热议双目摄像头

编辑：Mark

出品：红色星际（ID：redplanx）

头图：大疆车载智能驾驶图片

小林急匆匆地走进屋，“最近关于双目摄像头的讨论突然变得很热闹，特别是大疆车载的双目摄像头在五菱车上量产之后，大家对这块的关注明显增多”。

小周低头看了一下满头大汗的小林，笑着说，在我的记忆里，双目摄像头总是雷声大，雨点小。

小林疑问地问道，为啥啊？

小周问道，你知道为什么这些辅助驾驶车辆在高速上，看到奇形怪物，总是往上撞吗？

小林想了想，我好像之前听别人说过，单目摄像头主要是依靠庞大的样本库，如果样本库里没有这个样本，那么摄像头就识别不出来这个物体。

一般情况下，单目摄像头是先通过图像匹配进行目标识别，再通过目标在图像中的大小去估算目标距离，这就要求在估算距离之前首先对目标进行准确识别。

如果都不能识别出来，距离肯定也不能估算出来，所以一旦遇到奇形怪物，就下意识地忽略掉了，然后就撞上去了。

我这个理解对吗？

小周点点头，差不多是这个意思。对于单目摄像头而言，必须建立并不断维护一个庞大的样本特征数据库，保证数据库包含这个世界的所有奇形怪物。

所以，你听到的80%左右的自动驾驶车辆事故，大部分是撞上静止的车辆、非标的路障，以及非标的车辆如工程车等等。更有一些公司为了系统可以有效地检测到大型动物，特地跑到一个动物园，建一个大型动物数据库。

1. 双目摄像头的发展

小林笑着说道，原来如此啊。接着反问道，那你为什么说双目摄像头总是雷声大，雨点小？

小周转过身来看着小林，其实双目摄像头的发展已经有了二十多年了，最开始是在日本，后来扩展到欧美，最后传到了中国。但在中国，前几年双目摄像头更多是用在商用车的障碍物检测预警和AEB功能上，还没有用在真正的高级辅助驾驶上。

至于为什么双目摄像头发展比较慢，我觉得有几个原因吧。首先要知道双目摄像头到底有什么作用，它想补充什么功能或者是想取代什么传感器。

双目摄像头是按照仿生视觉的方法，由左右两个摄像机同步成像，并计算左右图像的视差，从而生成三维点云，通过视差的大小来测量物体与眼睛之间的距离。

小林突然蹦了一句话，这个是不是和3D电影的效果一样，通过偏光镜片，左眼看左相机的图像，右眼看右相机的图像，通过大脑理解视觉差异从而形成立体感觉。

小周笑着说，是的，就是这个原理。从双目摄像头的成像效果看，它主要想替换的是激光雷达，因为它的点云效果和测距与激光雷达的性能非常相似。

但10-20万的车型因为成本的原因，大家都用不起激光雷达，所以像大疆车载就使用双目摄像头和毫米波雷达的方案，应用在了五菱车上，弥补单目摄像头+毫米波雷达在奇形怪状障碍物的识别不足。

小林问道，就是说，前方只剩下双目摄像头和毫米波雷达？

小周点头，对，这个方案其实很激进，因为双目摄像头在测距和深度信息方面还不是很成熟和完美。

 

从测距方面看，大多数做双目的只能做到二三十米，因为两个相机之间的基线是确定的，安装在车上是不可能无限制放大的，所以在短基线情况下测远距离本身的技术难度会大很多。

当然也可以增加相机基线的距离，看得更远，但是视角会比较小。对于双目相机而言，尽量近处看到最近，远处尽量远，这是矛盾的。

所以大疆车载在五菱的车上首先搭载的D80方案（时速80公里以内使用），而不是大家认为场景比较简单的高速方案；而华为的双目摄像头为了避免这个问题，在北汽极狐车型上，除了使用双目摄像头外，还使用了2个不同焦距摄像头来覆盖更远的距离和视角。

（华为双目摄像头图片）

小林笑着说，我明白了，现在大家用的双目摄像头都是被阉割过的，并没有达到双目摄像头理论上的效果。那如果加入4D毫米波雷达，双目摄像头+4D毫米波雷达是否可以在低成本方案上替换掉激光雷达呢？

 

小周想了想，你说得很对，双目摄像头虽然有理论支持，但是实现起来很难。理想状态下，双目摄像头和4D毫米波雷达的组合是有可能替换激光雷达的，但目前看，因为这2个传感器因为都是新产品，所以在产品一致性和性能稳定性方面都有不足。

特别是双目摄像头，随着测距距离达到50米以上、100米以上，水平视觉只有30度，视差会变得越来越小，测距精度和稳定程度的挑战也会越来越大，这就对于双目摄像头高精度的生产和一致性提出了严苛的要求。

包括标定方法，但这些我觉得随着工艺和算法的提升可以逐渐提高。但现在双目摄像头最大的一个问题是生态没有建立起来。

双目摄像头更多还是一个补充传感器，没有像单目摄像头，或者激光雷达一样，已经变成了方案融合的中心。反而更像是一个替代的效果，一方面想替代激光雷达的三维建图，一方面又想替代毫米波的测距功能。

但是相对这2个传感器的高性能，双目摄像头又达不到，所以更多是在低成本方案中部分替代激光雷达的效果，高成本方案中，作为一个补充。

我们来看一段历史，就知道了。中国的单目和双目的创业公司，最初都是用在商用车上，主要是因为当时中国政府出了一个政策，就是所有的商用车都得配有双预警系统。

像Maxieye，Minieye等都是单目摄像头的创业者，像中科慧眼等都是双目摄像头的创业者。但是发生了一件很奇怪的现象，等到大家想从商用车这个几百万规模的市场，转到乘用车这个几千万规模的市场时，只有单目摄像头的公司转了过来，而双目的基本都还停留在商用车市场。

现在市场上做双目摄像头，像华为和大疆，包括创业公司鉴智机器人，他们都是一开始就是从乘用车开始做的。

小林想了想，确实，鉴智机器人应该说是过去一年辅助驾驶领域的香饽饽，1年时间就融了5亿元左右，用1年的时间走了别人5年走的路。可为什么商用车的公司都没有转过来呢？

小周站了起来，我觉得主要原因是以双目摄像头为融合中心的生态没有建立起来，也和行业的发展节奏有关。

过去几年，双目摄像头更多的是用在服务机器人上，用在车上的很少，主要原因是车规级的产品一般要求都比较高，特别是对于双目摄像头这样涉及到精密制造的产品，如果标定都有问题，谈精准测量都是空谈。

像华为的高层讲的，双目一大堆问题，简单点说从机械上有标定的问题，从算法上其实想把双目用好并不容易，因为双目要解决的本质问题是深度测量，但深度测量本身想测量比较稳定、可泛化其实是很难的问题。

传统的双目立体视觉方案对结构、稳定性和可靠性要求较高，国外相关厂商已具备多年经验，而国内解决方案厂商目前处于起步阶段，所以需要像大疆，华为这样的大厂来带动整个板块的制造水平。

第二个因素，也是最主要的因素，就是双目摄像头更多的还是作为一个辅助工具，并没有真正地融入辅助驾驶系统，加上乘用车上基本都是清一色的单目为主，所以很难从商用车跨界过来。

在乘用车市场，单目摄像头融合的生态已经很成熟了，但是双目摄像头才刚刚开始，所以对于商用车辅助驾驶初创公司而言，重新建立一套双目摄像头的生态太难了，所以他们都被迫留在了商用车市场，有的也向服务机器人方向拓展，就是进不来乘用车。

小林疑惑道，为什么单目摄像头的生态很完善，而双目摄像头的生态却迟迟没建立起来？

小周思考了一下，这与历史和产品的发展有关。

单目摄像头融合领域，有老大哥Mobileye，特斯拉等，通过大量的数据积累，建立了自己的数据库，而且加上一堆的跟随者，以前视单目为融合中心的生态形成了。

而且，单目摄像头因于成本较低，对计算资源的要求不高，系统结构相对简单，所以在行业最先发展，视觉融合技术方案也最成熟。一个单PFGA芯片就够了，而且产品稳定性和一致性很好。

双目系统的一个难点在于计算量非常大，对计算单元的性能要求非常高，这使得双目系统的产品化、小型化的难度较大。之前国际上使用双目的研究机构或厂商，绝大多数是使用服务器来进行图像处理与计算的；也有部分将算法进行简化后，使用FPGA进行处理。

但一些FPGA方案中有很多噪点与空洞，对后续计算不利，所以有些公司专门开发了专用芯片来适配双目摄像头。

小林想了想，那现在为什么又受到关注了？

小周笑着说，因为大厂进来了。现在大家不再是单独做一个传感器，而是直接提供让双目成为融合中心的视觉方案。

2. 双目摄像头生态

之前的双目更多的还是识别，没有到为主的地步。所以大家的关注没那么多，但现在这批做双目摄像头的公司，是以双目摄像头为主的融合，直接去掉了前视单目摄像头。

单目摄像头的成功不仅仅是因为传感器的成熟，还有与之匹配的数据库，算法和融合方式。双目摄像头如果仅仅作为一个补充传感器，没有与之匹配的生态，是很难快速发展起来的。

所以我们看到像大疆车载，通过大疆车载自研双目BEV车道线检测及融合和双目3D物体检测及融合等技术，让双目摄像头成为了融合的中心。

（鉴智机器人视觉雷达图片）

像鉴智机器人，采用双核心驱动的技术路线，通过高阶自动驾驶解决方案和双目视觉雷达的完整产品布局，试图建立双目摄像头生态。

这批公司进来不是从单独的双目摄像头切入，而是从整体方案入手。他们是带着融合生态来的，而且都已经拿到定点。

因为无论是对于单目摄像头，还是双目摄像头，最终仍然需要一套决策机制进行最终的决策，而整套决策的优劣直接决定了是以谁为融合的中心，而不是单纯的提高某个传感器或者作为一个补充传感器。

特别是鉴智机器人，整体方案使用的是老东家的地平线征程5芯片，本身就对这款芯片的性能了如指掌，所以才能在过去的1年在双目摄像头融合生态中崭露头角。

小林突然感悟了，看来，跟对大哥很重要，选对生态合作伙伴会让自己的产品突飞猛进。

小周笑着说，是的，跟对大哥很重要。立体视觉的关键在于算法的先进性，算法越高级，边缘会与原始的图像越接近、准确度越高。

所以说，只有建立完整的生态，整个行业才能快速地发展，而不是仅仅作为一个补充传感器。

当然还有一个因素，是整个行业到了以3D视觉为主导的技术发展期。

随着自动驾驶的发展和应用场景的广泛，以图像2D感知和规则后融合为主的视觉感知系统遇到了明显的局限和瓶颈，包括测距测速准确性和稳定性、多摄像头结果拼接一致性、规则系统迭代效率等一系列问题。

而高质量、大规模的4D场景数据，端到端的4D感知正在成为技术趋势。一方面可对于交通参与者进行更优的运动轨迹预测，从而实现性能更加优异地规划控制；另一方面可对于道路行驶区域预测更加精细的3D结构化信息，在线生成局部实时3D地图，降低对高精地图等基础设施的依赖。

小林问道，那你认为双目摄像头什么时候可以落地呢？

小周思考片刻，单目和双目因为检测原理上的差异，双目摄像头硬件成本和计算量级的加倍，是难关也是突破口。

摄像头的成本是最低的，单目相机的价格一般低于100美元，双目摄像头大概在200美元左右。用在扫地或者酒店服务机器人的双目3D感知的相机，因为不是车规级的，成本更便宜，大概在100-200元左右。

之前可能双目摄像头价格比较高，主要用在高端车上。

但随着相关产品产量的进一步提升，相关技术的不断成熟，供应链的进一步完善，双目视觉产品的价格有望与单目视觉产品的价格越来越接近。

特别是大厂的进入，让整个行业的生产工艺都提高很多。

但是有一个问题，就是现在市面上已经量产的方案大多是后融合方案，大家会慢慢地转向基于特征层面的前融合路线，是否由比较平滑过渡的算法框架能帮助车厂去做融合的迁移，这个大概需要1-2年的转换过程。

小林看了一下马上到吃中午饭的时间，我再问一个终极问题，就是双目摄像头融合未来会全面取代单目摄像头吗？

小周沉思片刻，目前阶段，应该没有那么快，其实单目摄像头和双目摄像头并不是竞争的关系，而是互补的关系，像华为的前视四目摄像头，既有双目摄像头，又有单目摄像头，有些公司甚至使用三目摄像头。

系统既可以通过单个摄像头实现车道线、路标和车辆类型识别，同时还可以利用两个摄像头做物体的立体匹配，它们之间可以通过融合构成多维视觉。

像你刚才问的4D雷达问题，做双目的更希望看到4D雷达的出现，如果双目能够很好的和4D雷达融合，从数据源的质量和一致性融合的难度也会小很多。

未来单双目方法的融合，视觉与雷达等其他类型传感器的融合，不同视角，焦段的相机融合，是双目相机的发展趋势。

但像大疆和鉴智机器人直接用双目摄像头取代前视单目摄像头，是有点激进，但市场需要这样的先锋。

小林点点头，确实。

通过一上午的交谈，小林心里很满足，但肚子却在咕噜咕噜的叫着，小林站了起来，你中午想吃啥，我请你。

小周想了想，走，天上人间。两人有说有笑的打了个车，踏上了去天上人间的路上。

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原文始发于微信公众号（红色星际）：热议双目摄像头