智能汽車環(huán)境感測(cè)的三種主流傳感器解析

無(wú)人駕駛技術(shù)現(xiàn)如今其實(shí)非常成熟了，就以現(xiàn)在的技術(shù)水平看，如果把大城市復(fù)雜的交通狀況變成實(shí)驗(yàn)室特定的格局，場(chǎng)景內(nèi)有制式統(tǒng)一的車輛以及符合規(guī)矩的行人正常通行，那么不用方向盤，全程自動(dòng)行駛的汽車當(dāng)下就可以面世了。

問(wèn)題就出在了汽車如何能對(duì)現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的交通狀況了如指掌，如何可以像人的眼睛和大腦一樣靈活應(yīng)變。關(guān)鍵就在需要各種各樣的傳感器合作來(lái)解決，它們最終將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳給高精密的處理器，識(shí)別道路、標(biāo)示和行人，做出加速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等決策。

在智能感知識(shí)別的部分，車載光學(xué)系統(tǒng)和車載雷達(dá)系統(tǒng)是保證行車安全最為重要的，目前，主流的用于周圍環(huán)境感測(cè)的傳感器有激光雷達(dá)(LiDAR)、毫米波雷達(dá)(millimeter wave)、視覺(jué)傳感器三種。

激光雷達(dá)(LiDAR)

通過(guò)掃描從一個(gè)物體上反射回來(lái)的激光來(lái)確定物體的距離，可以形成精度高達(dá)厘米級(jí)的3D環(huán)境地圖，因此它在ADAS(先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng))及無(wú)人駕駛系統(tǒng)中起重要作用。從當(dāng)前車載激光雷達(dá)來(lái)看，機(jī)械式的多線束激光雷達(dá)是主流方案，但受制于價(jià)格高昂的因素尚未普及開(kāi)來(lái)。

在去年12月10日路測(cè)成功的百度無(wú)人駕駛汽車車身上，除了部署了毫米波雷達(dá)、視頻等感應(yīng)器，其車頂就安置了一個(gè)體積較大、價(jià)值70萬(wàn)余人民幣的64位激光雷達(dá)(VelodyneHDL64-E)，谷歌同樣也是采用的相同高端配置激光雷達(dá)。車載激光雷達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)劣主要取決于2D激光掃描儀的性能。激光發(fā)射器線束的越多，每秒采集的云點(diǎn)就越多。然而線束越多也就代表著激光雷達(dá)的造價(jià)就更加昂貴。

就以Velodyne的產(chǎn)品為例，64線束的激光雷達(dá)價(jià)格是16線束的10倍。激光雷達(dá)除了成本高昂，遇到煙霧介質(zhì)以及雨雪天氣中表現(xiàn)一般，將掣肘它的發(fā)揮。

不過(guò)作為核心傳感器，低成本方案將加速無(wú)人駕駛的到來(lái)。目前，高精度的車用激光雷達(dá)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠商主要集中于國(guó)外，包括美國(guó)的 Velodyne、Quanegy以及德國(guó)的IBEO公司等。國(guó)內(nèi)的激光雷達(dá)產(chǎn)品目前相對(duì)落后，中國(guó)航空汽車系統(tǒng)控股有限公司高級(jí)專務(wù)周世寧曾表示，博世、大陸、法雷奧、英飛凌、德?tīng)柛５韧赓Y零部件企業(yè)早已搶占ADAS技術(shù)制高點(diǎn)，特別是在傳感器的市場(chǎng)布局上，我國(guó)汽車零部件企業(yè)已經(jīng)輸在起跑線上了。

毫米波雷達(dá)(millimeter wave)

毫米波是指30～300GHz頻域(波長(zhǎng)為1～10mm)的電磁波，毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候(大雨天除外)全天時(shí)的特點(diǎn)，這能與激光雷達(dá)的作用產(chǎn)生互補(bǔ)。另外，毫米波導(dǎo)引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導(dǎo)引頭 。

缺點(diǎn)是毫米波雷達(dá)由于波長(zhǎng)原因，探測(cè)距離非常有限，也無(wú)法感知行人，而激光雷達(dá)可以對(duì)周邊所有障礙物進(jìn)行精準(zhǔn)的建模。為了克服不同缺點(diǎn)缺點(diǎn)，車企勢(shì)必要將這些傳感器組合在一起。

目前看毫米波雷達(dá)也是智能汽車ADAS 系統(tǒng)的標(biāo)配傳感器，按照目前主流分類，毫米波雷達(dá)可分為24GHz雷達(dá)和77GHz雷達(dá)。參照其特性，通常車輛周圍的車輛檢測(cè)使用24Ghz，前方車輛檢測(cè)使用77GHz。以中國(guó)的實(shí)際國(guó)情以及芯片研發(fā)進(jìn)度等行業(yè)特點(diǎn)來(lái)看，未來(lái)三年內(nèi)24GHz毫米波雷達(dá)在國(guó)內(nèi)仍有市場(chǎng)空間。望眼全球，我國(guó)77GHz毫米波雷達(dá)的大規(guī)模應(yīng)用將稍微推后。

由于ADAS的功能，往往是通過(guò)傳感器+處理器的方式捆綁銷售，國(guó)內(nèi)汽車毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的芯片、算法還主要依賴進(jìn)口，成本很高。加快開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)的 77GHZ毫米波雷達(dá)芯片并盡快車載應(yīng)用，將是我國(guó)汽車毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院白杰教授認(rèn)為，相對(duì)在攝像頭方面的激烈競(jìng)爭(zhēng)，毫米波雷達(dá)更有創(chuàng)新性，潛在的市場(chǎng)空間更大，機(jī)會(huì)更多。

視覺(jué)傳感器

ADAS應(yīng)用攝像頭作為主要傳感器是因?yàn)閿z像頭分辨率進(jìn)高于其他傳感器，可以獲取足夠多的環(huán)境細(xì)節(jié)，幫助車輛進(jìn)行環(huán)境認(rèn)知，車載攝像頭可以描繪物體的外觀和形狀、讀取標(biāo)志等，這些功能其他傳感器無(wú)法做到。從降低成本的角度看攝像頭是識(shí)別用傳感器的有力候補(bǔ)之一，在一切清晰的情況下當(dāng)然攝像頭是最好的選擇，但是受環(huán)境因素以及外部因素影響較大，比如隧道中光線不足，天氣因素導(dǎo)致的視線縮小等。

采集圖像信息的重要工具，部分類似路標(biāo)識(shí)別、車道線感應(yīng)等功能智能由攝像頭實(shí)現(xiàn)。目前攝像頭的應(yīng)用主要有：?jiǎn)文繑z像頭、后視攝像頭、立體攝像頭或稱雙目攝像頭、環(huán)視攝像頭，按照2015年全球超過(guò)8000萬(wàn)輛新增車輛與單車6-8顆攝像頭需求，未來(lái)總體需求有望超6億顆，對(duì)應(yīng)千億市場(chǎng)空間。

視覺(jué)算法在ADAS技術(shù)路線中必不可少，毫米波雷達(dá)等主動(dòng)式傳感器對(duì)算法依賴程度較低，算法較為簡(jiǎn)單，攝像頭等被動(dòng)式傳感器對(duì)算法依賴程度較高，一般由第三方企業(yè)單獨(dú)提供。比如視覺(jué)算法企業(yè)Mobileye。

此前，Tesla和Mobileye終止合作的事沸沸揚(yáng)揚(yáng)，Mobileye提供標(biāo)準(zhǔn)的傳感器安裝方式+地圖數(shù)據(jù)云服務(wù)+軟件體系平臺(tái)構(gòu)建，但是Tesla是想通過(guò)在線收集數(shù)據(jù)的眾包模式優(yōu)化自動(dòng)駕駛體驗(yàn)，EyeQ3芯片限制了Tesla建立自己的地圖，所以Tesla未來(lái)要自己研發(fā)圖像算法以及圖像處理芯片。

不過(guò)Mobileye還是憑幾款產(chǎn)品占領(lǐng)了90%的市場(chǎng)份額，這家以色列的企業(yè)在當(dāng)?shù)氐慕匚幌喈?dāng)于BAT。算法和硬件是 ADAS 系統(tǒng)的核心，也是 Mobileye 的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。Mobileye站在ADAS的頂端，甩出競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手好幾條街，ADAS和傳統(tǒng)車載視覺(jué)產(chǎn)品對(duì)軟件技術(shù)、硬件要求不同，傳統(tǒng)車載電子公司要切入ADAS市場(chǎng)并不容易。國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)如從零開(kāi)始至少需要3、4年才可能完成初步的技術(shù)積累。

當(dāng)然為了提高環(huán)境感知的準(zhǔn)確度，通常需要多種傳感器的組合，最終提供一個(gè)穩(wěn)定耐用的解決方案。當(dāng)下比較典型的就是毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和車載攝像頭，其他的超聲波技術(shù)和紅外線技術(shù)以及這些技術(shù)的算法融合都將讓傳感器產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的市場(chǎng)。不過(guò)毋庸置疑，在汽車實(shí)現(xiàn)完全智能化的這幾年中，傳感器產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)該是最先獲得收益的。