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对话舜宇车载光学:如何打造智能汽车时代的“眼睛”

2018-10-22
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文 | 新智驾

来自雷锋网(leiphone-sz)的报道

围绕「汽车+光学」,光学方案解决商能做些什么?

过去十年,舜宇车载光学技术有限公司(以下简称舜宇车载光学)给出的答案是:车载镜头。这种「车载镜头」指的是安装在汽车上以实现各种功能的光学镜头,主要包括内视镜头、后视镜头、前视镜头、侧视镜头、环视镜头等。

在行业内,涉足车载镜头行业的企业大多是传统的相机镜头生产商。在早期,他们对「车载镜头」的认知仅是将其当做普通消费级镜头来进行研发和生产。对有着严苛要求的车规级产品来说,这种方法根本行不通。

在汽车行业,「车规级」是品质的分级名词。一般而言,车载要求的工作温度至少是-40 度到 85 度,这是一般消费级产品无法企及的。再比如,正常的汽车使用周期达到 5 年甚至更长时间,而许多消费类产品只有 1 年。

当时,关于车载镜头的可靠性实验尚未成形,舜宇一路摸着石头过河,逐渐建立对车规标准的认知和相应的车载镜头技术储备。

通过两年摸索,舜宇开发出了符合市场、满足客户要求的产品。2006 年,舜宇首款 LDW(车道偏离预警)镜头实现量产,实现了让镜头从消费级走向车规级的目标。为了更好聚焦汽车市场和车载镜头业务,2008 年,舜宇车载光学成立,舜宇的车载镜头业务开始走向正轨。

此后的十年,是舜宇车载光学在汽车市场的快速增长时期,从 2012 年开始,舜宇的车载镜头市场占有率连续 7 年全球第一。

「汽车行业门槛较高,不是那么轻易可以进入,要想长久立足,最重要的是要持续技术革新,掌握其中know-how。」在谈到如何理解汽车厂商需求这个话题时,舜宇车载光学市场总监谷春燕对雷锋网新智驾(微信:AI-Drive)表示。

作为智能汽车「眼睛」不可或缺的一环,舜宇在车载镜头领域领先的关键是什么?舜宇车载光学将成功的关键归结于两点:

一是「聚焦」,从 2008 年到 2018 年,舜宇车在光学就只做车载镜头这个产品。「我们几乎是全球唯一一家只做车载镜头这一款产品的公司,把它做到极致。」

二是「微创新」,在过去的十年里,舜宇一直聚焦于车载镜头,有了很多技术沉淀,在设计、材料选择、工艺技术、检测、管理流程等方面也积累了不少「微创新」。

在雷锋网新智驾看来,还有一个关键点:舜宇进入这一领域的时间早——这让舜宇有充分的时间去摸索和进行技术沉淀,真正摸透客户需求,挖掘产品应用需求。

「我们是从手机镜头厂商转过来的,我们摸索的时间比别人更长,更早。」谷春燕表示,「验证一个新东西靠不靠谱,我们验证材料也好,工艺也罢,如果没有充分的时间做充分的研究,你根本没有办法将这个行业研究透,这些都是为日后批量生产埋下的伏笔。」

除了车载镜头外,围绕「汽车+光学」,舜宇车载光学在下一个 10 年还能做些什么?

这一次,它给出的答案是:HUD、激光雷达和大灯照明。「我们看好车载镜头的增长,在这方面积累很多经验。但同时,我们也希望在适当时机进入新的领域。」谷春燕表示,「我们关注的重点依然是汽车光学解决方案:如何将光学应用在汽车上,并发挥极致,这是我们一直在思考的。」

随着 AI、自动驾驶的火热,汽车供应商在保证传统业务增长的同时,也在寻求新的增长点: 如何加速进入智能汽车时代?如何打造属于智能汽车时代的「眼睛」?这里的门道和机会,都隐藏在舜宇的老本行——光学解决方案中。

以下是雷锋网新智驾与舜宇车载光学市场总监谷春燕的对话(有删减):

雷锋网新智驾:我们了解到,舜宇在 2004 年接触到一个欧洲客户,对方提出需求,希望将光学镜头应用到汽车上。从 2004 年到 2006 年这两年间,对于当时对于初入汽车行业的舜宇,在两年间克服了哪些技术挑战?趟过了哪些坑?

谷春燕:初进入车载领域,我们也是摸着石头过河,对车规标准的认知是慢慢成长起来的。2004 年-2006 年期间,我们一直在做技术储备和车规认证,让镜头从消费级走向车规级。

当时的可靠性实验尚未成形,一开始我们仍将车载镜头当成普通镜头来制作,但这显然不能满足车规级的标准。为了达到标准,当时我们会将一颗镜头测进行反复测试,多次均合格了才会出货。

拿 ADAS 镜头举例,它的一个特点就是要求在各种严酷环境下保持镜头的良好稳定性,ADAS 镜头对镜片等性能要求相对而言更高,一些视觉类能用塑料镜片解决的问题,到 ADAS 镜头中却不允许由于温度影响造成的变异。因此,我们对 ADAS 镜头的玻塑混合技术有专门的研发,2012 年的时候首款玻塑混合式前视镜头就已经实现量产,搭载的汽车包括奔驰等品牌。

雷锋网新智驾:2008 年舜宇车载光学成立,为什么舜宇要成立一家新公司?

谷春燕:从 2006 年开始,通过两年摸索,我们开发出符合市场、满足客户要求的产品。与手机、投影镜头不同,车载镜头从设计、材料、制程的要求不一样,需要更加专业垂直的公司来开发这样的产品。另一个是原因是,我们发现这是一个新的市场。为了专心做好车载镜头业务,我们专门成立公司,聚焦于一个中心点——车载镜头。

雷锋网新智驾:从 2006 年到 2018 年,12 年时间,舜宇车载光学也见证了舜宇车载镜头的技术变迁,这 12 年间,舜宇在车载镜头产品上,有哪些新的技术迭代、技术突破或者产品迭代?

谷春燕:对于车载镜头的技术演进路线,不同的产品略有区别。但总体趋势是:

一是像素的升级(从 200 万像素,400 万像素到 2000 万像素),通光能力越来越好、对产品的环境耐候性要求提升、以及防雾、耐磨、耐高温低温能力的提高。需要指出的是,在主动安全方面,车载镜头并不直接看成像,而是通过软件数据,识别目标、轨道偏离、探测距离,进行感知应用。在辅助驾驶方面,车载镜头直接看图像应用,如 360 环视、电子后视镜等。

二是玻璃非球面的广泛应用,单球面应用已经不能满足现在需求。由于像素不断增加,零部件越多,公差影响因素越多,这让车载镜头很难控制整体性能。所以玻璃非球面的应用,是成为高像素镜头的最佳解决方案。

三是图像应用的趋势是越来越多的塑料非球面的应用。因为需要降本,所以会采用越来越多塑料非球面应用,甚至全部都是塑料非球面的镜头。

雷锋网新智驾:从 2004 年,到现在,车企或 Tier1 对车载镜头的需求发生了哪些变化?

谷春燕:像素越来越高,成本越来越便宜——这是永恒的话题。

其次是对车载镜头可靠性要求的增加。以前大家对产品应用的需求理解不足,更多是概念,没有办法转化成真正的要求。随着大家对行业越来越了解,慢慢能转化为更量化、定量的要求。比如某个温度条件下,温度的波动要求要在某一个范围这种定量,这在以前是没有的。这些不断定量化可靠性相关要求的提出,导致做产品的门槛越来越高。

同时这也让产品有了更多保证:我们可以不断挖掘需求,将产品要求明确传达给供应商。如果客户能够将产品的要求全部转化成定量的要求,提供给供应商,相当于标准明确,就能很好保证最终的产品应用。

雷锋网新智驾:如果按照使用场景来划分,舜宇的产品包括:倒车后视相机、内视相机(监控/手势识别)、前视相机(监控/手势识别)、侧视相机、环视相机、远红外相机、智能电子后视镜等。能否详细介绍上述不同场景的市场应用情况?从你们的观察看,哪种使用场景将会在未来 3 到 5 年呈现快速增长态势?

谷春燕:目前市场上主流的车载镜头有三类,分别为:倒车后视,车载环视,前视感应相机。舜宇车载在国内的份额占到 50% 到 60% 的车载镜头的占有率。国外是 39%。

不论是前装还是后装,倒车后视较普及,现如今几乎每辆车都装有倒车摄像头。这也是目前最广泛的应用。

感应相机主要用于车道线偏移,马路标识的识别。包括限速,转弯,红绿灯,行人,障碍物识别等等。前视感应相机的部分功能可以取代毫米波雷达,根据测距判断与前车或障碍物的距离,并进行自动刹车。其中,单目相机的测距精度较低,双目相机精度较高,所以后者可以实现毫米波雷达的测距功能。

最近几年内视相机开始火热,其功能包括驾驶员的手势识别和表情识别。因为手部动作范围比较广,所以对手势识别相机的角度要求会更严格。表情识别或者虹膜识别则比较精细,范围小,更加注重相机的清晰度。

车载环视系统实际上是倒车影像系统的升级。倒车后视主要用于观察车辆后方的信息,车载环视系统则利用四个相机帮助驾驶员在车内观察车辆四周的障碍物。车载环视系统大多被应用到货车等大型车上。车辆一旦搭载环视系统后,倒车后视系统基本无用武之地。

如今电子后视镜市场开始升温,其主要目的是代替反光镜。传统反光镜视野有限,如果通过摄像头将车后方画面投放到屏幕上,盲区范围会减少,安全性也更有保障,未来电子后视镜市场应用会逐渐增多。

目前远红外相机市场容量并不大。因其从成本高,清晰度较弱,导致远红外相机比较单一。但随这元器件价格下降,清晰度提升,未来红外相机的应用可能会大幅度提升。

一个趋势:未来三到五年,内视相机的增长速度最快,前视感应类和环视相机的增长数量会较多。

雷锋网新智驾:车载镜头是否还有创新的空间?

谷春燕:一颗小小的镜头,要求高,又与主动安全相关,往高像素方向发展,如何将尺寸做小,其实挺难做的。但不管是感知类,环视类,都得做便宜,贵了很容易被其他传感器代替。

如何去选择更优的光学设计解决方案,有没有可能都用塑料的材料?有没有可能利用自由曲面的形式、技术创新来使得设计一开始是低成本化、小型化的?这当中有很多创新。

防雾能力是车载镜头目前需要攻克的技术。镜头依靠光线传播识别道路信息,镜头表面脏污会导致识别能力下降。而单纯从光学方面解决这个问题是有难度的,目前行业内的企业正在发力提升镜头的防污能力。例如利用类似于雨刮器的设备,通过喷水、清洗等技术手段来解决这一难题。

另外高像素镜头的焦平面稳定性也是一大难点。因为像素越高,使用过程中稍有偏移,图像就会模糊。汽车的行车环境又相对复杂,这些矛盾集中在一起,对镜头或者相机的要求更高。

这当中有很多非常多的技术课题,我们也在不断推进。

雷锋网新智驾: 除了车载镜头外,舜宇的光学镜片也应用在汽车新的领域,如 HUD、激光雷达、大灯照明等。在这几个产品领域,舜宇分别提供的是一个什么样的解决方案?

谷春燕:车载镜头每年 10% 的同期增长,DMS 的市场增长也非常大。我们看好车载镜头的增长,并且积累了很多经验。我们虽然在做车载镜头,但关注的点其实是汽车光学:如何将光学应用在汽车上,并发挥极致的作用,这是我们在一直思考的。

所以在做了多年车载镜头业务以后,我们开始发现,与自动驾驶相关的其他汽车传感器,激光雷达,HUD,大灯也是与光学元器件密不可分的。所以我们确定进入这些产品领域。但不论是 HUD 还是激光雷达,我们都是围绕光学去做,这是我们的核心优势。

在新产品(HUD、激光雷达、大灯照明)领域,比较明显的两个特点:

光学零部件更为丰富,不是常规球面玻璃,塑料非球面以及玻璃非球面,我们提供投影镜头、自由曲面镜,准直透镜,复眼透镜/柱面镜、LiDAR罩子等特殊的光学零部件

合作模式更自由,比如HUD/智能汽车大灯中都会有成像系统(PGU),我们可以给客户提供光学零部件,PGU,整个光机系统,更多的是如何基于客户需求出发提出光学解决方案帮助客户。

雷锋网新智驾:激光雷达,HUD,智能大灯是一个什么样体量的市场?从你们角度看,这几个领域将在时候迎来快速增长?产品预计什么时候会进入市场?

谷春燕:从销售额上来讲,HUD、激光雷达、大灯照明和车载镜头不相上下。从数量上来看,激光雷达和车载镜头差不多,HUD 和智能大灯相对较少。HUD 技术发展已久,汽车上的应用比较成熟。未来三年内,舜宇的 HUD 增量会有明显的提升。

激光雷达的客户分两种:一种是传统的 Tier1;一种是新型激光雷达公司。在与他们沟通下来:2025 年量产比较稳妥;早的基本也要到 2021 年。

激光雷达和智能大灯的量产周期会更长一些,我们预想在 2020 年以后,上述两个市场会有快速的增长。

雷锋网新智驾:舜宇如何在HUD 、激光雷达、大灯照明上继续发挥自己的优势,扩大市场份额?

谷春燕:光学系统的设计,零部件的加工是我们主要的立足点。当 HUD、激光雷达、大灯面对商业化、量产性两个实际问题时,就不得不重视每一个零部件的成本、品质稳定性等问题。

我们的优势在于光学核心器件和车载镜头的经验,能够将车规级的光学核心器件制作出来,并在镀膜、各种环境下的品质稳定性等方面做到很好。以 HUD 产品为例,目前舜宇已经突破了一些 HUD 技术难题,产品已经开始进行量产。

雷锋网新智驾:从技术角度来看:车载镜头、HUD 与激光雷达、大灯照明对光学镜片各有哪些不同的要求?技术难度和挑战有哪些?

谷春燕:原来的镜头是球面和非球面的时代,HUD 与激光雷达、大灯照明进入了自由曲面的时代,光学技术难度和能力要求更高。

我们目前已经掌握了自由曲面的加工检测和组装能力,也已经应用到了新产品上。以激光雷达为例,激光雷达里面有柱面镜、自由曲面、平面反光镜,这些和传统摄像头的镜片不同。

雷锋网新智驾:为什么说 HUD 、激光雷达与大灯照明已经进入了自由曲面时代。能否具体展开讲讲「传统球面」、「非球面」与「自由曲面」镜头的异同?

谷春燕:「传统球面」、「非球面」与「自由曲面」:在不同需求情况下,取决于最终做成什么样的产品。

总体来说,在光学表现上较球面镜片,后二者在矫正像差、减小镜头体积和重量上有明显优势,自由曲面较非曲面镜片相比,拥有更多的设计自由度,可以获得更好的光学设计效果;尤其是在高性能照明系统设计中,该技术既可以提高光能利用率,同时可消除系统对照明方向性的严格要求,因此在 HUD,大灯照明等领域得到了广泛的应用。加工方面三者难度依次递增。

但可以预见的是,随着技术的发展,成本差异会越来越小,价格也会逐渐被大家所接受。

- END -


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