智能駕駛計(jì)算平臺(tái)應(yīng)用技術(shù) 課件 課件 4-1調(diào)研分析智能駕駛傳感器的解決方案

《智能駕駛計(jì)算平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)》任務(wù)一調(diào)研分析智能駕駛傳感器的解決方案能力模塊四掌握智能駕駛計(jì)算平臺(tái)與傳感器接入的方法《智能駕駛計(jì)算平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)》情景導(dǎo)入Situationintroduction某品牌車企，近期新車上市，新車搭載了36個(gè)傳感器。現(xiàn)某4S店邀請(qǐng)你到店，為銷售們講解這款車上搭載的傳感器的用途，你作為傳感器工程師，請(qǐng)你以某款車為例進(jìn)行講解傳感器的分布以及各類傳感器的作用。知識(shí)目標(biāo)1.認(rèn)識(shí)智能駕駛車載常用傳感器。1.掌握車載攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、GNSS/IMU的基本組成、類型、原理、特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)。2.了解智能駕駛行業(yè)傳感器系統(tǒng)配置方案。技能目標(biāo)1.立足專業(yè)技能，明確自身職業(yè)方向。素養(yǎng)目標(biāo)Learningobjective學(xué)習(xí)目標(biāo)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認(rèn)知05.產(chǎn)業(yè)傳感器系統(tǒng)配置方案06.視覺(jué)傳感器認(rèn)知01.激光雷達(dá)認(rèn)知02.毫米波雷達(dá)認(rèn)知03.超聲波傳感器認(rèn)知04.《智能駕駛計(jì)算平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)》視覺(jué)傳感器在智能駕駛汽車上的應(yīng)用是以攝像頭形式出現(xiàn)的，一般分為單目攝像頭、雙目攝像頭、三目攝像頭、環(huán)視攝像頭等。作用主要包括前視、環(huán)視、側(cè)視、后視以及內(nèi)置攝像頭。01視覺(jué)傳感器認(rèn)知華為車規(guī)單目雙目視覺(jué)傳感器魚(yú)眼鏡頭采集圖像攝像頭是一種被動(dòng)探測(cè)的傳感器，其自身不產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)，通過(guò)接收外界的光信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，根據(jù)編碼協(xié)議編碼圖像信號(hào)，通過(guò)低電壓差分信號(hào)（LVDS）傳輸方式將圖像傳輸至圖像處理芯片（ECU），經(jīng)過(guò)圖像信號(hào)質(zhì)量處理后，再傳遞至圖像處理單元（GPU），利用深度學(xué)習(xí)或機(jī)器學(xué)習(xí)算法識(shí)別圖像中不同層次目標(biāo)（道路、行人、車輛、障礙物）。目標(biāo)識(shí)別效果依賴于深度學(xué)習(xí)的樣本的類型和數(shù)量，因此深度學(xué)習(xí)目標(biāo)識(shí)別的樣本需要不斷迭代和更新。01視覺(jué)傳感器認(rèn)知（一）詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程一方面，相比于其他傳感器，攝像頭可以獲得最接近人眼獲取的周圍環(huán)境信息。且如今攝像頭技術(shù)成熟，成本低。另一方面，基于視覺(jué)的感知技術(shù)受光線、天氣影響較大，在惡劣天氣和類似于隧道內(nèi)的昏暗環(huán)境中其性能難以得到保障。技術(shù)上，存在物體識(shí)別基于機(jī)器學(xué)習(xí)資料庫(kù)，需要的訓(xùn)練樣本非常大，訓(xùn)練周期長(zhǎng)，難以識(shí)別非標(biāo)準(zhǔn)障礙物等問(wèn)題。01視覺(jué)傳感器認(rèn)知（二）視覺(jué)傳感器特點(diǎn)1.應(yīng)用在目標(biāo)檢測(cè)方面，攝像頭由于其分辨率較高，且能夠感知顏色，自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)主要用其進(jìn)行周圍環(huán)境的感知，包括車道線、車輛、交通標(biāo)志等。在高精地圖采集方面，攝像頭采集周圍環(huán)境的圖像，進(jìn)行環(huán)境的感知與建模。01視覺(jué)傳感器認(rèn)知（三）視覺(jué)傳感器應(yīng)用與安裝位置自動(dòng)駕駛輔助功能使用攝像頭具體功能車道偏離預(yù)警LDW前視當(dāng)前攝像頭檢測(cè)到車輛即將偏離車道線時(shí)，發(fā)出警報(bào)前向碰撞預(yù)警FCW前視當(dāng)攝像頭檢測(cè)到與前車距離過(guò)近，可能追尾，發(fā)出警報(bào)交通標(biāo)志識(shí)別TSR前視、側(cè)視識(shí)別前方道路兩側(cè)的交通標(biāo)志車道保持輔助LKA前視當(dāng)前視攝像頭檢測(cè)到車輛即將偏離車道線時(shí)，向控制中心發(fā)出信息，由控制中心發(fā)出指令，及時(shí)糾正行駛方向行人碰撞預(yù)警PCW前視前攝像頭標(biāo)記前方道路行人，在可能發(fā)生碰撞時(shí)發(fā)出警報(bào)盲點(diǎn)檢測(cè)BSD側(cè)視利用側(cè)視攝像頭，將后視鏡盲區(qū)內(nèi)的景象顯示在駕駛艙全景泊車SVP前視、側(cè)視、后視利用車輛四周攝像頭獲取的影像，通過(guò)圖像拼接技術(shù)，輸出車輛周邊的全景圖泊車輔助PA后視泊車時(shí)將在車尾的影像顯示在駕駛艙，預(yù)測(cè)并標(biāo)記倒車軌跡，輔助駕駛員泊車駕駛員注意力檢測(cè)內(nèi)置安裝在車內(nèi)，用于檢測(cè)駕駛員是否疲勞、閉眼等2.安裝位置前視是最主要的車載攝像頭，承擔(dān)了最多的感知功能，有單目/雙目/三目的不同配置，側(cè)視同樣承擔(dān)感知功能，環(huán)視以360全景成像為主，后視主要用于泊車輔助，而車用攝像頭用以駕駛員狀態(tài)檢測(cè)。前視會(huì)搭配長(zhǎng)焦、廣角共同使用，其他位置攝像頭以廣角鏡頭為主。01視覺(jué)傳感器認(rèn)知激光雷達(dá)又稱為光學(xué)雷達(dá)（LightDetectionAndRanging，LiDAR），是一種先進(jìn)的光學(xué)遙感技術(shù)；激光雷達(dá)按線束劃分可分為單線和多線，單線激光雷達(dá)只能完成平面掃描，多線激光雷達(dá)是指同時(shí)發(fā)射及接收多束激光的激光旋轉(zhuǎn)測(cè)距雷達(dá)。02激光雷達(dá)認(rèn)知單線激光雷達(dá)掃描多線激光雷達(dá)掃描激光雷達(dá)是由激光發(fā)射系統(tǒng)、光電接收系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)等組成。激光發(fā)射器：發(fā)射波長(zhǎng)在600~1000nm的激光用于探測(cè)環(huán)境和物體。掃描與光學(xué)部件：用于收集發(fā)射點(diǎn)與反射點(diǎn)之間的距離，及反射時(shí)間和水平角度。感光部件：用于檢測(cè)反射回來(lái)光線的強(qiáng)度。02激光雷達(dá)認(rèn)知（一）激光雷達(dá)原理通過(guò)三個(gè)部件的工作，激光雷達(dá)工作時(shí)向外發(fā)射激光束，根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時(shí)間、強(qiáng)弱程度等，計(jì)算目標(biāo)與自己的相對(duì)距離、方位、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及表面光學(xué)特性。激光光束可以準(zhǔn)確測(cè)量視場(chǎng)中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對(duì)距離，這些輪廓信息組成所謂的“點(diǎn)云”并繪制出3D環(huán)境地圖。02激光雷達(dá)認(rèn)知激光雷達(dá)工作原理圖3D環(huán)境地圖一方面，激光雷達(dá)定位精度非常高，且工作時(shí)長(zhǎng)不受光照條件的限制，可全天候工作。另一方面，激光雷達(dá)在使用過(guò)程中時(shí)刻都在產(chǎn)生海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而給出的原始數(shù)據(jù)只是反射物體的距離信息，需要對(duì)所有的點(diǎn)進(jìn)行幾何變換，且在后期處理中也要進(jìn)行大量的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等工作，這些對(duì)計(jì)算硬件提出了很高的要求。且激光雷達(dá)相較于其他傳感器成本較高，如谷歌的無(wú)人駕駛車輛使用的Velodyne64線激光雷達(dá)，價(jià)格高達(dá)7萬(wàn)美元以上。常用于配置高階無(wú)人駕駛。02激光雷達(dá)認(rèn)知（二）激光雷達(dá)特點(diǎn)在目標(biāo)檢測(cè)方面，Lidar生成的點(diǎn)云可以很好地探測(cè)反射障礙物的遠(yuǎn)近、大小，甚至表面形狀，輔助攝像頭檢測(cè)，有利于障礙物檢測(cè)準(zhǔn)確性的提高。在高精地圖采集方面，激光雷達(dá)采集點(diǎn)云信息，進(jìn)行周圍環(huán)境的感知與建模。激光雷達(dá)采集到的信息是構(gòu)成高精地圖的主要部分。02激光雷達(dá)認(rèn)知（二）激光雷達(dá)特點(diǎn)毫米波是指頻率為30～300GHz（波長(zhǎng)為1～10mm）的電磁波。毫米波雷達(dá)，是工作在毫米波波段（millimeterwave）的雷達(dá)，是測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)距離、相對(duì)速度、方位的高精度傳感器。毫米波雷達(dá)按探測(cè)距離可分為近距離（SRR）、中距離（MRR）和遠(yuǎn)距離（LRR）三類。03毫米波雷達(dá)認(rèn)知一般分為脈沖方式和調(diào)頻連續(xù)波方式兩種。脈沖方式的測(cè)量原理簡(jiǎn)單，但實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樾枰虝r(shí)間內(nèi)發(fā)射大功率信號(hào)脈沖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高。而大多數(shù)車載毫米波雷達(dá)則采用調(diào)頻連續(xù)波方式，這種雷達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以同時(shí)得到目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。車載毫米波雷達(dá)通過(guò)天線向外發(fā)射毫米波，接收目標(biāo)反射信號(hào)，經(jīng)過(guò)后方處理后快速準(zhǔn)確地獲取汽車車身周圍的物理環(huán)境信息。03毫米波雷達(dá)認(rèn)知（一）毫米波雷達(dá)原理03毫米波雷達(dá)認(rèn)知（二）毫米波雷達(dá)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1可以檢測(cè)30～100m遠(yuǎn)的物體，高性能毫米波雷達(dá)可以探測(cè)更遠(yuǎn)的物體；2不受天氣的影響，即使在最惡劣的天氣和光照條件下也能正常工作，穿透煙霧能力很強(qiáng)；3具有全天候、全天時(shí)的工作特性，且探測(cè)距離遠(yuǎn)、探測(cè)精度高。缺點(diǎn)1存在定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題，通常毫米波雷達(dá)對(duì)鏡像的定位是比較準(zhǔn)確的，但側(cè)向定位并不準(zhǔn)確，并且會(huì)有很多的誤判，分辨率低；2和激光雷達(dá)比較，精度低、可視范圍角度偏小，一般需要多個(gè)雷達(dá)組合使用；3傳輸?shù)氖遣豢梢?jiàn)電磁波，對(duì)很多物體識(shí)別較弱；對(duì)金屬表面非常敏感，一個(gè)彎曲的金屬表面會(huì)被誤認(rèn)為是一個(gè)面積很大的表面等。4存在互相干擾的問(wèn)題。1.應(yīng)用（L1~L4級(jí)）：毫米波雷達(dá)廣泛應(yīng)用于L1-L4級(jí)智能駕駛車輛。功能上主要承擔(dān)主動(dòng)安全功能以及行車的縱向功能。2.安裝位置：正向毫米波雷達(dá)一般布置在車輛中軸線，外露或隱藏在保險(xiǎn)杠內(nèi)部。雷達(dá)波束的中心平面要求與路面基本平行，考慮雷達(dá)系統(tǒng)誤差、結(jié)構(gòu)安裝誤差、車輛載荷變化后，需保證與路面夾角的最大偏差不超過(guò)5°。03毫米波雷達(dá)認(rèn)知（三）毫米波雷達(dá)應(yīng)用與安裝位置超聲波傳感器是一種運(yùn)用超聲波定位的雷達(dá)，通過(guò)發(fā)射并接收40kHz的超聲波，根據(jù)時(shí)間差算出障礙物距離。主要用于車輛周圍近距離的目標(biāo)檢測(cè)與測(cè)距。由于檢測(cè)距離比較短，測(cè)距精度為1～3cm，通常把它布置在車身的兩側(cè)以及后端。04超聲波傳感器認(rèn)知超聲波雷達(dá)由聲波發(fā)送器、聲波接收器、控制單元、電源等組成。其工作時(shí)超聲波發(fā)射器向外面某一個(gè)方向發(fā)射出超聲波信號(hào)，在發(fā)射超聲波時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行計(jì)時(shí)，超聲波通過(guò)空氣進(jìn)行傳播，傳播途中遇到障礙物就會(huì)立即反射傳播回來(lái)，超聲波接收器在收到反射波的時(shí)刻就立即停止計(jì)時(shí)。04超聲波傳感器認(rèn)知（一）超聲波傳感器原理超聲波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于：成本低，只要幾十到幾百；測(cè)距方法簡(jiǎn)單；防水、防塵，即使有少量的泥沙遮擋也不影響測(cè)量。在短距的情況下具有非常大的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)泊車的車位探測(cè)及行車盲點(diǎn)輔助。但是由于超聲波在空氣中傳播的速度較慢，當(dāng)目標(biāo)車速很高時(shí)，使用超聲波測(cè)距無(wú)法跟上汽車車距的實(shí)時(shí)變化，誤差較大；其次，在不同天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同，這會(huì)進(jìn)一步加大測(cè)量誤差；另一方面，超聲波散射角大，方向性較差，在測(cè)量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)時(shí)，其回波信號(hào)會(huì)比較弱，同樣會(huì)影響測(cè)量精度。04超聲波傳感器認(rèn)知（二）超聲波傳感器特點(diǎn)1.應(yīng)用（L1~L4級(jí)）主要用于倒車輔助；泊車位檢測(cè)；高速橫向輔助等相關(guān)功能。04超聲波傳感器認(rèn)知（三）超聲波雷達(dá)應(yīng)用與安裝位置表

倒車?yán)走_(dá)和泊車輔助UPA分類UPA類型角度探測(cè)距離倒車?yán)走_(dá)UPA120°80°泊車輔助APA0.15—3m0.3—7m2.安裝位置倒車?yán)走_(dá)UPA：安裝在汽車前后保險(xiǎn)杠上。泊車輔助APA：安裝在汽車側(cè)面，用于測(cè)量側(cè)方障礙物距離的超聲波雷達(dá)，稱為自動(dòng)泊車輔助傳感器（AutomaticparkingAssistant,APA）。04超聲波傳感器認(rèn)知全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS），又稱全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其包括一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星星座及其支持特定工作所需的增強(qiáng)系統(tǒng)。05全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認(rèn)知慣性測(cè)量單元（IMU）是所有定位系統(tǒng)中最關(guān)鍵的傳感器之一，它測(cè)量運(yùn)動(dòng)、加速度和旋轉(zhuǎn)速度的基本物理量。對(duì)車輛在時(shí)空中運(yùn)動(dòng)方式的基本了解對(duì)于自動(dòng)駕駛應(yīng)用至關(guān)重要，IMU是最可靠的傳感器，因?yàn)椴皇芨蓴_/迷惑，且不受天氣和其他環(huán)境條件的影響。05全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認(rèn)知慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要由3個(gè)模塊組成：慣性測(cè)量單元(InertialMeasurementUnit，IMU)、信號(hào)預(yù)處理單元、機(jī)械力學(xué)編排模塊。05全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認(rèn)知一個(gè)IMU包括：3個(gè)相互正交的單軸加速度計(jì)和3個(gè)相互正交的單軸陀螺儀。信號(hào)預(yù)處理部分對(duì)IMU輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、誤差補(bǔ)償，并檢查輸出量范圍等，以使慣性傳感器正常工作。由于IMU會(huì)有一定誤差，可通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒▽NSS和INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，為車輛定位提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的位置信息。05全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認(rèn)知多傳感器融合的數(shù)據(jù)主要包括：GNSS-RTK（測(cè)量型GNSS接收機(jī)）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和特征匹配自定位系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)；對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)融合等處理后，輸出車輛自身的速度、位置、姿態(tài)信息。05全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認(rèn)知表

車載常用傳感器特點(diǎn)匯總06產(chǎn)業(yè)傳感器系統(tǒng)配置方案（一）各類型傳感器特點(diǎn)匯總指標(biāo)傳感器激光雷達(dá)毫米波雷達(dá)超聲波雷達(dá)攝像頭精度探測(cè)距離<150m150m<10m<50m分辨率1mm10mm差差方向性能達(dá)到1度最小2度90度由鏡頭決定響應(yīng)時(shí)間快(10ms)快(1ms)慢（1s左右）一般(100ms)精度整體極高較高高一般環(huán)境適應(yīng)性溫度穩(wěn)定性好好一般一般傳感器臟、濕度影響差好差差環(huán)境適應(yīng)性整體惡劣天氣適應(yīng)性差；穿透力強(qiáng)惡劣天氣適應(yīng)性強(qiáng)；穿透力強(qiáng)惡劣天氣適應(yīng)性差；穿透力強(qiáng)惡劣天氣適應(yīng)性差；穿透力差成本高較高低一般功能實(shí)時(shí)建立周邊環(huán)境的三維模型自適應(yīng)巡航、自動(dòng)緊急制動(dòng)倒車提醒、自動(dòng)泊車車道偏離預(yù)警、前向碰撞預(yù)警、交通標(biāo)志識(shí)別、全景泊車、駕駛員注意力監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)精度極高，掃描周邊環(huán)境實(shí)時(shí)建立三維模型的功能暫無(wú)完美替代方案不受天氣影響，探測(cè)距離遠(yuǎn)，精度高成本低、近距離測(cè)量精度高成本低、可識(shí)別行人和交通標(biāo)志劣勢(shì)成本高，精度會(huì)成本高，難以識(shí)受惡劣天氣影響別行人只可探測(cè)近距依賴光線