在無人駕駛技術中,傳感器如何做到環(huán)境感知？

無人駕駛車輛為了能像人一樣，遇到障礙物或紅燈就減速，直到停止;遇到綠燈或前方無障礙物的情況，進行加速等操作，這就需要車載傳感器去周圍的環(huán)境進行感知。今天CRCBOND就為大家介紹一下無人駕駛車輛的視覺傳感器。

無人駕駛車輛視覺傳感器主要由單目攝像機、雙目攝像機、三目攝像機和環(huán)視攝像機組成。在無人駕駛領域，攝像機的最主要兩大功能是實現各種環(huán)境信息的感知以及定位，所以視覺傳感器也是所有車載傳感器中感知能力最強的，沒有之一。

無人駕駛車輛視覺傳感器攝像機內部組件的固定密封也是高要求嚴標準，對于CRCBOND UV膠水也是一項不小的難題，好在通過我司技術人員的不懈努力，正式推出一高穩(wěn)定性固定密封系列膠水，收縮極小，耐高溫高濕酸堿等老化測試性能優(yōu)秀，高韌性耐沖擊，如需免費樣品測試，可直接聯系我們~

無人駕駛技術并不簡單，是一項龐大且復雜的技術工程，包括各種軟件和硬件技術，所以實現無人駕駛是一個漫長且嚴謹的過程。隨著科技的發(fā)展，時代的進步，無人駕駛技術逐漸興起，傳感器的融合成了無人駕駛領域的趨勢。同時無人駕駛的發(fā)展熱潮，拉動了諸多技術創(chuàng)業(yè)者的紛紛涉足。近段時間以來，國內車企關于無人駕駛汽車的研發(fā)和測試捷報頻傳。先是吉利汽車宣布將在2022年亞運舉辦期間，在特定區(qū)域內使用完全無人駕駛的車輛。隨后再有報道稱，百度宣稱其新一代無人巴士車阿波龍二代將很快推出。而就在不久前，百度與中國一汽紅旗共同打造的國內首批量產自動駕駛出租車在湖南長沙展開了上路測試。有消息稱，長沙市民有望在年底之前率先體驗到中國首批自動駕駛出租車。 無疑無人駕駛技術是一種解放人類雙手和提高生產力效率的科技創(chuàng)新。

無人駕駛的底層支撐可以分為三部分，即：傳感器、高精地圖和計算平臺。在傳感器方面，主流的傳感器分為：毫米波雷達、激光雷達和攝像頭。其作用如下：

攝像頭：直接識別可見光，價格適中，技術成熟，可以識別行人、車輛、路標等物體，但易受視野、夜晚暗光、雨雪天氣等因素影響。

激光雷達：探測角度廣，精度高，厘米級精度的激光雷達結合高精地圖可以實現高精度自定位和物體識別跟蹤，定位可以精確到具體車道，但是價格昂貴，使用壽命較短。

毫米波雷達：測距離遠，可以在雨雪天氣等各種惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作，但是精度不高。

無人駕駛用于控制的傳感器要么是攝像頭，要么是激光雷達，這是業(yè)界已經達成的共識。那何謂激光雷達?在無人機駕駛中的作用是什么?

激光雷達的工作原理是利用可見和近紅外光波(多為950nm波段附近的紅外光)發(fā)射、反射和接收來探測物體。激光雷達可以探測白天或黑夜下的特定物體與車之間的距離。由于反射度的不同，也可以區(qū)分開車道線和路面，但是無法探測被遮擋的物體、光束無法達到的物體，在雨雪霧天氣下性能較差。

激光雷達在無人駕駛運用中擁有兩個核心作用。3D建模進行環(huán)境感知。通過雷射掃描可以得到汽車周圍環(huán)境的3D模型，運用相關算法比對上一幀和下一幀環(huán)境的變化可以較為容易的探測出周圍的車輛和行人。

激光雷達在無人駕駛中的具體應用

1.定位

定位在無人駕駛中十分鐘重要，只有有了實時的位置信息，系統才能做出下一步判讀，決定向何處進發(fā)，以及如何前往。現在定位的方式有許多種。如載波相位差分技術(RTK)，但 RTK 還是會受信號的干擾。特別是在一些城市、建筑和樹比較多的地方，以及進隧道、出隧道，它的信號容易中斷。同時，也有用攝像頭等傳感器感知外部環(huán)境、構建環(huán)境模型并利用該模型確定車輛所在的位置的方式，但其對環(huán)境的依賴比較強，比如逆光或雨雪天氣下，這種定位容易失效。而激光雷達是依靠將車輛的初始位置與高精地圖信息進行比對來獲得精確位置。首先，GPS、IMU和輪速等傳感器給出一個初始(大概)的位置。其次，將激光雷達的局部點云信息進行特征提取，并結合初始位置獲得全局坐標系下的矢量特征。最后，將上一步的矢量特征跟高精地圖的特征信息進行匹配，得出精確的全球定位。所以，在定位方面，無論是從精度上還是穩(wěn)定性上來說，運用激光雷達都有無可比擬的優(yōu)勢。而其唯一的缺點便在于目前激光雷達的生產成本較高，另一方面往固態(tài)方向上進行技術創(chuàng)新，朝著固態(tài)的低成本和可量產化的方向去發(fā)展，許多國內外廠家都在加速創(chuàng)新，在不久的將來成本將不會成為一個十分棘手的問題。

2. 障礙物的檢測和分類

對于障礙物檢測和分類來講，目前有應用視覺和激光雷達，這兩者并沒有沖突。激光雷達不依賴光照，它的視角是 360 度，計算量比較小，可以實時掃描，目前普遍用的是 100 毫秒以內的。激光雷達在掃描的過程中，先識別障礙物，知道這個障礙物在空間中的位置，再根據存在的障礙物做分類。比如車、人，我們將這些障礙物分割成為獨立的個體，通過分割出來獨立的個體再去匹配，從而進行障礙物的分類和物體的跟蹤。而跟蹤的過程，首先是分割點云，通過點云做關聯目標，我們知道上一楨和下一楨是否屬于同一個物體，再進行目標跟蹤，輸出目標跟蹤信息。

3.用于先進駕駛輔助系統(ADAS)

先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance System)，簡稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器， 在第一時間收集車內外的環(huán)境數據， 進行靜、動態(tài)物體的辨識、偵測與追蹤等技術上的處理， 從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發(fā)生的危險， 以引起注意和提高安全性的主動安全技術。如果激光雷達能有效控制成本，ADAS等級數較低的駕駛輔助功能也需要用激光雷達。其原因在于，基于攝像頭的ADAS和無人駕駛系統，或者單獨使用毫米波的局限性很大。首先是視場角的問題，為了保證足夠的探測距離，視場角的角度不可太大，而這就導致車輛有非常大的橫向盲區(qū)。

對此現象，有些公司設計了多攝像頭來解決此類問題，但效果并不理想，同樣的多目攝像頭會有重疊區(qū)域，還會增加處理數據的難度。其次是低速問題，事實證明，在低速情況下，攝像頭的表現不盡人意，甚至對一下移動緩慢或靜止的目標都很難識別。所以激光雷達在ADAS方面有著很大的潛力。無人駕駛汽車技術作為智能汽車的重要分支，在無人操作汽車的狀態(tài)下，通過人工智能對汽車進行各種操作，提升汽車駕駛效率和汽車駕駛的安全性。無人駕駛汽車能夠及時收集實時的車輛信息和環(huán)境信息，作為復雜的系統工程，無人駕駛汽車技術涵蓋了多門類的科學技術[1]。無人駕駛汽車技術經歷了漫長的研發(fā)過程，它需要對行駛汽車的各項實時動態(tài)數據進行準確測量，進而確保無人駕駛汽車行駛的安全性和穩(wěn)定性。

在進行行駛汽車信息收集與測量作業(yè)的過程中，必須用到傳感器。汽車傳感器技術是新時代汽車工業(yè)的重要組成部分，不同類型的汽車對傳感器的需求也各有不同，傳感器的使用方案通常由汽車駕駛工程師制定。汽車傳感器技術能夠對行駛中的汽車進行有效監(jiān)控，采集汽車周邊的實施環(huán)境數據，近似于人類的感知神經系統[2]。目前，在無人駕駛汽車技術中應用最多的傳感器技術是攝像頭、雷達傳感器、毫米波雷達、激光雷達、視覺成像裝置等。根據車載傳感器的不同功能，其主要分為視覺傳感器、激光雷達傳感器、毫米波雷達傳感器、超聲波雷達傳感器和聲音傳感器。視覺傳感器主要為成像裝置與光學器件，對行駛汽車的周邊環(huán)境進行實時動態(tài)的監(jiān)測，將收集到的周邊環(huán)境數據進行圖像處理。通過分析行駛汽車周邊的圖像，增強對視覺傳感器工作性能的把控[3]。

同時，視覺傳感器能夠很好地進行碰撞預警工作，對于行駛車輛的預警功能是其特有的優(yōu)勢，也是其應用范圍超過其他種類傳感器的原因。無人駕駛汽車技術中的視覺傳感器能夠收集彩色影響和環(huán)境數據，是無人駕駛汽車技術的重要信息源。當前無人駕駛汽車技術的視覺傳感器設備主要為攝像頭和相機，其中根據相機的功能種類分為全景相機、雙目立體相機和單目相機。增加對無人駕駛汽車技術視覺傳感器研發(fā)的投入，能夠進一步提升無人駕駛汽車對周邊環(huán)境的感知能力[4]。激光雷達傳感器是汽車傳感器中最重要的傳感器，它能夠對明確區(qū)分立體真人和人物圖像。通過建立的三維立體模型，借助激光光束對周邊環(huán)境和周邊物體的位置、速度進行實時動態(tài)測量和預測。

激光雷達傳感器預測的方向感和準確度都極佳，因此在民用和軍事領域都得到了廣泛應用;同時，其精密程度較高，能夠自動形成立體的環(huán)境圖形，在無人駕駛汽車技術中發(fā)揮了重要作用。借助激光雷達傳感器，能夠在短期內對行駛中的汽車進行準確預測，極大地提升了無人駕駛汽車的穩(wěn)定性和安全性[5]。但是，在大霧或陰雨天氣，激光雷達傳感器會受到干擾無法正常進行工作。激光雷達傳感器通過向目標發(fā)射光線，計算反射光實現測距工作。激光雷達傳感器分為單線和多線兩種類型。

比較具有代表性的單線激光雷達傳感器是德國產LMS型號的傳感器，為提升數據回傳速度，一般采用網絡接口的信號傳輸方式。多線激光雷達傳感器的代表性產品為美國制造的HDL型傳感器，其最多可發(fā)射64個激光束，垂直探測范圍為26.8°，水平探測范圍為360°。多線激光雷達傳感器借助UDP協議網絡將數據傳回至計算機系統。毫米波雷達傳感器能夠辨別小型目標，其成像功能較強。毫米波雷達傳感器具有較強的隱秘性和機動性，能夠實時對周邊情況進行預測，提升對周圍環(huán)境的適應性。

由于無人駕駛汽車技術需要精密程度較高的設備，因此充分結合無人駕駛系統先進的人工智能技術和毫米波雷達傳感器，能夠更好地發(fā)揮其性能和特殊的優(yōu)勢。

毫米波雷達傳感器是除視覺傳感器以外，現階段唯一具有防撞預測能力的傳感器，能夠提升汽車行駛的穩(wěn)定性和安全性[6]。超聲波雷達傳感器具有靈活、成本低的特點，它能夠在短時間內對于汽車的行駛速度進行預判。同時，超聲波雷達傳感器能夠在一定程度上彌補激光雷達傳感器的缺陷，尤其是行駛中汽車的底部盲區(qū)。

超聲波雷達傳感器能夠對汽車底部盲區(qū)開展近距離測量工作，能夠識別路面的小動物和小型障礙等，進而避免出現碰撞，減少行駛車輛的盲區(qū)范圍。借助傳感器近距離測量的能力，能夠有效幫助汽車進行自動停泊以及汽車周邊狀況的實時監(jiān)測。