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不先解决这个问题,无人驾驶永远不会到来?

2024-11-05 15:13
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最近大家应该发现了,包括数码博主、旅行博主等等在内,许多创作者都涌进了汽车这条赛道。

有人觉得,这是真实体验;有人觉得,这是跨界恰饭;也有人觉得,汽车产品数码化已经不再遥远。

但社长倒是觉得,在汽车行业飞速发展、产品日新月异的当下,更需要不同领域的专业/非专业人士,通过不同的视角,给大家带来更加立体的解读。

换到数码领域,也是一个样。

正好前两天,佳能邀请社长参加了一场相机品鉴会,试拍EOS R5 Mark II和EOS R1:

在深入了解过后,我却发现影像领域的发展趋势,竟然和汽车行业有着许多共通之处。而影像技术的发展,很可能会成为解锁无人驾驶的终极密码!

这一切,还要从200年前的第一张照片开始说起。

01. 从小孔成像到数码相机

“为什么光沿直线传播,会最终呈现烛光的倒影?”

很多小伙伴第一次感受到光学的奇妙,或许就是从小孔成像实验开始的。

而这,也成了早期照相机的雏形。

1839年,法国发明家、化学家达盖尔就根据小孔成像的原理和暗箱技术,造出了全球第一台照相机。差不多长这样:

相信从图片上也不难发现,早期的原始相机存在一个巨大的问题,就是特别巨大。

再加上它的原理是把卤化银作为感光材料涂抹在金属或玻璃版上,曝光后再进行显影、定影。受限于当时的技术条件,感光度不够好就必须增加曝光时间——

想拍一张大头照,都得一动不动地把脑袋放在卡箍里静置30分钟才行,更别说拍摄户外的风光了。

当时的报社记者,对这种新鲜玩意是这么评价的:

“就像是在马路上拿着一面镜子,把周围的景物极细地反映出来,然后把镜子带回家。”

既夸了写实的画质,又吐槽了体积大重量沉,还隐藏了最大的痛点拍摄时间,不愧是传媒界的祖师爷,情商真高。

(1938年的照片《巴黎寺院街》,比相机发明更早)

在随后的几十年间,感光版越来越轻,感光能力也越来越高,曝光的时间得以大大缩短。底片、胶片的发明,更是让相机像一部“大哥大”一样便于携带。

从世界第一到被反复鞭尸的柯达,就是在这一时代背景下崛起的。

它在1900年推出了一款“人人都能买得起,小孩子也能轻松上手”的Brownie纸板相机,售价只要1美元,胶片也只要15美分1卷。

由此,相机进入了新的胶片时代,摄影第一次成了平民化的活动。

这一延续,就是一百年。

胶片时代的创新,除了更加便携之外,主要集中在三个方面。

一,是加强了动态拍摄(视频)的能力。

只需要把感光胶片像弹匣一样连续送进相机,就能把拍摄速度从幻灯片的每秒12张提升到纪录片的每秒60张(60帧/秒),甚至能拍摄第一届奥林匹克运动会的实况!

二,是画面从黑白变成了彩色。

1900年前后,“电影之父”法国鲁米埃兄弟将染有三原色的土豆淀粉均匀涂在玻璃干板上,实现彩色正片感光,发明出了真正的彩色底片

但从原理上也不难发现,它用的还是原始相机的干板感光技术。彩色胶片要等到1935年柯达发明Kodachrome之后,才逐渐普及。

三,是随着光学技术的发展,出现了一大批功能各异、画质也越来越出色的镜头。

专门拍摄远距离的长焦镜头、专门拍摄广角的广角镜头、以及大家早已习以为常的变焦(可以简单理解为放大和缩小)镜头,带来了越来越多的影像变化。

这让人们从更多不同的视角出发,看到了这个世界的美好。

但正如那句话所说,柯达直到破产那天,生产的胶卷质量都非常好,只是世界不再需要它了。

确实,胶片相机的光影层次更丰富,出片的效果也如同奶油化开般自然。但它却有几个天然的硬伤——

最直观的,就是“摄影穷三代”

一次“你闭眼了啊,重来”,就会多浪费一张胶片。拿到满意的底片之后,还得去照相馆冲印。往往要等一周后新鲜劲都过了,才能看到成片。

更难的,是它还自带debuff:拆装胶卷要手动,测光要手动,对焦要手动……成片好坏全凭经(yun)验(qi),就连底片都要放在避光的地方保存。

就算后期的胶片相机有了自动曝光和自动测光技术,也很难让普通人迅速捕捉到最完美的一瞬间。

这几点叠加起来,就是四个字:新手劝退。

因此当上手更迅速、拍摄更轻松、后期更宽容的数码相机席卷而来的时候,留给胶片相机的就只剩下情怀二字。

没错,用集成电路捕捉数位影像的数码时代来了。

更何况,又一次生效的摩尔定律,让数码相机的进化速度比龙卷风还要快!

1975年柯达使用CCD传感器、生产出全世界第一台数码相机的时候,分辨率还只有100×100,也就是1万像素。

但从1980年开始的十年时间里,相机的像素从12万跃迁到了400万,几乎每年都要增长50%;感光元件的成像质量,也在飞速增长。

凭借着越来越好的画质和更加方便的存储方式,数码相机的市占率开始走进大众的生活。单是2000年一年的出货量就达到了1000万台,开始动摇胶片相机的地位。

而到了“后数码时代”,批量生产成本更低、连拍速度更快、能耗更低续航也更长的CMOS传感器加入战局,直接给胶片相机判了死刑。

首次使用CMOS传感器的,正是佳能EOS D30:

到了现在,滑布李他们已经用到超过6000万像素全画幅机型了。配套镜头的画质,也在光学技术的加持下越来越锐利。

不难发现,从黑白到彩色,从模糊到清晰,再从照片到视频……整个影像设备的发展史,不仅是科学和技术的发展史,更是人类突破自我的励志史。

但令人意想不到的是,这些技术竟然对跨界的汽车行业,产生了深远的影响。

02. 从曝光三要素到智驾三要素

玩摄影的朋友都知道,进光量的多少,直接影响着最终的成片质量。

所以拍摄最重要的,就是“曝光三要素”——

光圈决定进光量(和背景虚化程度),快门速度决定进光量(和物体运动时的速度),感光度(ISO)负责给画面提亮(太高会出现噪点)。

这时,数码相机或者说是CMOS传感器,最弱的短板就暴露出来了:动态范围。

数码相机的感光元件由一个个独立的光电二极管(也就是像素)组成,每个像素的亮度都有一个固定的数值、无法无极调节。

因此它没办法像使用光敏化学物质的胶片相机一样,感知到极为细微的光影变化,更不用说像人眼一样,还原自然界108(也就是一亿倍)的光强变化范围了。

就比如这张照片,虽然对画面中间(焦点)的内饰质感进行了呈现,但上半部分的高光区域过曝了,看不到后视镜和天空中的细节;下半部分则是一片死黑,没有细节。

这时,就必须使用后期合成/调色来进行调整,才能达成“看起来还不错”的效果:

而如果想要尽可能还原人眼看到的画面,展现景色的轮廓和层次,最简单的就是像某些电影一样使用胶片机来拍摄、用数码进行制作拷贝,这就是后话了。

好了铺垫到了现在,终于轮到我们今天的主题了。

之前社长和大家说过,智驾系统的原理就是感知-决策-执行这三步走:

简单来说,就是车辆先收集各个传感器的数据(眼睛看到),再通过软件算法进行决策(大脑思考),最后让车辆执行加减速/转向/交互等驾驶动作(手脚动作)。

现阶段感知的核心,并不是前段时间大热的激光雷达,而是车载摄像头。

为什么这么说,可以搜索这篇文章了解:《车圈大变天!激光雷达即将被判死刑?》

车载摄像头的缺点也和数码相机一样,很难应对明暗对比强烈的环境:包括但不限于大逆光、夜晚没有路灯/标识不清晰的高速路、对面开启“致盲”远光等等。

要想解决这个问题,在车上放几台胶片相机显然不现实,毕竟等胶片冲印出来黄花菜都凉了。

所以,车企也和相机厂商走上了相同的道路,也就是堆硬件——使用更高的位深、更大的传感器和更清晰的镜头,再配上适中的像素,来更精准地还原真实场景。

(有点反常识的冷知识:像素越多动态范围越窄,这也是前些年低像素的iPhone拍照好看的原因)

与此同时,由于需要处理大量的数据,不只需要智驾芯片提供高算力,存储和传输的速度也要加快才行。

如今相机的存储卡,读取/写入速度已经能达到3GB/秒;而前段时间三星推出的车载SSD固态硬盘,读取/写入速度也分别达到了4.7/1.4GB/秒。

只不过车企和相机厂商的目标,还是有所不同的。

相机厂商需要做的只有研发新技术,并通过不断卖货来增加产能、降低成本,形成良性循环;

但车企必须要在成本、性能和体积之间作出选择题,车载摄像头和车载传输/存储设备,也必须满足车规级的标准才行。

因此目前大多数车企的解决方案,是在前摄上提供最高规格的双目/三目摄像头,最大程度地确保ACC、AEB等主动安全功能;后视和侧视则是作为辅助。

(看这后摄,省成本果然是一把好手)

而到了软件部分,就有意思了。

车企这边的成绩大家有目共睹,最新的端到端算法已经让智驾产生了翻天覆地的变化。

简单来说,端到端并不是从A点到B点,而是指根据摄像头等传感器的图像数据,直接生成车辆的转向、刹车和加速度信号去控制车辆,即“感知决策执行一体化”。

打个比方,以前是三个人打配合,一个瞭望手负责看路,一个指挥官负责决策,一个操舵手负责驾车。但现在端到端把感知、决策、执行这三个环节都整合到了一个大模型中,最终一个人就能全部搞定。

想进一步了解端到端的小伙伴,可以搜索这篇文章了解:《太疯狂了!特斯拉删除99%代码,FSD却更好用了!智驾的终极答案竟然是它?》

而相机这边,居然也早早地用上了深度学习技术和神经网络!

如果说智驾的目标是瞄准车道线、跟随前车行驶,那相机的目标就是瞄准需要拍摄的人或物,时刻准备好自动对焦来捕捉精彩瞬间。

或许和软件定义汽车一样,影像领域也走到了“软件定义相机”的道路上。

03. 未来会如何发展?

看完了影像行业近两百年的历史,如果你也同样了解汽车的过往,很可能会和我有着同样的感触:

固然力学、光学等基础学科依然在发展,但未来更重要的,或许是软件。

各行各业之间的跨界融合,在软件的加持下只会越来越宽泛。汽车和娱乐、数码和家居……人们的生活,正在无声无息地发生改变。

但不管未来究竟会如何发展,我相信相机厂商们用尽毕生精力,也想发明出接近人眼的相机,乃至超越人眼,让人类的视野跟随镜头走得更远;

作为交通工具的汽车,也会凭借着全新的体验,成为人们生命的延伸。

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