在無(wú)人駕駛技術(shù)中,傳感器如何做到環(huán)境感知？

無(wú)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(wú)障礙物的情況，進(jìn)行加速等操作，這就需要車載傳感器去周圍的環(huán)境進(jìn)行感知。今天CRCBOND就為大家介紹一下無(wú)人駕駛車輛的視覺(jué)傳感器。

無(wú)人駕駛車輛視覺(jué)傳感器主要由單目攝像機(jī)、雙目攝像機(jī)、三目攝像機(jī)和環(huán)視攝像機(jī)組成。在無(wú)人駕駛領(lǐng)域，攝像機(jī)的最主要兩大功能是實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境信息的感知以及定位，所以視覺(jué)傳感器也是所有車載傳感器中感知能力最強(qiáng)的，沒(méi)有之一。

無(wú)人駕駛車輛視覺(jué)傳感器攝像機(jī)內(nèi)部組件的固定密封也是高要求嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于CRCBOND UV膠水也是一項(xiàng)不小的難題，好在通過(guò)我司技術(shù)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(cè)試性能優(yōu)秀，高韌性耐沖擊，如需免費(fèi)樣品測(cè)試，可直接聯(lián)系我們~

無(wú)人駕駛技術(shù)并不簡(jiǎn)單，是一項(xiàng)龐大且復(fù)雜的技術(shù)工程，包括各種軟件和硬件技術(shù)，所以實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛是一個(gè)漫長(zhǎng)且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)程。隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，無(wú)人駕駛技術(shù)逐漸興起，傳感器的融合成了無(wú)人駕駛領(lǐng)域的趨勢(shì)。同時(shí)無(wú)人駕駛的發(fā)展熱潮，拉動(dòng)了諸多技術(shù)創(chuàng)業(yè)者的紛紛涉足。近段時(shí)間以來(lái)，國(guó)內(nèi)車企關(guān)于無(wú)人駕駛汽車的研發(fā)和測(cè)試捷報(bào)頻傳。先是吉利汽車宣布將在2022年亞運(yùn)舉辦期間，在特定區(qū)域內(nèi)使用完全無(wú)人駕駛的車輛。隨后再有報(bào)道稱，百度宣稱其新一代無(wú)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(guó)一汽紅旗共同打造的國(guó)內(nèi)首批量產(chǎn)自動(dòng)駕駛出租車在湖南長(zhǎng)沙展開了上路測(cè)試。有消息稱，長(zhǎng)沙市民有望在年底之前率先體驗(yàn)到中國(guó)首批自動(dòng)駕駛出租車。 無(wú)疑無(wú)人駕駛技術(shù)是一種解放人類雙手和提高生產(chǎn)力效率的科技創(chuàng)新。

無(wú)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(jì)算平臺(tái)。在傳感器方面，主流的傳感器分為：毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像頭。其作用如下：

攝像頭：直接識(shí)別可見(jiàn)光，價(jià)格適中，技術(shù)成熟，可以識(shí)別行人、車輛、路標(biāo)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(dá)：探測(cè)角度廣，精度高，厘米級(jí)精度的激光雷達(dá)結(jié)合高精地圖可以實(shí)現(xiàn)高精度自定位和物體識(shí)別跟蹤，定位可以精確到具體車道，但是價(jià)格昂貴，使用壽命較短。

毫米波雷達(dá)：測(cè)距離遠(yuǎn)，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(wú)人駕駛用于控制的傳感器要么是攝像頭，要么是激光雷達(dá)，這是業(yè)界已經(jīng)達(dá)成的共識(shí)。那何謂激光雷達(dá)?在無(wú)人機(jī)駕駛中的作用是什么?

激光雷達(dá)的工作原理是利用可見(jiàn)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(lái)探測(cè)物體。激光雷達(dá)可以探測(cè)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(wú)法探測(cè)被遮擋的物體、光束無(wú)法達(dá)到的物體，在雨雪霧天氣下性能較差。

激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛運(yùn)用中擁有兩個(gè)核心作用。3D建模進(jìn)行環(huán)境感知。通過(guò)雷射掃描可以得到汽車周圍環(huán)境的3D模型，運(yùn)用相關(guān)算法比對(duì)上一幀和下一幀環(huán)境的變化可以較為容易的探測(cè)出周圍的車輛和行人。

激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛中的具體應(yīng)用

1.定位

定位在無(wú)人駕駛中十分鐘重要，只有有了實(shí)時(shí)的位置信息，系統(tǒng)才能做出下一步判讀，決定向何處進(jìn)發(fā)，以及如何前往?，F(xiàn)在定位的方式有許多種。如載波相位差分技術(shù)(RTK)，但 RTK 還是會(huì)受信號(hào)的干擾。特別是在一些城市、建筑和樹比較多的地方，以及進(jìn)隧道、出隧道，它的信號(hào)容易中斷。同時(shí)，也有用攝像頭等傳感器感知外部環(huán)境、構(gòu)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(duì)環(huán)境的依賴比較強(qiáng)，比如逆光或雨雪天氣下，這種定位容易失效。而激光雷達(dá)是依靠將車輛的初始位置與高精地圖信息進(jìn)行比對(duì)來(lái)獲得精確位置。首先，GPS、IMU和輪速等傳感器給出一個(gè)初始(大概)的位置。其次，將激光雷達(dá)的局部點(diǎn)云信息進(jìn)行特征提取，并結(jié)合初始位置獲得全局坐標(biāo)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(jìn)行匹配，得出精確的全球定位。所以，在定位方面，無(wú)論是從精度上還是穩(wěn)定性上來(lái)說(shuō)，運(yùn)用激光雷達(dá)都有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。而其唯一的缺點(diǎn)便在于目前激光雷達(dá)的生產(chǎn)成本較高，另一方面往固態(tài)方向上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，朝著固態(tài)的低成本和可量產(chǎn)化的方向去發(fā)展，許多國(guó)內(nèi)外廠家都在加速創(chuàng)新，在不久的將來(lái)成本將不會(huì)成為一個(gè)十分棘手的問(wèn)題。

2. 障礙物的檢測(cè)和分類

對(duì)于障礙物檢測(cè)和分類來(lái)講，目前有應(yīng)用視覺(jué)和激光雷達(dá)，這兩者并沒(méi)有沖突。激光雷達(dá)不依賴光照，它的視角是 360 度，計(jì)算量比較小，可以實(shí)時(shí)掃描，目前普遍用的是 100 毫秒以內(nèi)的。激光雷達(dá)在掃描的過(guò)程中，先識(shí)別障礙物，知道這個(gè)障礙物在空間中的位置，再根據(jù)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(dú)立的個(gè)體，通過(guò)分割出來(lái)獨(dú)立的個(gè)體再去匹配，從而進(jìn)行障礙物的分類和物體的跟蹤。而跟蹤的過(guò)程，首先是分割點(diǎn)云，通過(guò)點(diǎn)云做關(guān)聯(lián)目標(biāo)，我們知道上一楨和下一楨是否屬于同一個(gè)物體，再進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，輸出目標(biāo)跟蹤信息。

3.用于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)

先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistance System)，簡(jiǎn)稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器， 在第一時(shí)間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)， 進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤等技術(shù)上的處理， 從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺(jué)可能發(fā)生的危險(xiǎn)， 以引起注意和提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù)。如果激光雷達(dá)能有效控制成本，ADAS等級(jí)數(shù)較低的駕駛輔助功能也需要用激光雷達(dá)。其原因在于，基于攝像頭的ADAS和無(wú)人駕駛系統(tǒng)，或者單獨(dú)使用毫米波的局限性很大。首先是視場(chǎng)角的問(wèn)題，為了保證足夠的探測(cè)距離，視場(chǎng)角的角度不可太大，而這就導(dǎo)致車輛有非常大的橫向盲區(qū)。

對(duì)此現(xiàn)象，有些公司設(shè)計(jì)了多攝像頭來(lái)解決此類問(wèn)題，但效果并不理想，同樣的多目攝像頭會(huì)有重疊區(qū)域，還會(huì)增加處理數(shù)據(jù)的難度。其次是低速問(wèn)題，事實(shí)證明，在低速情況下，攝像頭的表現(xiàn)不盡人意，甚至對(duì)一下移動(dòng)緩慢或靜止的目標(biāo)都很難識(shí)別。所以激光雷達(dá)在ADAS方面有著很大的潛力。無(wú)人駕駛汽車技術(shù)作為智能汽車的重要分支，在無(wú)人操作汽車的狀態(tài)下，通過(guò)人工智能對(duì)汽車進(jìn)行各種操作，提升汽車駕駛效率和汽車駕駛的安全性。無(wú)人駕駛汽車能夠及時(shí)收集實(shí)時(shí)的車輛信息和環(huán)境信息，作為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，無(wú)人駕駛汽車技術(shù)涵蓋了多門類的科學(xué)技術(shù)[1]。無(wú)人駕駛汽車技術(shù)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的研發(fā)過(guò)程，它需要對(duì)行駛汽車的各項(xiàng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，進(jìn)而確保無(wú)人駕駛汽車行駛的安全性和穩(wěn)定性。

在進(jìn)行行駛汽車信息收集與測(cè)量作業(yè)的過(guò)程中，必須用到傳感器。汽車傳感器技術(shù)是新時(shí)代汽車工業(yè)的重要組成部分，不同類型的汽車對(duì)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(shù)能夠?qū)π旭傊械钠囘M(jìn)行有效監(jiān)控，采集汽車周邊的實(shí)施環(huán)境數(shù)據(jù)，近似于人類的感知神經(jīng)系統(tǒng)[2]。目前，在無(wú)人駕駛汽車技術(shù)中應(yīng)用最多的傳感器技術(shù)是攝像頭、雷達(dá)傳感器、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、視覺(jué)成像裝置等。根據(jù)車載傳感器的不同功能，其主要分為視覺(jué)傳感器、激光雷達(dá)傳感器、毫米波雷達(dá)傳感器、超聲波雷達(dá)傳感器和聲音傳感器。視覺(jué)傳感器主要為成像裝置與光學(xué)器件，對(duì)行駛汽車的周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，將收集到的周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理。通過(guò)分析行駛汽車周邊的圖像，增強(qiáng)對(duì)視覺(jué)傳感器工作性能的把控[3]。

同時(shí)，視覺(jué)傳感器能夠很好地進(jìn)行碰撞預(yù)警工作，對(duì)于行駛車輛的預(yù)警功能是其特有的優(yōu)勢(shì)，也是其應(yīng)用范圍超過(guò)其他種類傳感器的原因。無(wú)人駕駛汽車技術(shù)中的視覺(jué)傳感器能夠收集彩色影響和環(huán)境數(shù)據(jù)，是無(wú)人駕駛汽車技術(shù)的重要信息源。當(dāng)前無(wú)人駕駛汽車技術(shù)的視覺(jué)傳感器設(shè)備主要為攝像頭和相機(jī)，其中根據(jù)相機(jī)的功能種類分為全景相機(jī)、雙目立體相機(jī)和單目相機(jī)。增加對(duì)無(wú)人駕駛汽車技術(shù)視覺(jué)傳感器研發(fā)的投入，能夠進(jìn)一步提升無(wú)人駕駛汽車對(duì)周邊環(huán)境的感知能力[4]。激光雷達(dá)傳感器是汽車傳感器中最重要的傳感器，它能夠?qū)γ鞔_區(qū)分立體真人和人物圖像。通過(guò)建立的三維立體模型，借助激光光束對(duì)周邊環(huán)境和周邊物體的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量和預(yù)測(cè)。

激光雷達(dá)傳感器預(yù)測(cè)的方向感和準(zhǔn)確度都極佳，因此在民用和軍事領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用;同時(shí)，其精密程度較高，能夠自動(dòng)形成立體的環(huán)境圖形，在無(wú)人駕駛汽車技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。借助激光雷達(dá)傳感器，能夠在短期內(nèi)對(duì)行駛中的汽車進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，極大地提升了無(wú)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(dá)傳感器會(huì)受到干擾無(wú)法正常進(jìn)行工作。激光雷達(dá)傳感器通過(guò)向目標(biāo)發(fā)射光線，計(jì)算反射光實(shí)現(xiàn)測(cè)距工作。激光雷達(dá)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(dá)傳感器是德國(guó)產(chǎn)LMS型號(hào)的傳感器，為提升數(shù)據(jù)回傳速度，一般采用網(wǎng)絡(luò)接口的信號(hào)傳輸方式。多線激光雷達(dá)傳感器的代表性產(chǎn)品為美國(guó)制造的HDL型傳感器，其最多可發(fā)射64個(gè)激光束，垂直探測(cè)范圍為26.8°，水平探測(cè)范圍為360°。多線激光雷達(dá)傳感器借助UDP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳回至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。毫米波雷達(dá)傳感器能夠辨別小型目標(biāo)，其成像功能較強(qiáng)。毫米波雷達(dá)傳感器具有較強(qiáng)的隱秘性和機(jī)動(dòng)性，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)周邊情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，提升對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)性。

由于無(wú)人駕駛汽車技術(shù)需要精密程度較高的設(shè)備，因此充分結(jié)合無(wú)人駕駛系統(tǒng)先進(jìn)的人工智能技術(shù)和毫米波雷達(dá)傳感器，能夠更好地發(fā)揮其性能和特殊的優(yōu)勢(shì)。

毫米波雷達(dá)傳感器是除視覺(jué)傳感器以外，現(xiàn)階段唯一具有防撞預(yù)測(cè)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(dá)傳感器具有靈活、成本低的特點(diǎn)，它能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)于汽車的行駛速度進(jìn)行預(yù)判。同時(shí)，超聲波雷達(dá)傳感器能夠在一定程度上彌補(bǔ)激光雷達(dá)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(dá)傳感器能夠?qū)ζ嚨撞棵^(qū)開展近距離測(cè)量工作，能夠識(shí)別路面的小動(dòng)物和小型障礙等，進(jìn)而避免出現(xiàn)碰撞，減少行駛車輛的盲區(qū)范圍。借助傳感器近距離測(cè)量的能力，能夠有效幫助汽車進(jìn)行自動(dòng)停泊以及汽車周邊狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。