一文讀懂自動(dòng)駕駛3大傳感器系統(tǒng)

貞光科技深耕汽車(chē)電子、工業(yè)及軌道交通領(lǐng)域十余年，為客戶(hù)提供車(chē)規(guī)MCU、車(chē)規(guī)電容、車(chē)規(guī)電阻、車(chē)規(guī)晶振、車(chē)規(guī)電感、車(chē)規(guī)連接器等車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品和汽車(chē)電子行業(yè)解決方案，成立于2008年的貞光科技是三星、VIKING、紫光芯能、基美、國(guó)巨、泰科、3PEAK思瑞浦等國(guó)內(nèi)外40余家原廠(chǎng)的授權(quán)代理商。獲取更多方案或產(chǎn)品信息可聯(lián)系我們。

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如若要想在車(chē)型上實(shí)現(xiàn)SAE L4/L5的全自動(dòng)駕駛功能，就需要應(yīng)用多種傳感器冗余系統(tǒng)。當(dāng)今的半自動(dòng)駕駛系統(tǒng)采用了各種各樣數(shù)量和設(shè)計(jì)的雷達(dá)和攝像頭系統(tǒng)。而高性能價(jià)格合理、能檢測(cè)300米半徑內(nèi)信息的激光探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，還處在預(yù)研階段。大多數(shù)汽車(chē)制造商都認(rèn)為，如果要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛，攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)這三大傳感器系統(tǒng)缺一不可。

目前，超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和多攝像頭系統(tǒng)已經(jīng)在高端汽車(chē)上應(yīng)用，隨著智能駕駛發(fā)展勢(shì)如破竹，環(huán)境感知技術(shù)將快速發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)揮協(xié)同作用。雖然傳感器僅僅是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的一部分，但是市場(chǎng)前景十分廣闊。因此，相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)到2023年左右全球車(chē)載攝像頭、毫米波雷達(dá)和夜視系統(tǒng)等市場(chǎng)都將進(jìn)入快速成長(zhǎng)期。

攝像頭：智能駕駛之慧眼
車(chē)載攝像頭是實(shí)現(xiàn)眾多預(yù)警、識(shí)別類(lèi)ADAS功能的基礎(chǔ)。在眾多ADAS功能中，視覺(jué)影像處理系統(tǒng)較為基礎(chǔ)，對(duì)于駕駛者也更為直觀，而攝像頭又是視覺(jué)影像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此車(chē)載攝像頭對(duì)于智能駕駛必不可少。
車(chē)道偏離預(yù)警（LDW）、前向碰撞預(yù)警（FCW）、交通標(biāo)志識(shí)別（TSR）、 車(chē)道保持輔助（LKA）、行人碰撞預(yù)警（PCW）、全景泊車(chē)（SVP）、駕駛員疲勞預(yù)警等眾多功能都可借助攝像頭實(shí)現(xiàn)，有的功能甚至只能通過(guò)攝像頭實(shí)現(xiàn)。

攝像頭可實(shí)現(xiàn)的ADAS功能
車(chē)載攝像頭價(jià)格持續(xù)走低，未來(lái)單車(chē)多攝像頭將成為趨勢(shì)。 相對(duì)于車(chē)載雷達(dá)等傳感器價(jià)格更加低廉，易于普及應(yīng)用。特斯拉Autopilot 2.0的硬件系統(tǒng)中就包含8個(gè)攝像頭，未來(lái)單車(chē)多攝像頭將成為趨勢(shì)。
根據(jù)不同ADAS功能的要求，攝像頭的安裝位置也不盡相同。按攝像頭的安裝位置不同，可分為前視、側(cè)視、后視和內(nèi)置四個(gè)部分。未來(lái)要實(shí)現(xiàn)全套ADAS功能，單車(chē)需配備至少5個(gè)攝像頭。據(jù)高工智能產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）研究院預(yù)估，攝像頭隨著ADAS滲透率的提升，市場(chǎng)規(guī)模由2016年的20億元增長(zhǎng)到2020年的58億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為30%。
車(chē)載攝像頭的價(jià)格不斷走低
前視攝像頭使用頻率最高，單一攝像頭可實(shí)現(xiàn)多重功能。通過(guò)算法開(kāi)發(fā)優(yōu)化，單一前視攝像頭可以實(shí)現(xiàn)多重功能，如行車(chē)記錄、車(chē)道偏離預(yù)警、前向碰撞預(yù)警、行人識(shí)別等。未來(lái)也有望通過(guò)算法整合，實(shí)現(xiàn)更多ADAS功能。
前視攝像頭一般為廣角鏡頭，安裝在車(chē)內(nèi)后視鏡上或者前擋風(fēng)玻璃上較高的位置，以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的有效距離。

側(cè)視攝像頭代替后視鏡將成為趨勢(shì)。由于后視鏡的范圍有限，當(dāng)另一輛在斜后方的車(chē)位于這個(gè)范圍之外就“隱身”，這個(gè)范圍之外的部分就叫做盲區(qū)。因?yàn)槊^(qū)的存在，大大增加了交通事故發(fā)生的幾率。而在車(chē)輛兩側(cè)加裝側(cè)視攝像頭可以基本覆蓋盲區(qū)，當(dāng)有車(chē)輛進(jìn)入盲區(qū)時(shí)，就有自動(dòng)提醒駕駛員注意，這就是盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
目前還出現(xiàn)了新的潮流，那就是使用側(cè)視廣角攝像頭取代后視鏡，這樣既能降低風(fēng)阻，同時(shí)又可以獲得更大更廣的視角，避免在危險(xiǎn)的盲區(qū)發(fā)生意外， 寶馬i8 Mirrorless概念車(chē)就采用如此設(shè)計(jì)。

汽車(chē)后視鏡盲區(qū)
全景泊車(chē)系統(tǒng)調(diào)用車(chē)身周?chē)鄠€(gè)攝像頭，助泊車(chē)開(kāi)啟“上帝視角”。全景泊車(chē)系統(tǒng)通過(guò)安裝在車(chē)身周?chē)亩鄠€(gè)超廣角攝像頭，同時(shí)采集車(chē)輛四周的影像，經(jīng)過(guò)圖像處理單元矯正和拼接之后，形成一副車(chē)輛四周的全景俯視圖，實(shí)時(shí)傳送至中控臺(tái)的顯示設(shè)備上。
駕駛員坐在車(chē)中即可以“上帝視角”直觀地看到車(chē)輛所處的位置以及車(chē)輛周報(bào)的障礙物，從容操縱泊車(chē)入位或通過(guò)復(fù)雜路面，有效減少刮蹭、碰撞等事故的發(fā)生。
全景泊車(chē)系統(tǒng)的圖像拼接技術(shù)
車(chē)載攝像頭應(yīng)用廣泛且價(jià)格相對(duì)低廉，是最基本最常見(jiàn)的傳感器，未來(lái)市場(chǎng)空間將超百億人民幣。
攝像頭對(duì)于多個(gè)ADAS功能必不可少，未來(lái)單價(jià)也有望繼續(xù)走低，將帶動(dòng)車(chē)載攝像頭市場(chǎng)空間快速增長(zhǎng)。根據(jù)的估算，全球車(chē)載攝像頭出貨量將從2014年的2800萬(wàn)枚增長(zhǎng)到2020年的8300萬(wàn)枚，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)20%。
據(jù)此估算，全球車(chē)載攝像頭市場(chǎng)規(guī)模將從2015年的62億人民幣增長(zhǎng)到2020年的133億人民幣，年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)16%。消費(fèi)區(qū)域主要在美洲、歐洲、亞太等地，其中亞太地區(qū)將成為增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)。
2022年國(guó)內(nèi)車(chē)載攝像頭市場(chǎng)需求量測(cè)算
攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈主要有鏡頭組、CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體）、 DSP（Digital Signal Process 即數(shù)字信號(hào)處理器）、模組封裝等環(huán)節(jié)組成。
近幾年，智能手機(jī)的高速增長(zhǎng)帶動(dòng)了攝像頭市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，但是從 2014年開(kāi)始智能手機(jī)的增速已轉(zhuǎn)緩，手機(jī)攝像頭未來(lái)的增長(zhǎng)率也必將放緩。隨著車(chē)載攝像頭市場(chǎng)的興起，手機(jī)攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)能將向車(chē)載攝像頭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，預(yù)計(jì)未來(lái)CMOS、鏡頭、 模組封裝等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)將繼續(xù)保持高增長(zhǎng)。

雷達(dá)：測(cè)距測(cè)速必不可少的傳感器
雷達(dá)通過(guò)發(fā)射聲波或者電磁波對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)物體的距離、距離變化率（徑向速度）、大小、方位等信息。雷達(dá)最先應(yīng)用于軍事中，后來(lái)逐漸民用化。
隨著汽車(chē)智能化的發(fā)展趨勢(shì)，雷達(dá)開(kāi)始出現(xiàn)在汽車(chē)上，主要用于測(cè)距、測(cè)速等功能。汽車(chē)?yán)走_(dá)可分為超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等，不同雷達(dá)的原理不盡相同，性能特點(diǎn)也各有優(yōu)勢(shì)，可用于實(shí)現(xiàn)不同的功能。

雷達(dá)傳感器（僅進(jìn)行原始數(shù)據(jù)收集）的基本架構(gòu)
超聲波雷達(dá)
超聲波雷達(dá)是利用傳感器內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40KHz的超聲波，再由接收探頭接收經(jīng)障礙物反射回來(lái)的超聲波，根據(jù)超聲波反射接收的時(shí)間差計(jì)算與障礙物之間的距離。超聲波雷達(dá)成本較低，探測(cè)距離近精度高，且不受光線(xiàn)條件的影響，因此常用于泊車(chē)系統(tǒng)中。
自動(dòng)泊車(chē)功能離不開(kāi)超聲波雷達(dá)。寶馬最新的i系列和7系列已經(jīng)支持使用車(chē)鑰匙遙控汽車(chē)自動(dòng)泊車(chē)，在操作過(guò)程中用戶(hù)只需要發(fā)出前進(jìn)或后退兩個(gè)指示，汽車(chē)就會(huì)持續(xù)使用超聲波傳感器檢測(cè)車(chē)位和障礙物，自動(dòng)操作方向盤(pán)和制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車(chē)。
毫米波雷達(dá)：ADAS核心傳感器
毫米波是指波長(zhǎng)在1mm到10mm之間的電磁波，換算成頻率后，毫米波的頻率位于30GHz到300GHz之間。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)。
毫米波雷達(dá)在導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)監(jiān)視和截獲、炮火控制和跟蹤、高速通信、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近些年，隨著毫米波雷達(dá)技術(shù)水平的提升和成本的下降，毫米波雷達(dá)開(kāi)始應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域。
毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)主要由國(guó)外電子公司掌控。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)主要包括天線(xiàn)、收發(fā)模塊、信號(hào)處理模塊，而MMIC（MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit）芯片和天線(xiàn)PCB板（PrintedCircuitBoard）是毫米波雷達(dá)的硬件核心。
目前毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)主要被Bosch、Continental、Denso、Autoliv等零部件巨頭壟斷，特別是77GHz產(chǎn)品技術(shù)只有Bosch、Continental、Denso、Delphi等少數(shù)幾家公司掌握。

激光雷達(dá)：功能強(qiáng)大成本大幅降低可期
激光雷達(dá)是軍轉(zhuǎn)民的高精度雷達(dá)技術(shù)。激光雷達(dá)的應(yīng)用一開(kāi)始主要為軍事領(lǐng)域，受到了各國(guó)軍事部門(mén)的極大關(guān)注。相比普通雷達(dá)，激光雷達(dá)可提供高分辨率的輻射強(qiáng)度幾何圖像、距離圖像、速度圖像。在民用領(lǐng)域中，激光雷達(dá)因其在測(cè)距測(cè)速、三維建模等領(lǐng)域的優(yōu)越性能也被廣泛應(yīng)用。

激光雷達(dá)性能精良，是無(wú)人駕駛的最佳技術(shù)路線(xiàn)。激光雷達(dá)相對(duì)于其他自動(dòng)駕駛傳感器具有非常優(yōu)越的性能：
1）分辨率高。激光雷達(dá)可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常激光雷達(dá)的角分辨率不低于0.1mard也就是說(shuō)可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個(gè)目標(biāo)，并可同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)；距離分辨率可達(dá)0.1m；速度分辨率能達(dá)到10m/s以?xún)?nèi)。如此高的距離、速度分辨率意味著激光雷達(dá)可以利用多普勒成像技術(shù)獲得非常清晰的圖像。
2）精度高。激光直線(xiàn)傳播、方向性好、光束非常窄，彌散性非常低，因此激光雷達(dá)的精度很高。
3）抗有源干擾能力強(qiáng)。與微波、毫米波雷達(dá)易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對(duì)激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多，因此激光雷達(dá)抗有源干擾的能力很強(qiáng)。
激光雷達(dá)可以分為一維激光雷達(dá)、二維激光雷達(dá)、三維激光掃描儀、三維激光雷達(dá)等。其中一維激光雷達(dá)主要用于測(cè)距測(cè)速等，二維激光雷達(dá)主要用于輪廓測(cè)量、物體識(shí)別、區(qū)域監(jiān)控等，三維激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維空間建模。
車(chē)載三維激光雷達(dá)一般安裝在車(chē)頂，可以高速旋轉(zhuǎn)，以獲得周?chē)臻g的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而實(shí)時(shí)繪制出車(chē)輛周邊的三維空間地圖；同時(shí)，激光雷達(dá)還可以測(cè)量出周邊其他車(chē)輛在三個(gè)方向上的距離、速度、加速度、角速度等信息，再結(jié)合GPS地圖計(jì)算出車(chē)輛的位置，這些龐大豐富的數(shù)據(jù)信息傳輸給ECU分析處理后，以供車(chē)輛快速做出判斷。

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