傳感器在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用

OmdiaOmdia要點(diǎn)

信息感知是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛算法的基礎(chǔ)和源泉。對(duì)周圍環(huán)境做出全面地識(shí)別和判斷是保證智能汽車安全行駛的前提條件。目前，攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)都是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域常用的傳感器。傳感器技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)于車輛在復(fù)雜駕駛環(huán)境中感知能力的提升至關(guān)重要。

攝像頭

攝像頭是當(dāng)今智能汽車最不可或缺的傳感器。它的分辨率高，通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)進(jìn)行模型標(biāo)定、目標(biāo)跟蹤和障礙物識(shí)別，可用于車外的道路環(huán)境感知和車內(nèi)駕駛員和乘客的監(jiān)控。汽車制造商們廣泛使用視覺(jué)感知方案來(lái)實(shí)現(xiàn)Level 2及以上的輔助駕駛功能，如前方碰撞警告（FCW）、車道偏離警告（LDW）、自適應(yīng)巡航控制（ACC）和自主緊急制動(dòng)（AEB）等。近些年，ADAS（高級(jí)輔助駕駛）裝機(jī)率的提高帶動(dòng)了單車搭載的攝像頭的數(shù)目不斷增加。例如，特斯拉為其自動(dòng)駕駛硬件系統(tǒng)配備了8個(gè)攝像頭，蔚來(lái)的ET7安裝了11個(gè)攝像頭之多。2019年，全球每部汽車安裝的攝像頭數(shù)目平均只有2.2個(gè)，但Omdia預(yù)計(jì)到2026年這個(gè)數(shù)字將翻倍。

隨著攝像頭使用數(shù)量的增加，對(duì)攝像頭性能的要求也在提高。采用更分辨率的攝像頭是市場(chǎng)的趨勢(shì)，例如蔚來(lái)et7智能駕駛搭載11個(gè)800萬(wàn)像素?cái)z像頭。在高對(duì)比度的場(chǎng)景中，攝像頭傳感器芯片需要更高的動(dòng)態(tài)范圍來(lái)捕捉優(yōu)質(zhì)的圖像。具有較高幀率的車載攝像頭能提供更流暢的視頻畫(huà)面。傳感器芯片的全局快門技術(shù)有助于避免高速運(yùn)動(dòng)中圖像的 "果凍效應(yīng)"。此外，汽車攝像頭有一些獨(dú)特的要求，如LED閃爍抑制技術(shù)，以確保汽車能正確識(shí)別LED信號(hào)。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷深入，車載攝像頭還需要對(duì)環(huán)境的深度信息進(jìn)行感測(cè)。例如駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)功能，以及通過(guò)人臉識(shí)別確定駕駛員身份等功能。因此3D感測(cè)技術(shù)如ToF等方案將越來(lái)越受到市場(chǎng)的關(guān)注。

毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)是一種利用毫米波來(lái)探測(cè)障礙物距離的設(shè)備。按照探測(cè)距離來(lái)分，毫米波雷達(dá)可以分為短程雷達(dá)（SRR），中程雷達(dá)（MRR）以及遠(yuǎn)程雷達(dá)（LRR）。隨著自動(dòng)駕駛水平的不斷提高，毫米波雷達(dá)因其成本優(yōu)勢(shì)和穩(wěn)定的工作性能，將被廣泛應(yīng)用于Level 2及以上自動(dòng)駕駛車輛。它可以全天候工作，是攝像頭的必要補(bǔ)充。

毫米波雷達(dá)正朝著體積更小、精度更高、探測(cè)距離更遠(yuǎn)的方向發(fā)展。由于法規(guī)對(duì)自動(dòng)駕駛的安全性要求不斷提高，24GHz毫米波雷達(dá)將逐漸被77GHz的產(chǎn)品取代，因?yàn)楦叩念l率意味著更高的性能、更寬的帶寬和更好的分辨率。

Omdia預(yù)計(jì)在Level 3及以上的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中將平均配備5~8個(gè)毫米波雷達(dá)，以實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)檢測(cè)（BSD）、變道輔助（LCA）和后方碰撞警告（RCA）等功能。

超聲波雷達(dá)

超聲波是傳統(tǒng)汽車最常用的傳感器之一。它是一種利用發(fā)射、接收和處理超聲波信號(hào)并獲得目標(biāo)的距離和位置等信息的裝置。超聲波傳感器在惡劣的天氣條件下，如霧、雨、雪和弱光條件下表現(xiàn)良好，而且價(jià)格相對(duì)便宜。因此，它被廣泛用于倒車?yán)走_(dá)和自動(dòng)泊車系統(tǒng)。

超聲波雷達(dá)的缺點(diǎn)包括反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，視野有限，精度較低。此外，超聲波傳感器很難探測(cè)到小型、快速移動(dòng)的物體或多個(gè)物體。Omdia認(rèn)為從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在較高級(jí)自動(dòng)駕駛汽車中，部分車用超聲波雷達(dá)將被性能更好的毫米波雷達(dá)取代。

激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是一種發(fā)射激光束并接收回波以獲得目標(biāo)的三維和速度信息的系統(tǒng)。激光雷達(dá)跟攝像頭相比探測(cè)距離更遠(yuǎn)，跟毫米波雷達(dá)相比對(duì)靜態(tài)目標(biāo)的識(shí)別更準(zhǔn)確，因此被認(rèn)為是Level 3及以上自動(dòng)駕駛系統(tǒng)最重要的傳感器。然而，激光雷達(dá)在大雨或大霧天氣中可能會(huì)失效。另外，由于其成本較高，現(xiàn)階段配備激光雷達(dá)的車輛仍將以高端車型為主。

從技術(shù)趨勢(shì)來(lái)看，目前半固態(tài)式激光雷達(dá)解決方案的成熟度較高，易于通過(guò)車輛法規(guī)，因此成為市場(chǎng)主流選擇。未來(lái)激光雷達(dá)將朝著小型化、高分辨率（64通道、128通道，甚至200通道等）和低成本的固態(tài)式解決方案發(fā)展。此外，將激光雷達(dá)集成到單個(gè)芯片的方案將成為長(zhǎng)期的技術(shù)研發(fā)方向。

一直以來(lái)，特斯拉憑借其算法優(yōu)勢(shì)和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備推崇“純視覺(jué)”感知方案，不使用激光雷達(dá)。但其最新的自動(dòng)駕駛硬件HW4.0中加入了4D毫米波雷達(dá)。4D毫米波雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)維度（3D+高度）的信息感知，且成本低于激光雷達(dá)，未來(lái)有望代替短距激光雷達(dá)，助力高階自動(dòng)駕駛的進(jìn)一步滲透。

由于每種類型的傳感器都有其局限性，無(wú)法提供車輛周圍環(huán)境的全部信息，因此對(duì)傳感器融合技術(shù)的需求日益增加。傳感器融合技術(shù)是指將各種傳感器（如毫米波雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)或超聲波雷達(dá)等）獲取的信息融合起來(lái)，綜合分析做決策，以便得到一個(gè)更為完整可靠的環(huán)境描述，從而提升自動(dòng)駕駛決策的信心度。

Omdia認(rèn)為，在未來(lái)幾十年里，隨著智能汽車取代傳統(tǒng)燃油車的進(jìn)程加快，對(duì)各種類型傳感器的需求將進(jìn)一步放大。而自動(dòng)駕駛的推進(jìn)也將促進(jìn)傳感器技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，推動(dòng)傳感器性能達(dá)到更高的水平。

文章來(lái)源：Omdia

審核編輯 黃宇