【儀表網(wǎng) 儀表產(chǎn)業(yè)】導(dǎo)讀：為了使車輛能夠自動駕駛，必須借助傳感器來感知周圍環(huán)境：攝像頭，雷達，超聲波和傳感器等。
 

　　對于汽車實現(xiàn)自動駕駛來說，感知環(huán)境就像人類利用感官一樣至關(guān)重要。因此，現(xiàn)代車輛配備了各種各樣的傳感器，可以幫助他們檢測周圍環(huán)境，從而為駕駛員提供支持。
 

　　感知環(huán)境最重要的車輛傳感器是攝像頭，雷達，超聲波和傳感器。除攝像頭外，它們均基于飛行時間原理。所有這些感知技術(shù)有何不同？它們的優(yōu)缺點是什么？哪種距離傳感器最適合自動駕駛？激光雷達與雷達？未來的自動駕駛汽車會借助單一傳感器，還是會依賴傳感器融合技術(shù)？
 

　　攝像頭已經(jīng)是新生產(chǎn)車輛不可或缺的一部分：它們讓駕駛員操縱行駛和停車變得更加容易。此外，諸如自適應(yīng)巡航控制或車道偏離警告之類的系統(tǒng)都離不開攝像頭。除了安裝在車外，攝像機還將在不久的將來用于車內(nèi)。他們將檢測駕駛員是否分心，不系安全帶或疲倦狀態(tài)檢測。這對于自動駕駛的下一階段開發(fā)尤其重要。
 

　　攝像機采集的圖像生動地感知了周圍環(huán)境。除了顏色之外，它們還可以提供紋理和對比度數(shù)據(jù)。能夠可靠地識別道路標(biāo)記或交通標(biāo)志，精確檢測、識別靜止物體和運動物體。由于攝像頭只有周圍環(huán)境亮度足夠的情況下才能檢測到物體，因此，在惡劣的環(huán)境條件下(如雪或霧)以及在黑暗中，照相機的可靠性受到限制。此外，相機不提供距離信息(如果不加入算法)。為了獲得3D圖像，至少需要兩個攝像頭，就像立體相機或圖像識別軟件一樣，這需要很高的計算性能。
 

　　普通攝像頭具有一個相機鏡頭和一個圖像傳感器，提供2D圖像。這些圖像是行車助手、識別交通標(biāo)志的基礎(chǔ)。但是，無法進行距離測量。距離只能使用復(fù)雜的，學(xué)習(xí)算法來計算。
 

　　立體攝像頭更昂貴，體積更大。它主要由兩個攝像頭和兩個圖像傳感器組成。立體攝像頭同時從不同角度拍攝兩個圖像。通過標(biāo)定它們來創(chuàng)建3D圖像，可以計算距離和速度。立體攝像頭已經(jīng)在某些量產(chǎn)車中使用，為駕駛員輔助系統(tǒng)提供信息，例如自適應(yīng)巡航控制和緊急制動輔助系統(tǒng)。
 

　　雷達傳感器獲得了廣泛的聲譽。近幾十年來，它們也已安裝在車輛中以測量距離，或應(yīng)用于緊急制動輔助等系統(tǒng)以提供可靠數(shù)據(jù)，而不受天氣條件的影響。
 

　　雷達傳感器如何測量距離？雷達技術(shù)基于飛行時間原理。傳感器以電磁波的形式發(fā)出短脈沖，這些短脈沖幾乎以光速傳播。波浪撞擊物體后，它們就會被反射并反射回傳感器。發(fā)送和接收之間的時間間隔越短，對象越近。
 

　　因此，基于波的傳播速度，可以計算到物體的距離，從而可以高精度地確定距離。通過將幾個測量結(jié)果串聯(lián)在一起，車輛傳感器還可以確定速度。該技術(shù)可以使用駕駛員輔助系統(tǒng)，例如自適應(yīng)巡航控制和自動剎車輔助系統(tǒng)等。
 

　　雷達傳感器堅固耐用，價格便宜，即使在不利的天氣條件下，通常也能提供可靠的數(shù)據(jù)。但是，距離傳感器在識別和區(qū)分物體方面有更大的困難。其原因是雷達數(shù)據(jù)的分辨率低，這意味著可以檢測到物體但不能對其進行分類。
 

　　如今，大多數(shù)使用兩種不同的雷達系統(tǒng)來覆蓋近距離和遠距離。
 

　　近距離雷達：近程(最多30米)由近距離雷達檢測，通常基于24 GHz頻譜中的一個頻段。它結(jié)構(gòu)緊湊，干擾問題少，價格較便宜。近距離雷達有助于停車操作，監(jiān)視盲點并警告駕駛員碰撞。
 

　　遠距離雷達：遠距離雷達用于檢測距離不超過250米的物體和車輛，并測量其速度。該技術(shù)使用76 GHz至77 GHz之間的頻率，具有更高的性能。但是，由于分辨率低，距離較遠的物體不能總是可靠地被選中。由于遠程雷達能夠?qū)崿F(xiàn)緊急制動輔助和自適應(yīng)巡航控制(即使在高速行駛時)，因此在實現(xiàn)下一步自動駕駛方面(例如高速公路駕駛)起著重要作用。
 

　　如今，大多數(shù)的車輛都配備停車輔助裝置。例如，如果車輛駛近停車柱，則在車載計算機上顯示彩條并發(fā)出警告音。給我們提供有關(guān)柱子在受監(jiān)視區(qū)域中的確切位置以及車輛附近的信息。該輔助系統(tǒng)可以通過幾個超聲波傳感器實現(xiàn)，這些傳感器通常安裝在車輛周圍的保險中。
 

　　超聲波也是基于飛行時間原理，發(fā)射人耳聽不到的20，000 Hz頻率聲波，檢測車輛附近障礙物距離。除了停車輔助，超聲波傳感器還用于監(jiān)視盲區(qū)和緊急制動輔助系統(tǒng)等。超聲波傳感器堅固耐用，可在夜間和霧天中提供可靠的距離數(shù)據(jù)。不管物體材料或顏色如何，都能夠檢測出來。但是，這些車輛傳感器的探測范圍小于10米，這意味著該技術(shù)只能在近距離使用。
 

　　與超聲波傳感器相比，光檢測和測距傳感器適用于短距離和遠距離使用。雖然激光雷達已經(jīng)存在很多年，但直到本世紀(jì)初才越來越多地應(yīng)用于汽車上，激光雷達被認為是實現(xiàn)更高自主性駕駛的關(guān)鍵部分。
 

　　激光雷達傳感器也基于飛行時間原理。但是，它們發(fā)射的并不是無線電波或超聲波，而是發(fā)射激光脈沖，物體反射后被光電探測器接收。激光雷達每秒發(fā)射高達100萬個激光脈沖，捕獲高分辨率3D點云數(shù)據(jù)。
 

　　傳感器具有遠距離，堅固耐用的特點，因此可以提供可靠的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)幾乎不受環(huán)境因素的影響，從而使車輛能夠做出正確的駕駛決策。然而，在過去激光雷達傳感器非常昂貴，這主要是由于機械旋轉(zhuǎn)裝置的復(fù)雜設(shè)計。但是，由于它們的固態(tài)設(shè)計日益普及，因此高分辨率3D傳感器的成本已大大降低。
 

　　受歡迎的兩種激光雷達是機械式激光雷達和固態(tài)式激光雷達。
 

　　機械式激光雷達：通過電動機和齒輪旋轉(zhuǎn)激光二極管，從而將激光脈沖引導(dǎo)到整個環(huán)境中，旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)高達360°的視場。但是，手動設(shè)置很復(fù)雜且成本很高。因此，即使是大量生產(chǎn)，單價對于批量生產(chǎn)的車輛來說也過于昂貴。
 

　　固態(tài)式激光雷達：該設(shè)計基于半導(dǎo)體技術(shù)，沒有任何機械運動部件。因此，系統(tǒng)更簡單，更緊湊且無需維護。它們也更便宜，并且可以更好地批量生產(chǎn)。它們可用于所有級別的批量生產(chǎn)車輛中，在未來自動駕駛研究中，將發(fā)揮決定性的作用，
 

　　安全是自動駕駛的重中之重，因此車輛必須始終精確感知其周圍環(huán)境。為了實現(xiàn)這一點，攝像頭，雷達，超聲波和傳感器可以作為輔助技術(shù)相互協(xié)助。主要目的是利用各種車輛傳感器的優(yōu)勢來彌補其他傳感器的劣勢，最終通過傳感器融合實現(xiàn)安全的自動駕駛。