Valet Charge簡(jiǎn)稱(chēng)V-Charge，代客泊車(chē)并充電是歐盟在2011年贊助的一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目，項(xiàng)目始于2011年6月1日，于2015年9月30日結(jié)束，總成本869.5萬(wàn)歐元，其中歐盟贊助563萬(wàn)歐元。

V-Charge項(xiàng)目結(jié)束后，博世、大眾、奔馳致力將其產(chǎn)業(yè)化，今天我們看到的奧迪、奔馳與博世一系列代客泊車(chē)技術(shù)都源自V-Charge。項(xiàng)目由瑞士理工學(xué)院電腦視覺(jué)與幾何實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)，博世、大眾、牛津大學(xué)、帕爾瑪大學(xué)與布倫瑞克工業(yè)大學(xué)共同完成。德國(guó)Carmeq和IAV公司也有部分貢獻(xiàn)。

Valet Charge是為電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)的，主要是基于無(wú)線充電停車(chē)位。Valet Charge設(shè)想將無(wú)線充電系統(tǒng)埋在車(chē)位下方，電動(dòng)車(chē)停在車(chē)位上，無(wú)需任何操作即可充電，這要求泊車(chē)的位置精度很高，大約±10厘米。無(wú)線充電這個(gè)設(shè)想在2011年非常超前，不過(guò)Valet Charge項(xiàng)目并未考慮開(kāi)發(fā)大功率無(wú)線充電系統(tǒng)。

即使今天，電動(dòng)車(chē)的無(wú)線充電也是極為罕見(jiàn)。當(dāng)年，大眾聯(lián)合德國(guó)機(jī)器人公司KUKA特別設(shè)計(jì)了充電機(jī)器人，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)取下充電槍插入充電插孔內(nèi)，即便是到今天這種設(shè)計(jì)也很超前，而大眾在10年前就有此設(shè)想了。

Valet Charge包含六大核心技術(shù)，即使在今天看來(lái)仍然非常先進(jìn)，領(lǐng)先于今天一些所謂的全自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)。它實(shí)際就是低速（時(shí)速低于10公里）場(chǎng)景的L4系統(tǒng)，同時(shí)還包括V2I技術(shù)和DTN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我們將分五篇詳細(xì)介紹Valet Charge的核心技術(shù)，第一篇為感知，第二篇為地圖，第三篇為通訊，第四篇為定位，第五篇為運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。

Valet Charge車(chē)輛端框架如上，核心和奔馳一樣，以雙目做棒狀像素，用柵格占有法提供導(dǎo)航。

Valet Charge的傳感器布局如上圖，包括前后兩個(gè)雙目攝像頭，4個(gè)魚(yú)眼攝像頭，12個(gè)超聲波傳感器，精簡(jiǎn)版里沒(méi)有后雙目攝像頭。所有傳感器都由博世提供。前雙目攝像頭基線長(zhǎng)12厘米，使用120萬(wàn)像素CMOS圖像傳感器，水平FOV為45度，垂直FOV為25度?？蓪?duì)應(yīng)停車(chē)場(chǎng)的低照度環(huán)境，今天捷豹路虎全系列都使用了這顆雙目攝像頭。有效距離12.5米到25米，最大距離50米，在停車(chē)場(chǎng)足夠用了。后雙目使用130萬(wàn)像素圖像傳感器，水平FOV為120度，基線長(zhǎng)5厘米，有效距離只有5米。4個(gè)魚(yú)眼攝像頭像素都為130萬(wàn)，水平FOV為185度，有效距離大約3米。所有攝像頭的幀率都很低，僅為8幀，畢竟2011年的圖像處理能力不強(qiáng)。12個(gè)超聲波雷達(dá)，其中8個(gè)為前后短距離雷達(dá)，最遠(yuǎn)1.5米，4個(gè)為兩側(cè)長(zhǎng)距離雷達(dá)，最遠(yuǎn)可達(dá)7米。超聲波傳感器垂直FOV為60度，水平為120度。

感知部分分三項(xiàng)，分別是定位、動(dòng)態(tài)環(huán)境感知和靜態(tài)環(huán)境感知。定位由瑞士蘇黎世理工學(xué)院無(wú)人駕駛實(shí)驗(yàn)室與大眾聯(lián)合完成。靜態(tài)感知部分，前后雙目和超聲波感知由博世完成，單目的SFM由蘇黎世理工學(xué)院電腦視覺(jué)與幾何實(shí)驗(yàn)室完成，大眾完成柵格地圖融合。動(dòng)態(tài)環(huán)境方面，大眾完成用雙目目標(biāo)追蹤，立體假設(shè)聚類(lèi)，單目檢測(cè)與聚類(lèi)、動(dòng)態(tài)目標(biāo)聚類(lèi)、停車(chē)位線框增強(qiáng)都由意大利帕爾馬大學(xué)用單目魚(yú)眼完成。

上圖為靜態(tài)場(chǎng)景感知構(gòu)成，也可以看作是三種傳感器的融合，包括雙目、超聲波和魚(yú)眼攝像頭。

其中雙目是核心。魚(yú)眼主要使用SFM做3D重建，主要用來(lái)彌補(bǔ)雙目視角窄的缺點(diǎn)。

雙目相機(jī)可以提供幾百個(gè)目標(biāo)相對(duì)自車(chē)的距離，但是只要高度在某一區(qū)間內(nèi)的目標(biāo)的距離，也就是高度分割。這種類(lèi)似于奔馳棒狀像素的做法可以直接求得可行駛空間（Free Space），也可以只提供障礙物的距離數(shù)值。

為了彌補(bǔ)雙目視角窄的不足，達(dá)到360度全覆蓋的3D場(chǎng)景重建，特別附加了魚(yú)眼360度SfM。SfM的全稱(chēng)為Structure from Motion，即通過(guò)相機(jī)的移動(dòng)來(lái)確定目標(biāo)的空間和幾何關(guān)系，是三維重建的一種常見(jiàn)方法。它與Kinect這種3D攝像頭最大的不同在于，它只需要普通的RGB攝像頭即可，因此成本更低廉，且受環(huán)境約束較小，在室內(nèi)和室外均能使用。缺點(diǎn)就是只能針對(duì)低速，小空間場(chǎng)合，且非常消耗運(yùn)算資源。SfM算法是一種基于各種收集到的無(wú)序圖片進(jìn)行三維重建的離線算法。在進(jìn)行核心的算法structure-from-motion之前需要一些準(zhǔn)備工作，挑選出合適的圖片。

首先從圖片中提取焦距信息(之后初始化BA需要)，然后利用SIFT等特征提取算法去提取圖像特征，用kd-tree模型去計(jì)算兩張圖片特征點(diǎn)之間的歐式距離進(jìn)行特征點(diǎn)的匹配，從而找到特征點(diǎn)匹配個(gè)數(shù)達(dá)到要求的圖像對(duì)。對(duì)于每一個(gè)圖像匹配對(duì)，計(jì)算對(duì)極幾何，估計(jì)F矩陣并通過(guò)ransac算法優(yōu)化改善匹配對(duì)。這樣子如果有特征點(diǎn)可以在這樣的匹配對(duì)中鏈?zhǔn)降貍鬟f下去，一直被檢測(cè)到，那么就可以形成軌跡。之后進(jìn)入structure-from-motion部分，關(guān)鍵的第一步就是選擇好的圖像對(duì)去初始化整個(gè)BA過(guò)程。首先對(duì)初始化選擇的兩幅圖片進(jìn)行第一次BA，然后循環(huán)添加新的圖片進(jìn)行新的BA，最后直到?jīng)]有可以繼續(xù)添加的合適的圖片，BA結(jié)束。得到相機(jī)估計(jì)參數(shù)和場(chǎng)景幾何信息，即稀疏的3D點(diǎn)云。其中兩幅圖片之間的bundle adjust用的是稀疏光束平差法sba軟件包，這是一種非線性最小二乘的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)算法。東芝的第四代視覺(jué)識(shí)別芯片中已經(jīng)添加了SFM硬核。在停車(chē)場(chǎng)這樣的低速、狹小空間，SFM還是不錯(cuò)的，當(dāng)然和雙目比還是精度差距較大，魯棒性也不強(qiáng)，還需要輪速編碼器。

前雙目和超聲波精度很高，SFM精度很差。

柵格地圖由大眾完成，局部動(dòng)作規(guī)劃依賴(lài)柵格地圖，地圖融合了多種傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)障礙物有明確的表示。傳感器數(shù)據(jù)更新后使用貝葉斯過(guò)濾來(lái)確定柵格占有概率。大眾使用兩種柵格地圖，第一種是駕駛層，是從駕駛員離開(kāi)車(chē)后，車(chē)輛從停車(chē)場(chǎng)入口到停車(chē)位時(shí)使用，每個(gè)Cell的尺寸是0.1米，整體尺寸是50米，完全由前雙目完成。第二層是停車(chē)層，Cell尺寸是0.05米，整體尺寸25米。前后雙目，魚(yú)眼3D重建和超聲波數(shù)據(jù)融合。

上圖為停車(chē)層?xùn)鸥竦貓D示意圖

上圖為Valet Charge的動(dòng)態(tài)感知框架，就是雙目與魚(yú)眼相機(jī)的融合。動(dòng)態(tài)環(huán)境感知主要就是目標(biāo)追蹤和識(shí)別動(dòng)態(tài)目標(biāo)，停車(chē)場(chǎng)主要就兩種動(dòng)態(tài)目標(biāo)，車(chē)輛和行人，比較簡(jiǎn)單。目標(biāo)追蹤實(shí)際是用來(lái)做動(dòng)態(tài)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的，光流法可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，但大眾沒(méi)有用，只是用了簡(jiǎn)單的擴(kuò)展開(kāi)曼濾波器，因?yàn)楣饬鞣ㄏ倪\(yùn)算資源比較多，在2011-2014年還比較難實(shí)現(xiàn)，不過(guò)雙目的光流法相對(duì)比較容易，但在Valet Charge里，大眾并未提及雙目光流法，可能是因?yàn)楸捡Y握有雙目光流法的專(zhuān)利。

在2011-2014年，雙目傳感器和360度全景相機(jī)都相當(dāng)罕見(jiàn)，如今奔馳、寶馬、捷豹路虎和雷克薩斯LS系列都可以裝配雙目，也有360度全景，為Valet Charge提供了基礎(chǔ)條件。