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ADAS寡头 Mobileye是怎样炼成的

ADAS寡头 Mobileye是怎样炼成的

Xtecher 丨 行业洞察

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2016-11-03

大琳

Xtecher特稿作者

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ADAS作为一种并不算新的主动防护技术在最近几年受到了业内的广泛关注,相信很多新车都搭载了这个产品。但你可能不知道,在ADAS市场,有一家公司凭几款产品占领了90%的市场份额,连风靡全球的Tesla也搭载了其系统,市值也高达85.45亿美元,在她就相当于中国的BAT的地位,那就是来自以色列的Mobileye。

  

我们来看一下这家公司的厉害之处。

  

Mobileye背景

  

在介绍Mobileye之前,我觉得我有必要给大家介绍一下ADAS:

  

ADAS(Advanced Driver Assistance Systems),也就是先进驾驶辅助系统,是近年来车厂积极发展的智能汽车技术之一,是为了将来可以达到无人驾驶智慧车辆境界的技术进阶过程。ADAS的主要功能并不是控制汽车,而是为驾驶人提供车辆的工作情形与车外环境变化等相关资讯进行分析,且预先警告可能发生的危险状况,让驾驶人提早采取因应措施,避免交通意外发生。

  

Mobileye就是一个提供这类产品的公司。

  

Mobileye由以色列希伯来大学的Amnon Shashua教授和Ziv Aviram于1999年创立。自创立之日起,Mobileye便将其公司使命定为开发和推广一个视觉系统,以协助驾驶员在驾驶过程中保障乘客安全和减少交通事故。在以色列建有研发中心,在美国、塞浦路斯、中国、德国和日本设有分支机构。

  

Mobileye的创办人之一Amnon Shashua教授,是电脑人工智能的国际权威,专研开发电脑视觉(Computer Vision),即是如何让电脑从影象中,读懂有用的东西术。

  

Amnon Shashua教授

  

你想知道公司技术水平有多高?我们可以用事实证明,Mobileye从2014年7月上市至今,与其他公司,竞逐各大汽车厂商的智能汽车安全设备招标时,成功率几乎是百分之百。

  

Mobileye虽然成立于 1999 年,但在 2007 年搭载 Mobileye 产品的车型才上市。从研发到正式商用,他们用了八年的时间。时间来到 2013 年 10 月,Mobileye 卖出了第 100 万台产品。从 2013 年 10 月到今年 1 月,他们卖出了 900 万台产品,累计销量达到 1000 万台。其中前装产品占 80%,后装产品占 20%。

  

目前 Mobileye 的全球员工达到了 500 多人,研发人员占三四百人。

  

Mobileye 的厉害之处

  

Mobileye有多厉害,先给大家看个数据,据公司网站的资料显示:包括奥迪、宝马、雪铁龙、福特、通用、本田、现代、捷豹、陆虎、尼桑、欧宝、雷诺、丰田和沃尔沃等在内汽车品牌都和Mobileye有合作关系。Mobileye拥有太多的优势。比如计算机图片的标注历史数据,算法的积累,甚至自己研发了自己的芯片。当然芯片有历史的背景。这些经验并不是其他公司短时间可以超越的。

  

据介绍,Mobileye公司目前的产品主要是一款基于摄像头的高级驾驶辅助系统(ADAS),其产品包括:前碰撞预警(FCW)、前方车距监测与预警系统(HMW)、车道偏离预警系统(LDW)、行人探测与防撞系统(PCW)与智能远光灯控制系统(IHC)等。

  

公司的车道偏离预警系统使用单眼图形处理器来确定道路的车道标志线,测量车辆相对于标志线的位置。它的特点是能检测各类标志线(实线的,虚线的,箱式的和猫眼的)。在没有标志线的场合,系统则利用道路边界线来确定位置。系统拟合横向距离、斜率和曲率三个道路模型参数,以提高报警可靠性。该系统还可以在雨天和夜晚下工作。

  

在详细谈Mobileye产品和技术之前,我们还得给大家说一下ADAS的具体工作方式:

  

ADAS是由多达9个,包括盲点侦测系统、支持型停车辅助系统、后方碰撞警示系统、偏离车道警示系统、缓解撞击煞车系统、适路性车灯系统、夜视系统、主动车距控制巡航系统、碰撞预防系统、停车辅助系统,甚至更多功能的系统组成,每个系统主要包含3个程序:

  

(1)资讯的搜集,不同的系统需藉由不同类型的车用感测器,包含毫米波雷达、超声波雷达、红外雷达、雷射雷达、CCD \CMOS影像感测器及轮速感测器等来收集整车的工作状态及其参数变化情形,并将不断变化的机械运动变成电参数(电压、电阻及电流),举例来说,车道偏离警告系统使用CMOS影像感测器、夜视系统则使用红外线感测器、适应性定速控制通常使用雷达、停车辅助系统则会使用超声波等;

  

(2)电子控制单元( ECU ),功能在将感测器所收集到的资讯进行分析处理,然后再向控制的装置输出控制讯号;

  

(3)执行器,依据ECU输出的讯号,让汽车完成动作执行。

  

机器视觉技术近年来高速发展,大多数商家企图通过提高摄像头的视力或者增加雷达来增强设备检测物体的能力。而Mobileye另辟蹊径,运用单摄像头附带传感器和特有算法,将物体探测任务在单一硬件平台上执行。这使得设备安装程序大为简化,成本也大大降低,从而受到各大车企的青睐。

  

简单的说,Mobileye仅用了一个摄像头就满足了汽车安全驾驶系统的全部要求。在保障驾驶员和行人安全方面,Mobileye有六大关键技术:

  

前碰撞预警(Front Collision Warning,FCW):FCW在系统开启时处于运作状态, 车速在0-200km/h时起效,与前方车辆发生碰撞前2.7秒以内发出警报。

  

行人探测与防撞警示 (Pedestrian Collision Warning,PCW):PCW在速度为1km/h至50km/h时处于运作状态,当可能与前方行人发生碰撞时发出警报。

  

车道偏离预警 (LDW,Lane Departure Warning):LDW在速度高于55km/h时处于激活状态,当驾驶员无意中偏离车道时发出警报。如果在换道时使用方向灯,则不发出警报。

  

车道保持与危险预警(Vehicle Distance Monitoring Warning,HMW):HMW以秒为单位测量与前方车辆的车距。如果正在接近设定车距,则发出危险警报。

  

前碰撞警告(Urban Forward Collision Warning,UFCW):当物体与前保险杆距离小于1.6到2.0米时(可由驾驶员自行调整安全车距),则系统对于即将发生的危险发出警报;UFCW在1-30km/h时处于运作状态。

  

智能远光灯控制(Intelligent High Beam Control,IHC):黑暗的道路上,在附近没有车辆的情况下可对车辆的前大灯进行控制,将其由近光灯自动切换成远光灯。

  

可口可乐欧洲集团的配送车自从安装Mobileye的防碰撞报警系统后,驾驶员的驾驶水平显著提高。美国某运输公司验证并比较了是否安装Mobileye系统对于交通事故成本的影响。结果显示,每行驶100英里(160km),未配备车的事故率比配备车高1.4倍。

  

Mobileye独步全球的技术,迅速占领了汽车安全驾驶系统全球70%以上的市场份额。

  

独享智能汽车概念红利

  

Mobileye的技术给整个汽车工业带来了巨大影响。从2007年开始,驾驶辅助系统芯片EyeQ芯片被安装到汽车中,到2012年EyeQ芯片全球部署规模突破100万。截至目前,全球有330万辆汽车安装了EyeQ芯片。

  

汽车厂商在某个型号里加入这样的驾驶辅助系统所需要的周期非常长,从初步沟通、到评估、到整合开发、到加入生产线、到正式的生产线升级到批量生产每个都需要 1-2 年,总计要 6 年以上的时间。而且每个型号一旦投产,生产周期都有 5 年之久。到 2016 年,预计会有 237 个车型采用 Mobileye 的技术,这些车型都经过了之前的这些环节。任何竞争对手要想挑战 Mobileye,至少也需要经历同样长的周期。如此之长的适配周期构成了第一道门槛;同时,已经在列入发展计划的这些车型,也为 Mobileye 未来几年的收入提供了很高的可预测性。

  

通过过去 10 年和全世界大部分汽车厂商的合作,Mobileye 积累了千百万英里不同环境、不同气候、不同道路状况横跨 43个 国家的驾驶场景。正是基于这些数据,Mobileye 才能开发出它领先的核心算法。任何竞争厂商如果想要实现类似的准确度,也需要同样数量级别的数据积累。第一,这对于后来者是个巨大的挑战;第二,在这个过程中,Mobileye 早已在基于更大的数据量开发下一步的创新应用了。

  

到2014年底,将有18个汽车品牌160种车型使用Mobileye驾驶辅助系统,到2016年,使用Mobileye系统的汽车品牌将增加到20个约237款车型。目前Mobileye的OEM合作伙伴包括宝马、沃尔沃、福特、通用、本田、特斯拉等。通过与这些行业巨头合作,Mobileye在2012年、

  

2013年销量连续两年增长超过120%。

  

领先的技术优势

  

Moblileye 主要由 3 个部分组成:摄像头组件(包含摄像头,扬声器,主控芯片),EyeWatch(显示器)和 OBD 接线盒。Mobileye 的摄像头,是全套系统设计中最厉害的部分,他们使用专门定制的 EyeQ 视觉处理芯片,再加上十多年来的程序积累,仅凭单摄像头就实现了非常全面的辅助驾驶功能 。

  

算法和硬件要兼顾

  

算法和硬件是 ADAS 系统的核心,也是 Mobileye 的核心竞争力所在,可以分为下面几点来讲:

  

首先是对对摄录图像的关键目标物进行实时有效的识别。路上会出现千奇百怪的东西,比如地上一个塑料袋,并不会影响驾驶,但对于机器来说,却很难分辨塑料袋和石头的区别。这直接决定了机器进行什么样的决策。

  

其次是计算足够且精准的避免碰撞时间 TTC(Time To Collision),这是非常影响用户体验的一个标准。报的时间早了,会让用户觉得「瞎报」,报的晚了,就起不到预防的作用了。目前 Mobileye 的后装产品 TTC 设定在 2.7 秒,用过的人评价是「恰到好处」。

  

但要做出精确的 TTC 预估,就要获得准确的绝对速度,以及相对于其他车辆的相对速度。并考虑道路曲率,坡度,行进轨迹等综合因素。

  

第三就是「车距监控」和「防前碰撞」的区别,目前很多 ADAS 产品把两者混为一谈。比如,你和前车都以 100km/h 的速度行进,但车距只有 10 米,这个时候防前碰撞不会报警,而车距监控会报警,这是两者最为不同的一点。

  

Mobileye认为,既然是车载硬件,那么就要考虑功耗、尺寸和成本。在 1999 年,Mobileye 的产品处于实验室阶段时,整套系统跟一台服务器差不多大,功耗很高,无法满足车载需求。所以后来他们只能自己做芯片,但弊端很明显,就是刚开始成本很高。

  

其次是要持续不断的把新功能在同一平台上的集成,提供最大性价比方案。在十几年的时间中,Mobileye 不断更新迭代产品功能,所需硬件性能也变得苛刻起来。他们的 EyeQ 系列芯片已经有了三代,第三代产品比第一代产品性能提升了 48 倍。他们现在做的三目摄像头的方案,但是在实验阶段只能用三颗 EyeQ3 芯片来跑算法。他们正在研发的 EyeQ4 芯片,则可以同时处理三路摄像头数据。

  

第三,镜头的角度、有效识别距离、分辨率三者之间是互相矛盾的。比如 ADAS 系统对摄像头的要求是纵深方向的视野要好、低像素、高感光度。而苏淑萍也特别提到,ADAS 是和行车记录仪冲突的。因为行车记录仪要求大广角,像素要高得多(即使只有 200 万像素)

  

最后,就是对硬件最基本的可靠性、鲁棒性的要求了。作为前装产品,还要满足主机厂苛刻的技术和质量要求。

  

Mobileye 的 FCW(Forward Collision Warning)现在的算法识别精准度,已经到达 99.99%。对于 ADAS 行业来说,这是其他产品很难企及的高度,因为即使是 99.9%和 99.99%也是两个概念。

  

最早进入 ADAS 行业的 Mobileye,已经和超过 20 家 OEM 合作,覆盖到了 237 个车型。而对于起步才两三年的 ADAS 团队来说,纷纷选择避开与 Mobileye 的直接竞争,他们选择切入某一细分领域或低端市场,也算是一个明智的办法。

  

介绍一下EyeQ 视觉处理芯片

  

EyeQ 视觉处理芯片是由Mobileye和ST(意法半导体,全球最大的半导体公司之一)共同研发的。2015年,Mobileye发布第四代ADAS视觉处理器EyeQ4,相关产品将从2018年开始应用在新下线车型中。

  

值得一提的是由TRW生产的、采用EyeQ处理器的S-CAM系列摄像头。TRW,天合汽车集团(TRW Automotive Holdings Corp.)是全球领先的汽车安全系统供应商,汽车安全系统的先驱和领导者,世界十大汽车零部件供应商之一。

  

S-Cam2系列已经为TRW赢得了丰硕的业务份额,而S-CAM 3(采用EyeQ 3)的处理能力是2代的6倍。S-CAM 3在2013年法兰克福车展上首次展出,它还提供了更广阔的垂直水平视野(从上一代的水平42°、垂直27°提升至水平52°、垂直39°)和成像清晰度(752x480提升到1280x960)。2014年10月,TRW发布最新一代车载摄像系统 S-Cam4 系列,新一代单镜头摄像头预计在2018年投产。

  

去年该公司发布了最新的第四代系统芯片EyeQ4。凭借超过15年设计研发计算机视觉特种芯片的专业知识,EyeQ4芯片采用了14个计算核心,其中10个为特制矢量加速器,大幅提升了视觉处理和数据解读的性能。

  

EyeQ4

  

EyeQ4系列产品已近得到一家全球知名的欧洲汽车制造商青睐,相关产品将从2018年开始应用在新下线车型中。EyeQ4芯片是可扩展摄像机系统的重要组成部分,不仅会出现在碰撞避免系统中用于单目镜影像处理,来满足欧洲新车评估测试(NCAP)、美国国家公路安全局(NHSTA)以及其他地区规章要求,还将使用在三焦距摄像机结构中用于实现一些高端客户需求,例如半自动驾驶功能。EyeQ4芯片能够与雷达传感器和扫描光束镭射完美兼容,为用户带来更先进的服务体验。

  

Mobileye的相关人士透露,这款新产品可以为未来的自动驾驶提供强力的支持,他们认为以摄像头为核心部件构建自动驾驶系统是一种非常有实用价值的解决方案,因为摄像头不但能够提供最为丰富的信息资源,而且消耗成本也是最低的。

  

而为了让自动驾驶汽车上应用的高级功能早日成为普通百姓可以消费得起的产品,就要求基本处理器单元能够同时加工多个摄像头的影像信息,并且可以精确提取每个摄像头蕴含的最重要数据,比如周边各类不同物体和行车道的位置以及可利用的行车路经信息。第一代芯片产品EyeQ1从2004年开始研发,现在已经是第四代EyeQ4芯片,Mobileye公司从中积累了大量有关计算机视觉处理的先进知识和宝贵经验,并有效优化了芯片结构,在车辆上仅需要消耗2到3瓦的能量,就可以完成高强度密集运算处理。


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除了硬件意外,Mobileye还 有两大优势,让包括Bosch、Continental 等ADAS 竞争对手望尘莫及。


第一是Mobileye 将过去产品发售后的验证资料都留存到资料库、里程数超越700 万公里,

  

第二是除不但资料规模庞大,这些资料库还有来自全球OEM 的精确数据。

  

这些都让Mobileye站在ADAS的顶端。

  

国内ADAS如何突破?

  

跟据财新智库旗下的研究与商业资讯公司莫尼塔的报告显示:

  

ADAS本土化的突破在于少数算法公司。

  

单目ADAS摄像头可国产,但附加值较低;芯片多由外国厂商提供,国内芯片厂商设计制造能力仍偏弱。少数以ADAS系统研发为主业的算法类公司相对于Tier1和整车厂算法积累更长,最有可能实现ADAS的本土化。


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同时,ADAS和传统车载视觉产品对软件技术、硬件要求不同,传统车载电子公司要切入ADAS市场并不容易。市面上宣称自己能做辅助驾驶有算法的公司中,有一些实际只能做行车记录仪、360°全景泊车等产品,并非真正的ADAS。ADAS技术基础是计算机视觉,而车载摄像头类产品并不需要这些技术。我们估计国内团队如从零开始至少需要3、4年才可能完成初步的技术积累。

  

另一方面,行车记录仪和单目视觉ADAS对摄像头的要求是相互矛盾的,因而市面上带有ADAS功能的行车记录仪通常只能起到录像的作用。除非这类公司挖到关键团队,否则很难直接切入ADAS领域。


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  图表 2:智能行车记录仪视频截图(极路客),摄像头为广角

  来源:百度,莫尼塔研究


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  图表 3:ADAS路测视频截图(Mobileye),摄像头非广角

  来源:Mobileye,莫尼塔研究

  

国内只有少数算法类公司具备自主技术。在声称能做ADAS的公司中剔除仅生产“智能”行车记录仪、360°环视产品、倒车摄像头等产品的公司后,所剩不足15家。如果深究算法水平,则可能更少。


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  图表 4:国内主要ADAS算法公司

  来源:莫尼塔研究

  

另外,莫尼塔研究还认为本土算法公司与Mobileye在ADAS基础功能方面差距不算巨大。

  

Mobileye作为行业标杆,车辆和车道线识别率能到99.99%。在提供过数据的本土算法公司中,最领先的团队尽管车辆识别率为99%少于Mobileye,但其车道线识别方面已经高于Mobileye,达到99.999%。其它团队的两项识别率也都在95%上下。

  

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  图表 5:从车道线和车辆识别率来看,Mobileye仍领先,但领先的本土团队与其差距并不大

  来源:互联网、莫尼塔研究

  

不过识别率只能作定性比较,算法差异的判断也不能依靠单一指标。原因有三:

  

1)目前没有权威的第三方检测机构,不同团队提供的数据并非在同一测试条件下得出。

  

2)实际使用效果可能会在恶劣环境(雨雪、夜晚)中打折扣,而不同算法的折扣幅度不一。

  

3)无论是对车道线的识别或是对车辆的检测,识别率并不是一个全面的指标,追求单一指标的极致会使其丧失实用价值,应综合考察误判率和响应时间等指标。

  

他们还觉得ADAS本土化速度可能会高于预期。

  

政策方面,中国新版C-NCAP已确定将AEB纳入评价,2017年中公示,2018年中生效,车厂对ADAS系统的采购在今明两年就可能起量。

  

价格方面,Mobileye可实现AEB和LDW功能的芯片仅200美元,不会是推广障碍。

  

技术方面,国内团队能将ADAS基本功能在1~2年内做到前装要求。国内创业公司在完成了两三年的技术积累后,目前也逐渐到了向厂商展示demo的阶段。


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  图表 6:Euro-NCAP已增加对ADAS功能的评价,C-NCAP可借鉴

  来源:Euro-NCAP、莫尼塔研究

  

在他们看来,未来两年,前、后装市场发展进度可能相差不大。

  

算法公司提早进入前装市场有利于算法公司持续向车企提供功能不断升级的产品,加速产品从demo到量产的速度,提高在后装市场的认可度,还有助于算法公司基于其前装系统开发同类车型的后装产品,提高产品细分程度。而主要障碍在于算法技术和量产经验。


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  图表 7:Mobileye前装产品图(福特探险者用处理器)

  来源:互联网、莫尼塔研究

  

后装市场体量更大,潜在细分领域多,算法公司也可从后装市场获得资金周转。但需要更多产品和更多消费者教育来打开市场。目前本土后装ADAS的产品成熟度低,主要体现在面市产品少、细分化程度不高。同时消费者普遍对ADAS了解不多,或者存在误解(以为就是高级版的行车记录仪),后装ADAS推出需要再做消费者教育。


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  图表 8:后装产品图(上-Mobileye 560,下-驾车卫士A1)

  来源:互联网、莫尼塔研究

  

综合市场开发动力和障碍来看,并没有一条阻力最小的路径,前后装市场未来两年的发展进度可能相差不大。虽然算法公司看起来像是一边倒地扑向前装市场,但根据最近我们和这些算法公司的交流,他们也注意到了后装市场的重要性。从两类市场的必要性和发展障碍来看,创业公司在资金等客观条件允许的情况下可能会两者并举。

  

不同之处可能在于,前装市场的要求相对明了,即车厂对技术资质的要求明确,而后装市场并没有实际的试水产品,大家对消费者心理知之甚少,消费电子市场本身的脾气也不如车厂好琢磨。

  

莫尼塔估计,2020当年前装单目ADAS销售额可能达到69亿元,2016-2020五年前装市场销售总额为167亿元,后装销售总额为401亿元。前、后装市场五年销售总额568亿元中,芯片成本约6%,摄像头成本约14%。剩余的454亿元由算法公司、Tier1和其它硬件供应商拿走,算法公司和Tier1的利润分配比例具体由双方博弈产生。


本文来源:电子发烧友


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