自研掃地機器人激光雷達,Camsense有何勝算?

張國斌 張國斌

       以新一代信息通信技術為主要驅動力的新一輪科技革命和產業變革蓬勃興起,5G技術落地商用、無人駕駛、智慧城市、智慧社區等成為熱門話題,而技術落地表現最為明顯的,是在於尋常百姓家的變化:智能音響、智慧屏電視、智能掃地機器人......

       在智慧家庭領域,單就掃地機器人一個單品,數據預測中國掃地機器人市場就有500億的規模。但GFK數據顯示中國家庭服務機器人在沿海城市的產品滲透率僅為5%,內地城市僅為0.4%,與發達國家16%相比仍有較大差距。這其中的主要原因是掃地機器人價格偏貴,動輒數千元的掃地機器人價格讓很多消費者望而卻步;另外一個原因是,目前真正算的上智能掃地機器人的比例在3%左右,大部分掃地機器人還停留在“智障”階段,比如被卡在一個狹小空間不能動彈的、有把家中萌寵的排泄物掃到各個角落的、有不會自己充電工作“殉職”的......現在,深圳一家專注於計算機視覺定位技術研發的創新型公司,通過算法創新和自研芯片,研發了獨特的機器人深度測距產品,不僅性能表現優異,而且成本大幅降低。這將有望將機器人測距模塊價格大幅度下降,在關鍵核心零部件部分清除掃地機器的價格門檻,加速掃地機器人普及。     

     歡創科技創始人兼CEO周琨

      這家公司就是Camsense【深圳市歡創科技有限公司】,它於2014年成立,一直致力於計算機視覺技術開發,其創始人兼CEO周琨是清華大學工程碩士導師,主要從事計算機視覺與圖像處理方向的研究,在該領域深耕長達17年之久。近日筆者專訪了周琨, 詳細了解了歡創科技的創新技術。  

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掃地機器人的挑戰

       周琨首先給筆者秀了一個模塊,就是上圖,這是歡創科技於2018年推出的面向掃地機器人領域高性能的激光雷達產品——Camsense® X1,其性能指標達到行業領先水平。據了解,該產品從2017年8月立項到2018年9月正式量產,僅在短短1年時間內就完成了研發、大量的內部測試以及早期客戶共同測試等流程。Camsense® X1具備高水平的測量距離以及測量精度。

      周琨曾在2019大灣區國際科創峰會上指出機器人發展有三個核心技術:神經系統、感知網絡、運動系統。神經系統主要是讓機器人像人腦一樣思考決策,這其中涉及到與人工智能相關的大數據技術;感知系統,需要的是各種傳感器,比如視覺傳感器、攝像頭、激光雷達、毫米波雷達等;而運動系統,則需要借助雷達等技術。這三個技術都非常關鍵,但感知系統長期以來一直被忽視和低估,直到最近幾年,局面才得以改觀。

     “掃地機器人的智能工作,首要解決的就是自主導航和避障,在早期的掃地機器人產品中,主要是通過單純的碰撞傳感器+基礎陀螺儀解決路徑規劃問題,機器人不是在看路,而是在隨緣的‘碰’路,同時對於自己掃過的地方記錄也不準確,所以清掃成果就全憑運氣。”周琨說到,“2010年,美國Neato公司首次把激光雷達引入到掃地機器人中,提升了清掃效果,但問題是激光雷達成本很高,難以普及。”

隨著技術的發展,整個激光雷達行業的成本都在明顯下降,掃地機器人配備的傳感器也越來越多了,而激光雷達作為“眼睛”成為掃地機器人的標配已成為市場共識。例如360的T90掃地傳感器就配別了22種傳感器,而其“眼睛”就是裝備了Camsense歡創科技的激光雷達。

        激光雷達導航效率非常高,用戶體驗好,測距精準,而且無論是白天還是黑夜都能夠工作,在建模導航方面完勝其它方案。

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歡創科技如何突破?

       周琨表示以前掃地機器人中的激光雷達成本占了機器人成本20%以上,導致產品只能做高端,很難普及,所以這個成本是第一大痛點,還有靠“碰”導航的機器人也影響了壽命,歸根結底缺乏一個低成本高精度的自主導航方案,Camsense歡創科技就是以此為突破口。
       市面上掃地機器人采用的激光雷達,普遍對標的都是Neato,采用工業級Sensor+DSP芯片的技術路線,雖然性能好了但是成本問題依舊沒有解決。而Camsense歡創科技采用的是獨創的消費級面陣Sensor+自主研發的ASIC芯片,在保證產品性能甚至超行業標準的同時,還把成本降下來了。據了解,基於此技術的激光雷達Camsense® X1垂直視野可達到30-40度,幀率達到2080Hz,為下遊客戶在成本上節約了40%左右。
       “激光雷達有幾種測距方式,第一種是幾何測距的視覺傳感器技術,主要通過對圖像拍照,利用基本原理進行測距,這種技術適用於慢速移動的機器人,適合在室內中近距離測距。另一種是飛行時間的激光雷達傳感技術(TOF),適用於室外高速運動的遠距離測距。TOF距離近了反而不準。”周琨指出,“所以我們采用的是基於幾何測距的視覺傳感器技術。”       
        “我們的方案本質是基於視覺傳感器,但是我們利用了激光光源,而且光源360度旋轉,所以我們也叫激光傳感器,但不同於車載領域的激光雷達靠激光發射和反射來測距,和毫米波一樣,本質是利用電磁波原理。”他解釋說,“我們是利用激光光源打出一個圖案,然後攝像頭拍到這個圖案,利用幾何關系就可以把距離測算出來,這是我們消費級產品的定位原理,定位精度可以達到厘米級。”
        此外,Camsense歡創科技還有高精度定位系統——Camsense® M Pro,其本質是激光光源+視覺傳感器的組合,該定位系統通過在周邊會布置發光源,發光源的位置都是已知的,最終利用PnP原理來測距,最終達到0.5mm級別的定位精度能力。
         此系統主要運用在工業機器人領域,可協助客戶的產品研發和測試、工業檢測等,目前已在華測檢測、360、海爾、美的等實驗室落地商用。Camsense歡創科技成為業內唯一一家同時具備提供激光雷達和高精度視覺追蹤系統的公司。

關於這個PnP原理原理,大家可以看看下面的解釋:
使用PnP原理來進行測量和定位,需要預先知道被測量物體的幾何模型,這個幾何模型掌握的越精確,定位精度就越精確。測量時,首先需要提取出被測量物體上至少4個不共面的interesting point,然後可以根據這幾個point之間的幾何模型約束,從而唯一反解出物體的空間位置、姿態以及幾何尺寸。

基於單幀的單目空間測量與定位 
由於基於單幀的單目測量需要預先知道被測量物體的幾何模型,從而在計算過程中可以引入約束進行校驗,因此可以非常精確的測量出物體的空間位置、姿態。例如Oculus的定位系統,其定位精度就可以達到2-3mm,比起Sony PSVR的雙目攝像頭來講,精度提高了一個數量級。

        數據顯示,2018年中國機器視覺市場規模首次超過100億元。隨著行業技術提升、產品應用領域更廣泛,未來機器視覺市場將進一步擴大,預計2019年市場規模將近125億元。隨著人工智能技術深入普及,機器視覺市場必將快速擴大,擁有創新技術的Camsense歡創科技也會迎來厚積薄發式的快速成長!

今日長纓在手,必定縛住蒼龍!(完)

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