找到任何雷达传感器的影子。
5年多时间过去了,马斯克和特斯拉似乎依然坚持着当初的观点,即激光雷达并非必需,纯视觉方案也能实现自动驾驶。
激光雷达,非必要?
特斯拉不使用激光雷达,并不是马斯克的心血来潮,而是经过了缜密的考虑后做出的决定。
4月22日,就在特斯拉举行自动驾驶活动的同一天,康奈尔大学的三位研究人员发表了一篇研究论文,部分支持了马斯克关于激光雷达的观点。这些计算机科学家仅使用立体摄像头,在自动驾驶系统常用的KITTI图像识别基准测试中取得了突破性成果。他们的新技术远远优于先前发布的纯摄像头结果,且与结合摄像头和激光雷达数据的结果相差不远。
我们可以先来了解一些相关的背景知识,软件是如何将摄像头拍摄的原始图像转换为标注的三维模型,从而呈现车辆周围的环境的呢,这背后涉及到一些计算步骤。通常来说,软件分两步解决这一问题。首先,将图像输入算法,对每个像素进行距离估算,这可以通过一对摄像头和视差效应来实现,也有使用单个摄像头估算像素距离的方法,而第二个算法会在之后介入,其利用深度估算,将像素分组为独立的物体,比如汽车、行人或骑行者。
康奈尔大学研究集中在第二个步骤中。大多数研究纯摄像头方法的研究人员,将像素数据表示为二维图像,并为每个像素添加一个距离值,与红、绿、蓝三个颜色通道一起作为输入。通常,研究人员会将这些二维图像输入卷积神经网络(CNN),训练其完成目标识别任务。
但康奈尔大学的研究团队意识到,使用二维表示实际上是适得其反的,因为在二维图像中彼此相邻的像素,在三维空间中可能相距甚远。例如,前景中的车辆可能正好出现在几十米外的一棵树前方。
因此,康奈尔的研究人员将每对立体图像的像素转换为三维点云,这种点云类似于激光雷达传感器原生生成的点云。然后,他们将这种“伪激光雷达”(pseudo-lidar)数据输入现有的目标识别算法,这些算法本身就是为接收激光雷达点云设计的。
“我们的方法在基于图像的性能方面,相较于现有的最先进技术取得了显著提升。”他们在论文中写道。例如,在KITTI基准测试的一个版本中,先前基于摄像头的最佳准确率为30%,而康奈尔团队将这一数字提升到了66%。
换句话说,摄像头加激光雷达的组合优于单独使用摄像头的原因之一,并非激光雷达的距离测量精度更高。而是因为激光雷达生成的“原生”数据格式恰好更容易被机器学习算法处理。
“我们在论文中展示的是,通过将基于摄像头的数据转换为类似激光雷达的点云格式,可以显著缩小差距。”康奈尔论文的合著者Kilian Weinberger在采访中表示。
尽管如此,Weinberger也承认:“激光雷达和非激光雷达之间仍然存在相当大的差距。”前文提到,康奈尔团队在KITTI基准测试中的准确率为66%,但在实际激光雷达点云数据上运行相同算法时,准确率达到了86%。
与此同时,论文的另一位作者Bharath Hariharan强调,激光雷达也并非完美。例如,由于反射的原因,激光雷达点云中可能会出现虚假点。无论是纯摄像头系统还是配备激光雷达的系统,都依赖于机器学习技术来帮助识别和过滤底层系统中的偶发错误。
“如果你在亚利桑那州的街道上训练系统,然后到了伊萨卡,看到满地积雪,那么可能会出现难以预测的错误,”Hariharan 说道。他认为,无论是否配备激光雷达,这类错误都可能发生,只不过“错误的类型可能不同”。
但需要注意的一点是,激光雷达和基于摄像头的技术的故障模式不同。许多使基于摄像头的技术失败的情况可能不会使激光雷达蒙混过关,因此,即使基于摄像头的技术不断改进,激光雷达仍将在相当长的一段时间内继续增加价值。
“总体来说,结合多种传感器可能更有利,”Hariharan表示。“你掌握的信息越多、估算深度的方式越多,效果就越好。”
从当时来看,这一论文可以说是有力地支撑了马斯克和特斯拉的做法,人类自己没有长出一双深度感知的眼睛,也是靠接收可见光来驾驶汽车的,普通的摄像头没理由做不到,对比激光雷达,它还具有分辨率更高、色彩更丰富的优势,可以直接读取交通信号灯和标志,理论上确实有着更大的潜力。
激光雷达,价格太贵?
除了技术上的原因,价格或许才是马斯克一再贬低激光雷达的重要因素。
如果预算无限,那么配备激光雷达的自动驾驶汽车肯定比没有激光雷达的要更好,但现实情况是,激光雷达的价格当时来看并不便宜。
世界车载激光雷达的鼻祖Velodyne,早在2007年美国国防部组织的无人车挑战赛上,就为参赛队伍配备了激光雷达,谷歌 2012 年推出的首款无人驾驶汽车原型就使用了来自Velodyne的激光雷达,据了解,2017年Velodyne主流的64线激光雷达的官方定价是8万美元一台,在中国售价接近70万人民币,这很显然超出了特斯拉的承受范围。
但激光雷达的高成本不会永远持续下去,一项新技术几乎总是从昂贵开始,但随着制造规模扩大,价格往往会下降,当时激光雷达的高成本很大程度上反映了单个销售单位的状态。因此,高昂的研发成本需要由少量单位分摊。
2017 年,Waymo 工程师宣布他们已将成本降低了 90%,2020年时,Luminar 等多家厂商均以低于2000美元的价格提供自动驾驶级激光雷达。
而在如今,随着国产激光雷达厂家快速崛起,依靠技术和供应链优势,已经把激光雷达的价格打到了1000美元以下,过去百万豪车才能配备的激光雷达,如今普遍出现在了20万元左右的车型,可谓是“旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”。
事实上,中国厂商激光雷达的报价已经降到500美元以下,相比2017年时Velodyne单台8万美元的报价,便宜了不止一点。
价格的变化,带来了一场激光雷达的普及风暴,2023年,配备激光雷达技术的新车比前四年加起来还要多,其中中国车企起到了举足轻重的作用,根据Yole Group的分析师预测,中国车企今年将发布约128款搭载激光雷达的车型。
“这使得中国市场远超欧洲(约10款新车型)和美国(仅有两款),”Yole Group的分析指出。
Yole表示,中国汽车配备的激光雷达平均售价约为450至500美元,比2022年大幅下降,而其他地区的平均价格在700至1000美元之间。其指出,2023年,全球乘用车、轻型商用车和自动驾驶出租车的激光雷达市场估计达到5.38亿美元,同比增长79%。
Yole Group高级分析师Pierrick Boulay表示:“激光雷达在低价位细分市场的出现反映出技术成本的快速下降,因为如果汽车价格较低,那么所有设备的成本就会更加敏感。”
这场革命还不止局限在汽车领域,从无人机到手机,愈来愈多的行业将要或者正在搭载激光雷达。根据分析机构IDTechEx最近的一份报告,到2034年,全球汽车激光雷达市场预计将达到95亿美元,相较2024年,年复合增长率(CAGR)为19.5%。
价格降低或许不会让特斯拉直接放弃现有的纯视觉方案,但它还是偷偷做起了两手准备。
今年一季度,激光雷达供应商Luminar Technologies公布财报时,人们忽然发现,特斯拉成为了它在第一季度激光雷达传感器的最大客户。
Luminar财报的特别信息摘要显示,今年第一季度,Luminar收入为2100万美元,而特斯拉这位大客户为其2100万美元的总收入贡献了10%以上,这也就是说,特斯拉在第一季度里至少购买了价值210万美元以上的激光雷达。
而马斯克嘴上说着不用激光雷达,实际上还是在偷偷采购相关产品,根据彭博社两年的报道,两年前马斯克就考虑过与Luminar合作,作为两家公司之间协议的一部分,Luminar将激光雷达传感器出售给特斯拉,并要求不得向外透露信息。
这个月,推特有一位名叫“AlphaSense”的网友分享了一则来自自动驾驶汽车专家的会议纪要,根据自动驾驶专家的说法,特斯拉已经设计了自己的激光雷达,并正在与大陆集团合作,将其为未来汽车开发的雷达技术集成到其系统中。
尽管这部分传闻并未得到证实,但当初马斯克坚持不用激光雷达的理由已经越来越弱,纯视觉方案固然有自己的优势,但是多一个仅需几百美元的激光雷达辅助,似乎也未尝不可。
更合理的成本,为何不用?
500美元并非激光雷达的价格下限。
今年11月,国内激光雷达行业的领军企业禾赛表示,计划在明年将其核心产品的价格削减一半,这将极大推动激光雷达技术在电动汽车中的广泛应用。
“我们正进入一个每年数百万辆汽车配备激光雷达的阶段。”禾赛集团CEO李一帆在接受路透社采访时表示。李一帆补充称,价格减半将使激光雷达对售价15万元人民币(约2万美元)以下的低价电动车也具有吸引力。
对于高于这一价格的电动汽车,激光雷达的采用率有望提升至40%,根据数据,目前中国电动车和插电式混合动力车的激光雷达装配率约为24%。
据了解,禾赛下一代用于高级驾驶辅助系统(ADAS)的激光雷达产品ATX将在明年以低于200美元的价格出售,仅为当前AT128型号价格的一半。李一帆表示,之所以能实现大幅降价,是由于采用了自研芯片驱动激光雷达传感器,并提升了工厂运营效率。
不到200美元的激光雷达,带来更安全的驾驶乘坐体验,不论从哪一个角度来看,都是一笔再划算不过的买卖,尤其是在目前新能源汽车进一步内卷配置的当下,激光雷达或许会成为未来电车的标配之一。
好莱坞影星海蒂·拉玛尔早在1941年便发明了跳频通信技术,这项技术后来成为蓝牙的基础。然而直到数十年后,蓝牙才逐渐成为无线连接的重要支柱,广泛应用于手机、耳机和智能家居设备中。
指纹识别技术早在1998年就搭载于西门子手机之上,但直到2013年的苹果iPhone 5s才开始普及,当时大家对其安全性和实用性仍然心存疑虑,如今这一功能早已成为智能手机的标配。
半导体领域的氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)同样经历了漫长的发展期,虽然早在20世纪90年代,这些宽禁带材料便被视为硅材料的潜在替代品,但由于成本和工艺限制,市场接受度有限,而近年来,随着电动汽车和快充市场的爆发,氮化镓和碳化硅逐渐成为功率半导体领域的“宠儿”,推动了电力电子行业的革新。
无人驾驶汽车领域也经历了类似的路径,上世纪80年代的研究主要停留在实验室阶段,而如今自动驾驶技术已在部分城市进行实际道路测试,并逐步走向商业化。
尽管马斯克对激光雷达始终保持着固执的态度,但行业并不会因为一家公司而停滞不前,在他的视线之外,市场早已悄然发生改变。
随着时间的推移,这项技术变得越来越便宜,当消费者正逐步青睐于安全时,汽车厂商又有什么理由不搭载它呢?