中興大學(xué)電資學(xué)院獲未來科技獎
興大電資學(xué)院團(tuán)隊右至左：韓斌教授、裴靜偉教授、杜武青玉山學(xué)者、賴永康教授、劉浚年助理教授。圖：中興大學(xué)提供
自駕車普及化的關(guān)鍵在於「科技的突破」與「成本降低」。2020年，有條件自動化(Level3)的自動駕駛逐漸普及，根據(jù)國際汽車工程師協(xié)會（SAE）預(yù)估，2030年歐盟的新車將達(dá)到20%具備「有條件自動化(L3)」以上等級的自駕功能，「完全自動」(L5)也可望站上銷售市場。
各國大廠致力於自駕車邁入Level 4自駕，其中最關(guān)鍵的環(huán)境感測技術(shù)之一就是「光達(dá)」，它必需同時能偵測「中遠(yuǎn)距離之物體」與「辨識物體輪廓與速度」。但目前機(jī)械式光達(dá)，置於車頂旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)行，除了不符合汽車工藝美學(xué)，也存在防塵、防水性與電性系統(tǒng)架設(shè)不易的困擾。針對這個問題，臺灣的中興大學(xué)電資學(xué)院團(tuán)隊，研發(fā)「嵌入式光學(xué)雷達(dá)與AI辨識之智慧車燈於自動駕駛」，以固態(tài)嵌入式1550nm波長光達(dá)，結(jié)合AI辨識之智慧車燈，自駕車根據(jù)點雲(yún)圖與影像融合數(shù)據(jù)，提供「環(huán)境辨識」、「距離與速度」並快速反饋給智慧車燈控制系統(tǒng)，可以在不同路況下切換最適合車燈光型，符合安全駕駛的需求。這項技術(shù)，最大的突破點在於，目前技術(shù)相對成熟、波長905- nm對的光達(dá)系統(tǒng)光源，對人眼有傷害疑慮，但1550- nm長波長的光源，功率高、降低背景雜訊、增加感測距離與精確率。
自駕車中，光達(dá)感測與車燈控制更是關(guān)鍵。中興電資團(tuán)隊以固態(tài)光達(dá)方式嵌入車燈，同時配合「自我調(diào)整遠(yuǎn)光系統(tǒng)」(ADB)，以團(tuán)隊獨特開發(fā)的核心單晶螢光體(single crystal phosphor)與藍(lán)光雷射，提供高亮度光源，搭配數(shù)位微鏡組元件，可以快速變換「自駕車車燈照明光型」(遠(yuǎn)近燈型切換、避開高反光區(qū)、補強弱光區(qū)、照明警示、預(yù)告行車方向與地面投影雙向溝通等功能)、適應(yīng)不同駕駛路況(包括彎道超車)與地面投影行人車雙向溝通，同時符合車燈安規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)(ECER112 and SAE J3069)，達(dá)成自動安全駕駛需求。這項技術(shù)，目前已與國內(nèi)車燈大廠進(jìn)行合作測試，國外的智慧車燈競爭者，也尚未出現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用及技術(shù)，對於臺灣車燈產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，站穩(wěn)Tier1供應(yīng)商位置，更是如虎添翼。
興大電資學(xué)院團(tuán)隊。圖：中興大學(xué)提供
計劃主持人鄭木海教授指出，傳統(tǒng)車用的機(jī)械性光達(dá)，體積大、造價動輒高達(dá)七萬美元，未來，輕薄短小是趨勢，降到一千美元的造價是努力目標(biāo)。中興電資學(xué)院團(tuán)隊「嵌入式1550 nm 波長之光達(dá)與AI 辨識系統(tǒng)」這項技術(shù)，在測距精度、時間同步大幅領(lǐng)先中國光達(dá)技術(shù)，成本造價上卻有同樣的競爭力。以ADB智慧車燈500億臺幣產(chǎn)值的預(yù)估，前景可期。而技術(shù)上的突破，也榮獲了2021年科技部未來科技獎殊榮。團(tuán)隊也希望，透過創(chuàng)新及突破性的科技，協(xié)助臺灣傳統(tǒng)車燈業(yè)者及本土企業(yè)，制定智慧車燈產(chǎn)業(yè)策略、專利佈局與相關(guān)配套，垂直整合上下游車燈供應(yīng)鏈，推廣至終端車廠客戶，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，提升我國在自駕車市場的參與能力及影響力。
能達(dá)成「嵌入式1550 -nm 波長之光達(dá)與AI 辨識系統(tǒng)」這項技術(shù)，則是植基於中興電機(jī)系教授、玉山學(xué)者杜武青及計劃團(tuán)隊成員施天從、劉浚年教授，在「1550-nm固態(tài)式光學(xué)雷達(dá)晶片開發(fā)」的技術(shù)，其中的關(guān)鍵是團(tuán)隊整合了「OPA(optical phased array)」技術(shù)、「1550-nm重直腔面發(fā)射雷射VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser)」，組成「微型固態(tài)光達(dá)」，偵測距離可達(dá)100公尺，同時也是目前光達(dá)系統(tǒng)掃描速率最高的技術(shù)(30° x 2.5°，掃描速度1kHz )，並且應(yīng)用在第四代光達(dá)，不但取得了科技部價創(chuàng)計劃，也獲得2021年科技部未來科技獎。杜武青教授更進(jìn)一步說明，這項技術(shù)不僅應(yīng)用在自駕車光達(dá)系統(tǒng)的整合，也能充份應(yīng)在手機(jī)「擴(kuò)增實境」功能，未來甚至可以結(jié)合在智慧眼鏡，讓人類生活更便利。
同樣在這次科技部「2021未來科技獎」中獲得殊榮，還有中興電資學(xué)院黃春融老師的「見微知著:基於極少樣本學(xué)習(xí)之人工智慧光學(xué)檢測影像元件偵測」。這項技術(shù)希望解決「自動光學(xué)檢測」在「深度學(xué)習(xí)」的過程中，需要大量資料及人工標(biāo)定，不符合成本考量及速度的問題。「TIME IS MONEY」，目前產(chǎn)業(yè)使用的深度學(xué)習(xí)模型需要大量的訓(xùn)練資料以達(dá)成目標(biāo)的準(zhǔn)確率，此外深度學(xué)習(xí)模型的硬體規(guī)格需求高，因為深度學(xué)習(xí)的AI模型，需要長時間訓(xùn)練而且運算複雜度高，所以需要依賴昂貴的圖形處理器GPU設(shè)備，來支援龐大的計算量與加速模型訓(xùn)練，一般中小企業(yè)根本無力負(fù)擔(dān)。團(tuán)隊透過所開發(fā)的少樣本自我學(xué)習(xí)方法，解決「大量影像資料準(zhǔn)確定位標(biāo)記元件」之問題。黃春融教授解釋，它同時也解決了科技業(yè)製程在AI專案開發(fā)的「深度學(xué)習(xí)」過程中，耗去八成的資料前後期處理、訓(xùn)練資料標(biāo)示，需要大量人力成本的問題。
黃春融教授及其團(tuán)隊，跳脫傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)的檢測模式，全新的人工智慧演算法，以影像為基礎(chǔ)，透過「少樣本自我學(xué)習(xí)方法」，就能針對不同標(biāo)記元件進(jìn)行標(biāo)示作業(yè)，使用者只需要拖曳游標(biāo)匡選標(biāo)記元件位置就可以完成標(biāo)示，甚至可以針對多邊型的特殊元件進(jìn)行作業(yè)。相較於傳統(tǒng)要近千張的影像訓(xùn)練樣本，新技術(shù)只需要少於十張的樣本，就能達(dá)到傳統(tǒng)自動光學(xué)檢測技術(shù)相同、甚至更高的效能。更重要的是，一般的電腦CPU設(shè)備就能負(fù)荷，大大提高產(chǎn)業(yè)升級、提高自動光學(xué)檢查AOI (Auto-Optical Inspection)檢測效率及精準(zhǔn)度，增加AI人工智慧模型學(xué)習(xí)效率。黃教授用通俗易懂的說法解釋，一臺普通的電腦，在少於傳統(tǒng)五倍以上的人力及時間的情況下，就可以做到精準(zhǔn)把關(guān)、加速不良產(chǎn)品淘汰，並及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)製程中的問題。
這項技術(shù)，目前已經(jīng)完成國內(nèi)科技大廠生產(chǎn)線產(chǎn)品檢測驗證，進(jìn)而可協(xié)助增加良率及QC產(chǎn)品控管的精準(zhǔn)度，團(tuán)隊也期待，能逐步推廣到國內(nèi)科技、傳產(chǎn)等有自動光學(xué)檢查AOI需求的產(chǎn)線，讓臺灣的產(chǎn)業(yè)加值，因應(yīng)快速變化的競爭市場。
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