無(wú)人駕駛汽車(chē)的“眼睛”

侯聰

摘要：自從2005年首輛城市無(wú)人駕駛汽車(chē)在上海交通大學(xué)研制成功，我國(guó)在汽車(chē)領(lǐng)域?qū)τ跓o(wú)人駕駛汽車(chē)的研究激情就一直處于高漲的狀態(tài)。而作為無(wú)人駕駛汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)——傳感器的發(fā)展更是無(wú)人駕駛技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵，本文介紹了無(wú)人駕駛中的三種重要的傳感器，來(lái)分析現(xiàn)在無(wú)人駕駛的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)領(lǐng)域；無(wú)人駕駛；傳感器

引言

所謂無(wú)人駕駛汽車(chē)就是通過(guò)車(chē)載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車(chē)路線并控制車(chē)輛到達(dá)預(yù)定目的地的智能汽車(chē)。國(guó)內(nèi)外許多高校和企業(yè)，比如國(guó)內(nèi)的國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、百度以及國(guó)外的谷歌都在不斷創(chuàng)新和完善無(wú)人駕駛技術(shù)。現(xiàn)在的無(wú)人駕駛技術(shù)融合了人工智能及大數(shù)據(jù)等目前最先進(jìn)的技術(shù)，但是所有這些技術(shù)都是需要傳感器來(lái)收集信息。無(wú)人駕駛汽車(chē)在行駛過(guò)程中需要不斷收集外界的信息來(lái)提供給汽車(chē)的“大腦”——車(chē)載計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)分析制定出最合理的行車(chē)路線及行車(chē)速度，而收集信息的過(guò)程就需要很多的傳感器來(lái)進(jìn)行工作，因此了解無(wú)人駕駛技術(shù)中的傳感器技術(shù)有利于我們發(fā)展和完善無(wú)人駕駛技術(shù)。

無(wú)人駕駛主要依靠三大傳感器技術(shù)：雷達(dá)傳感器、光達(dá)傳感器和相機(jī)傳感器。這三種傳感器雖然作用范圍相近，但是適用環(huán)境和檢測(cè)精度卻各不相同。

1車(chē)載雷達(dá)傳感器

車(chē)載雷達(dá)傳感器已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年，可以測(cè)量距離，速度，角度等眾多物理量，并且可以預(yù)測(cè)車(chē)輛的行駛路徑，且在使用環(huán)境方面基本沒(méi)有限制，即使是一些暴雨、暴雪、濃霧等惡劣環(huán)境依然能夠保證很高的測(cè)量精度。車(chē)載雷達(dá)傳感器根據(jù)檢測(cè)距離可以分為：短距離雷達(dá)從0.2到30公尺，中距離雷達(dá)從30至80公尺，長(zhǎng)距離雷達(dá)從80到200公尺以上。

如同蜻蜓幾乎可以同時(shí)看到周遭360度的事物，車(chē)載雷達(dá)傳感器能幫助車(chē)輛“看到”駕駛員看不到的事物，包括車(chē)后以及車(chē)下亦或者是車(chē)的盲區(qū)，只要物體在雷達(dá)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，車(chē)載雷達(dá)傳感器就能同時(shí)檢測(cè)并追蹤多個(gè)物體，包括汽車(chē)、自行車(chē)或者靜止物件，并且將檢測(cè)到的信息傳遞給車(chē)載處理器，

而車(chē)載處理器就像人類(lèi)的大腦一樣，能融合來(lái)自雷達(dá)傳感器、激光雷達(dá)傳感器、相機(jī)傳感器與其他感測(cè)器的信息，設(shè)計(jì)出完整的環(huán)境模型。并且處理器可運(yùn)用這些資訊，制定出最安全和省時(shí)的行車(chē)方案，引領(lǐng)車(chē)輛在理想路線前進(jìn)。與此同時(shí)，汽車(chē)如果安裝了雷達(dá)傳感器的智能操作系統(tǒng)，在遇到一些緊急情況時(shí)，比如對(duì)向會(huì)車(chē)時(shí)對(duì)方突然變道，或者正常跟車(chē)時(shí)前車(chē)突然剎車(chē)，汽車(chē)都能夠迅速的變道或者剎車(chē)，從而確保乘車(chē)人的安全。

2車(chē)載激光雷達(dá)傳感器

激光雷達(dá)發(fā)射激光束，抵達(dá)物體后反射回傳感器，通過(guò)計(jì)算往返時(shí)間，可得物體間的距離。將激光雷達(dá)放在車(chē)頂，收集物體周?chē)罅康娜S坐標(biāo)就能提供車(chē)輛周遭應(yīng)避免障礙物的360度3D視野，繪制出周?chē)沫h(huán)境地圖。車(chē)載激光雷達(dá)通常使用905nm波長(zhǎng)，在有限視野下的距離可達(dá)200米，有些公司現(xiàn)在也推出波長(zhǎng)1550nm的激光雷達(dá)，距離更長(zhǎng)也更精確。要注意的是激光雷達(dá)需要光學(xué)濾鏡，才能避免環(huán)境光源和其他激光雷達(dá)的影響。雖然激光雷達(dá)的尺寸和成本到目前已大幅縮減，目前使用最廣泛和評(píng)價(jià)最佳的激光雷達(dá)型號(hào)仍比雷達(dá)和相機(jī)感測(cè)器昂貴許多，有些甚至比車(chē)輛的成本還要高，并且，激光雷達(dá)的量產(chǎn)問(wèn)題也未解決。

3 車(chē)載相機(jī)傳感器

相機(jī)是唯一的可以捕捉色彩和對(duì)比資訊的傳感器技術(shù)，細(xì)節(jié)采集的能力讓相機(jī)成為車(chē)載傳感器中發(fā)展空間最大的傳感器。相機(jī)傳感器的細(xì)節(jié)捕捉特性搭配持續(xù)提升的像素解析度和低廉價(jià)位，使相機(jī)傳感器成為駕駛輔助系統(tǒng)和自駕系統(tǒng)不可或缺和出貨量最大的組件。相機(jī)支持的駕駛輔助系統(tǒng)應(yīng)用包括：交通標(biāo)志辨識(shí)（可判斷限速，限高，禁鳴等標(biāo)志），交通信號(hào)燈判斷（判斷紅綠黃交通燈），車(chē)輛偵測(cè)系統(tǒng)（可用來(lái)判別周?chē)?chē)輛車(chē)型進(jìn)而判斷車(chē)輛速度，軌跡以及危險(xiǎn)性），自動(dòng)遠(yuǎn)光燈控制（在特定環(huán)境下來(lái)車(chē)時(shí)自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光燈），車(chē)道選擇系統(tǒng)（保持車(chē)輛直行或在遇到特殊情況比如施工或前方車(chē)輛占道時(shí)自動(dòng)更換車(chē)道）

但是不同于光達(dá)和雷達(dá)，大多數(shù)車(chē)載相機(jī)是一種被動(dòng)式系統(tǒng)，類(lèi)似于人眼，容易受惡劣天候和光線變化的影響，因此在惡劣環(huán)境下車(chē)載相機(jī)如何使用也是眾多工程師如今夜以繼日研究的難題。并且，相機(jī)采集信息后的圖像處理工作是相機(jī)工作系統(tǒng)的重要一環(huán)，相當(dāng)于相機(jī)系統(tǒng)的大腦，因此如何將采集到的圖像處理為有用的信息也是車(chē)載相機(jī)發(fā)展中極其重要的一環(huán)。

隨著自動(dòng)駕駛層級(jí)的增加，出于安全性和智能型的需要，所需傳感器的數(shù)目將越來(lái)越多，并且系統(tǒng)也要求更加強(qiáng)大，多種傳感器技術(shù)的融合已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)，將這三種傳感器的優(yōu)點(diǎn)融合到一起是無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

此外，一種新型的技術(shù)將無(wú)人駕駛變得更加可能，那就是將不同車(chē)輛互聯(lián)起來(lái)，將自己車(chē)輛的行駛信息以及檢測(cè)到的環(huán)境信息分享到云端，供其他車(chē)輛行駛時(shí)參考，這樣每個(gè)車(chē)輛都可以知道對(duì)方車(chē)輛的行駛速度、路線以及可能的潛在威脅等等，并且結(jié)合現(xiàn)在技術(shù)已有的道路信息數(shù)據(jù)，就可以使得無(wú)人駕駛變得更加安全以及可靠。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)人駕駛系統(tǒng)是一個(gè)龐大并且極其復(fù)雜的系統(tǒng)，要想實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)人駕駛，必須從無(wú)人駕駛技術(shù)的基礎(chǔ)及源頭出發(fā)進(jìn)行改進(jìn)，那就是汽車(chē)的信息感知系統(tǒng)，這就需要車(chē)載傳感器的準(zhǔn)確度和反應(yīng)速度極高。并且，如何將汽車(chē)傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)處理技術(shù)完美的融合在一起，是現(xiàn)在無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。在解決了這些問(wèn)題后，無(wú)人駕駛就能夠?yàn)槿祟?lèi)服務(wù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)真正智能的出行。

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（作者單位：鄭州大學(xué)）