智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論 課件 （第1版） 項(xiàng)目二 智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知系統(tǒng)

part1視覺傳感器1.車載攝像頭的功能單目傳感器的工作原理是先識別后測距，首先通過圖像匹配對圖像進(jìn)行識別，然后根據(jù)圖像的大小和高度進(jìn)一步估計(jì)障礙物和車輛移動(dòng)時(shí)間。雙目視覺傳感器的工作原理是先對物體與本車輛距離進(jìn)行測量，然后再對物體進(jìn)行識別。由于夜間可見光成像的信噪比較低，從而導(dǎo)致視覺傳感器夜間成像的難度增大，而遠(yuǎn)紅外系統(tǒng)在這個(gè)時(shí)候就能發(fā)揮自身獨(dú)特的優(yōu)勢。圖像傳感器是攝像頭的重要組成部分，可以檢測可見光、紫外線、X射線、近紅外光等，實(shí)現(xiàn)視覺功能的信息采集、轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展，提供視覺、真實(shí)、多級、多內(nèi)容的視覺圖像信息。操控方式預(yù)警功能控制功能橫向車道偏離警告車道保持功能縱向前車碰撞警告緊急剎車功能行人碰撞警告--自適應(yīng)巡航汽車ADAS攝像頭根據(jù)汽車攝像頭模塊的不同，目前使用的攝像頭分為單目攝像頭、雙目攝像頭和紅外攝像頭。為了完成ADAS任務(wù)，視覺規(guī)劃通常需要測量車輛與前方障礙物之間的距離并識別障礙物，除了單目與雙目，還有多個(gè)攝像頭平臺。考慮到周圍環(huán)境和遠(yuǎn)距離目標(biāo)檢測，還有一些情況下使用遠(yuǎn)攝和廣角攝像頭來匹配ADAS主攝像頭，ADAS功能疊加在觀察平臺上。目前的ADAS可識別40米～120米的范圍，未來將達(dá)到200米或更多。單目攝像頭的視角越寬，可以檢測到的精確距離長度越短，視角越窄，檢測到的距離越長。（1）單目攝像頭（2）雙目攝像頭雙目望遠(yuǎn)鏡在20米范圍內(nèi)具有明顯的測距優(yōu)勢，在20米以外，很難縮小視差的范圍。采用高像素?cái)z像頭和較好的算法可以提高測距性能，雙目攝像頭間距越小，測距鏡頭之間的距離越近，探測距離越大，鏡頭間距越大，探測距離越遠(yuǎn)。單目攝像頭優(yōu)點(diǎn)：單一的攝像頭由于鏡頭角度、探測范圍和精度有所不同，在實(shí)際應(yīng)用中也經(jīng)常采用組合的單目攝像頭來實(shí)現(xiàn)不同的環(huán)境檢測：①長焦攝像頭和短焦攝像頭組合的方式，提供遠(yuǎn)距離精確探測和近距離大探測范圍的綜合檢測；②四個(gè)魚眼攝像頭分別布置在車輛的前后左右，通過圖像拼接提供環(huán)視功能。雙目攝像頭的優(yōu)點(diǎn)：雙目攝像頭可以在不識別目標(biāo)的情況下獲得深度距離數(shù)據(jù)。從理論上講，立體攝像頭的誤差可以小于1%，特別是在單目攝像頭配備毫米波雷達(dá)等傳感器后，可以達(dá)到類似的精度，可以滿足L1、L2和部分L3場景的功能要求。2.紅外夜視視覺傳感器的原理和特點(diǎn)基于紅外熱成像原理，通過能夠透過紅外輻射的紅外光學(xué)系統(tǒng)，將視場內(nèi)景物的紅外輻射聚焦到紅外探測器上，紅外探測器再將強(qiáng)弱不等的輻射信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，然后經(jīng)過放大和視頻處理，形成可供人眼觀察的視頻圖像。紅外夜視系統(tǒng)是視覺傳感器一個(gè)獨(dú)特的分支，圖像處理算法在處理遠(yuǎn)紅外夜視圖像過程中依然能夠發(fā)揮作用，因此紅外夜視系統(tǒng)能夠像可見光攝像頭一樣，獲取環(huán)境中的目標(biāo)大小和距離等信息，對光照不足條件下對基于可見光的視覺傳感器的應(yīng)用是一種有效補(bǔ)充。3.多個(gè)視覺傳感器的組合應(yīng)用在汽車智能駕駛中，通過不同焦距和不同仰角的多個(gè)單目攝像頭，可以獲得不同位置的交通標(biāo)志、信號燈和各種道路標(biāo)志的檢測和識別能力。例如，在長焦攝像頭的成像中，100米處的交通燈足夠大，100米處的交通標(biāo)志上的數(shù)字也清晰可見。而在短焦距攝像頭的成像中，100米處的交通標(biāo)志上的數(shù)字是完全不清楚的，但是卻能夠獲得近距離更廣范圍的環(huán)境信息。因此多個(gè)單目視覺傳感器的組合方案在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。三目攝像頭的劃分為25°視場、50°視場、150°視場，25°視場用于檢測前車道線、交通燈，50°視場負(fù)責(zé)一般的道路狀況監(jiān)測，150°視場用于檢測平行車道、行人和非機(jī)動(dòng)車行駛的狀況。僅僅通過環(huán)視或二維視覺很難滿足L3或L3以上的需求，對多維立體視覺的需求會越來越突出。在汽車智能駕駛中，通過不同焦距和不同仰角的攝像頭，可以獲得不同位置的交通標(biāo)志、信號燈和各種道路標(biāo)志的檢測和識別能力。part1超聲波雷達(dá)1.超聲波雷達(dá)基礎(chǔ)知識汽車?yán)走_(dá)可分為超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等。雷達(dá)的原理不同，其性能特點(diǎn)也有各自的優(yōu)點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)不同的功能。不同雷達(dá)波的特征超聲波雷達(dá)的工作原理：是利用傳感器中的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40kHz的超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，并根據(jù)超聲波反射接收的時(shí)差計(jì)算出與障礙物的距離。超聲波雷達(dá)被廣泛應(yīng)用于倒車輔助系統(tǒng)和自動(dòng)泊車系統(tǒng)中。

超聲波雷達(dá)的最大探測距離約為2.5m～5m，最小探測距離約為25cm～35cm，超聲波雷達(dá)波會產(chǎn)生余震，如果余震期間探測距離過短，會導(dǎo)致盲點(diǎn)從而無法確定與障礙物的距離。2.超聲波雷達(dá)的工作原理超聲波雷達(dá)的工作原理圖3.車載超聲波雷達(dá)應(yīng)用車載超聲波雷達(dá)主要分為UPA和APA兩大類。UPA是一種短程超聲波，主要安裝在車身的前部與后部，檢測范圍為25cm～2.5m，由于檢測距離大，多普勒效應(yīng)和溫度干擾小，檢測更準(zhǔn)確。APA是一種遠(yuǎn)程超聲波傳感器，主要用于車身側(cè)面，檢測范圍為35cm～5m，可覆蓋一個(gè)停車位。方向性強(qiáng)，探頭波的傳播性能優(yōu)于UPA，不易受到其他APA和UPA的干擾。當(dāng)然，檢測距離越遠(yuǎn)，檢測誤差越大。案例：豐田雷克薩斯泊車?yán)走_(dá)的工作原理圖part毫米波雷達(dá)1.車載毫米波雷達(dá)結(jié)構(gòu)組成毫米波雷達(dá)是通過發(fā)射和接收無線電波來測量車輛與車輛之間的距離、角度和相對速度的裝置。毫米波是指長度為1～10毫米的電磁波，毫米波的頻帶頻率高于射頻，低于可見光和紅外線，相應(yīng)的頻率范圍為30～300GHz。目前，毫米波段有24GHz、60GHz、77GHz、120GHz，其中24GHz和77GHz用于汽車。24GHz主要用于5-70米的中、短程檢測，主要用于BSD、LDW、LKA、LCA、PA，77GHz主要用于100-250米的中、遠(yuǎn)程檢測，如ACC、FCW、AEB等。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)主要包括天線、收發(fā)系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、收發(fā)芯片和天線。（1）毫米波雷達(dá)系統(tǒng)組成2.車載毫米波雷達(dá)工作原理3.毫米波雷達(dá)應(yīng)用part1激光雷達(dá)1.激光雷達(dá)分類輸入標(biāo)題輸入標(biāo)題輸入標(biāo)題激光雷達(dá)傳感器全固態(tài)激光雷達(dá)傳感器多線束激光雷達(dá)傳感器激光雷達(dá)是工作在光頻波段的雷達(dá)，它利用光頻波段的電磁波先向目標(biāo)發(fā)射探測信號，然后將其接收到的同波信號與發(fā)射信號相比較，從而獲得目標(biāo)的位置（距離、方位和高度）、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、姿態(tài)）等信息，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測、跟蹤和識別。分辨率高激光雷達(dá)可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率探測范圍廣探測距離可達(dá)300m左右信息量豐富可直接獲取探測目標(biāo)的距離、角度、反射強(qiáng)度、速度等信息，生成目標(biāo)多維度圖像全天候工作激光主動(dòng)探測，不依賴于外界光照條件或目標(biāo)本身的輻射特性2.激光雷達(dá)的特點(diǎn)3.激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)4.激光雷達(dá)的測距原理智能網(wǎng)聯(lián)汽車激光雷達(dá)系統(tǒng)由收發(fā)天線、收發(fā)前端、信號處理模塊、汽車