智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)

課堂教學(xué)設(shè)計表章名稱節(jié)名稱目的

2020年月曰 授課學(xué)時 6學(xué)時 “理論 實踐4章智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知系統(tǒng)4.1環(huán)境感知的定義與組成4.2環(huán)境感知傳感器4.3道路識別 4.4車輛識別4.5行人識別 4.6交通標(biāo)志識別4.7交通信號燈識別使學(xué)生把握智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知的定義、組成及各種傳感器的用途；生疏超聲波傳感器、毫米波雷達(dá)和視覺傳感器的類型，特點(diǎn)及應(yīng)用；初步了解道路識另爪車輛識別、行人識別、交通標(biāo)志識別和交通信號燈識別；4.1

4.2 環(huán)境感知傳感器4.3教學(xué)內(nèi)容 4.54.7

交通信號燈識別

4.44.6

車輛識別交通標(biāo)志識別重點(diǎn)

道路識別車輛識別行人識別交通標(biāo)志識別交通信號燈識別

理論授課與視頻關(guān)心附課件中課堂小結(jié)審批意見

簽字：教師所編制的教案由所在教研室主任審批；

年 月 日備注 2.教研室主任編制的教案由所在二級學(xué)院院長〔或者專業(yè)帶頭人〕審批；二級學(xué)院院長編制的教案，有所屬專業(yè)的教研室主任審批。-1-板書設(shè)計說明：任課教師可依據(jù)黑板的屏數(shù)自行進(jìn)展板書設(shè)計。-2---1-教學(xué)內(nèi)容

目的、要求、方【導(dǎo)言】

法、手段、時間安排、板書預(yù)案等將來智能網(wǎng)聯(lián)汽車能夠在道路上有序的安全行駛，特別是無人駕駛汽車，不依靠駕駛員，汽車也能安全行駛；那么智能網(wǎng)聯(lián)汽車可無人駕駛汽車依靠什么技術(shù)進(jìn)展安全行駛呢？【內(nèi)容講授】環(huán)境感知系統(tǒng)的定義與組成一肯定義環(huán)境感知的定義環(huán)境感知就是利用車載超聲波傳感器、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、視覺傳感器，以及V2X通信技術(shù)等獵取道路、車輛位置和障礙物的信息，并將這些信息傳輸給車載掌握中心，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車供給決策依據(jù)，是 ADAS實現(xiàn)的第一步環(huán)境感知的對象主要有道路、車輛、行人、各種障礙物、交通標(biāo)志、交通信號燈等環(huán)境感知的組成信息采集單元、信息處理單元、信息傳輸單元2環(huán)境感知傳感器環(huán)境感知傳感器的類型與配置毫米波雷達(dá)激光雷達(dá)視覺傳感器環(huán)境感知傳感器的配置環(huán)境感知傳感器主要有超聲波傳感器、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、單 /雙/三目攝像頭、環(huán)視攝像頭等通用公司用于爭論L4級自動駕駛技術(shù)的Bolts516線束激光雷達(dá)21個毫米波雷達(dá)16個攝像頭環(huán)境感知傳感器的布局環(huán)境感知傳感器的融合

多媒體演示，5分鐘師生進(jìn)展?fàn)幷摥h(huán)節(jié)板書與多媒體教學(xué)相結(jié)合，理論內(nèi)容8分鐘重點(diǎn)內(nèi)容講授12分鐘，提問并答疑15分，進(jìn)展課堂爭論目的、要求、方教學(xué)內(nèi)容 法、手段、時間分配、板書預(yù)案等5分鐘征轉(zhuǎn)化，然后與視覺系統(tǒng)的圖像輸出進(jìn)展融合目標(biāo)級融合一一是對視覺傳感器和毫米波雷達(dá)輸出進(jìn)展綜合可信度加權(quán)，配合精度標(biāo)定信息進(jìn)展自適應(yīng)的搜尋匹配后融合輸出信號級融合一一是對視覺傳感器和毫米波雷達(dá)傳出的數(shù)據(jù)源進(jìn)展融合。信號級別的融合數(shù)據(jù)損失最小，牢靠性最高，但需要大量的運(yùn)算422 超聲波傳感器一肯定義 小結(jié)本節(jié)課3分鐘2分鐘聲音以波的形式傳播稱為聲波20000Hz的聲波稱為超聲波20Hz的聲波稱為次聲波頻率為20 000Hz的聲波就是人能夠聽見的聲波超聲波傳感器一一特點(diǎn)探測距離短，有盲區(qū)對顏色、光照度不敏感對光線和電磁場不敏感超聲波傳感器一一測距原理超聲波傳感器一一類型駐車關(guān)心傳感器〔UPAPDC—15~250cm泊車關(guān)心傳感器〔APAPLA—30~500cm超聲波傳感器一一主要參數(shù)測量范圍：15~500cm測量精度：測量值與真實值的偏差波束角：能量強(qiáng)度減小一半處的角度工作頻率：40kHz左右抗干擾性能：噪聲干擾反射回來的超聲波超聲波傳感器一一應(yīng)用最常見的是自動泊車關(guān)心系統(tǒng)前視攝像頭、前置毫米波雷達(dá)和 12個超聲波傳感器目的、要求、方教學(xué)內(nèi)容 法、手段、時間分配、板書預(yù)案等423毫米波雷達(dá)一肯定義工作在毫米波頻段的雷達(dá)。毫米波是指長度為110mm勺電磁波，對應(yīng)的頻30300GHz主要用于自適應(yīng)巡航掌握系統(tǒng)、自動制動關(guān)心系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)、行人檢測等毫米波雷達(dá)特點(diǎn)探測距離遠(yuǎn)，250m以上探測性能好響應(yīng)速度快適應(yīng)力量強(qiáng)抗干擾力量強(qiáng)掩蓋區(qū)域呈扇形，有盲點(diǎn)區(qū)域無法識別交通標(biāo)志無法識別交通信號毫米波雷達(dá)一一類型按工作原理分類：脈沖式、調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達(dá)按探測距離分類：短程(<60n)中程(100m左右)和遠(yuǎn)程(>200罰毫米波雷達(dá)按頻段分類：24GHz60GHz77GHz79GHz毫米波雷達(dá)77GHz24GHz毫米波雷達(dá)相比具有以下不冋77GHz毫米波雷達(dá)探測距離更遠(yuǎn)77GHz毫米波雷達(dá)的體積更小77GHz毫米波雷達(dá)所需要的工藝更高77GHz毫米波雷達(dá)的檢測精度更好77GHz毫米波雷達(dá)的射頻芯片不簡潔獵取毫米波雷達(dá)一一測量原理調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達(dá)是利用多普勒效應(yīng)測量得出目標(biāo)的距離和速度毫米波雷達(dá)一一工作過程天線-天線收發(fā)開關(guān)-接收機(jī)-信號處理器-計算分析-汽車掌握電路(PPT)4.2.3毫米波雷達(dá)一一布置正向布置，與路面夾角的最大偏差不超過 5°-3-目的、要求、方教學(xué)內(nèi)容 法、手段、時間分配、板書預(yù)案等布置高度，500〔滿載〕800mm〔空載〕毫米波雷達(dá)——主要指標(biāo)短程、中程、遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)類別：頻帶帶寬測距范圍取大視角測距精度方位精度測速精度毫米波雷達(dá)一一應(yīng)用自適應(yīng)巡航掌握系統(tǒng)、前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)、自動制動關(guān)心系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)、自動泊車關(guān)心系統(tǒng)、變道關(guān)心系統(tǒng)：盲區(qū)監(jiān)測、變道預(yù)警、后向碰撞預(yù)警、后向碰撞預(yù)警系統(tǒng)、424激光雷達(dá)——定義激光雷達(dá)是工作在光波頻段的雷達(dá)，它利用光波頻段的電磁波先向目標(biāo)放射探測信號，然后將其接收到的冋波信號與放射信號相比較，從而獲得目標(biāo)的位置〔距離、方位和高度〕、運(yùn)動狀態(tài)〔速度、姿勢〕等信息，實現(xiàn)對目標(biāo)的探測、跟蹤和識別激光雷達(dá) 特點(diǎn)探測范圍廣：可達(dá)300m以上。區(qū)分率咼：距離區(qū)分率可達(dá) 以內(nèi)；角度區(qū)分率不低于0.1mard信息量豐富：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)多維度圖像可全天候工作：不依靠于外界條件或目標(biāo)本身的輻射特性與毫米波雷達(dá)相比，產(chǎn)品體積大，本錢咼。不能識別交通標(biāo)志和交通信號燈激光雷達(dá)一一組成激光雷達(dá)系統(tǒng)由收發(fā)天線、收發(fā)前端、信號處理模塊、汽車掌握裝置和報警模塊組成-4-目的、要求、方教學(xué)內(nèi)容 法、手段、時間分配、板書預(yù)案等激光雷達(dá)一一測距原理脈沖測距法干預(yù)測距法：通過激光器放射出一束激光，通過分光鏡分為兩束相干光波，兩束光波各自經(jīng)過反射鏡 M1和M2反射回來，在分光鏡處又集合到一起。由于兩束光波的路差不同，通過干預(yù)后形成的明暗條紋也不同，所以傳感器將干預(yù)條紋轉(zhuǎn)換為電信號之后，就可以實現(xiàn)測距。相位測距法激光雷達(dá)一一類型機(jī)械激光雷達(dá)：帶有掌握激光放射角度的旋轉(zhuǎn)部件，體積較大，價格昂貴，測量精度相對較高，一般置于汽車頂部固態(tài)激光雷達(dá)：依靠電子部件來掌握激光放射角度，無須機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，故尺寸較小，可安裝于車體內(nèi)激光雷達(dá)公司Quanergy2016年公布的號稱全球首款的固態(tài)激光雷達(dá)S3,可以到達(dá)厘米級精度， 30Hz掃描頻率，0.1。的角區(qū)分率混合固態(tài)激光雷達(dá)：沒有大體積旋轉(zhuǎn)構(gòu)造，米用固定激光光源，通過內(nèi)部玻璃片旋轉(zhuǎn)的方式轉(zhuǎn)變激光光束方向，實現(xiàn)多角度檢測的需要，并且米用嵌入式安裝單線束激光雷達(dá)2D數(shù)據(jù)只能測量距離多線束激光雷達(dá)：4線束、8線束、16線束、32線束、64線束、128等，其2.5D3D激光雷達(dá)D:垂直視野范圍一般不超過3D:3040°以上

10°A8為了實現(xiàn)L3級別的自動駕駛，在汽車的進(jìn)氣格柵下布置了光雷達(dá)美國威力登(Velodyne128線束激光雷達(dá)的探測距離約是HDL-64E3300m,10倍，尺寸縮小了70%該產(chǎn)品是為L5級別自動駕駛而開發(fā)的激光雷達(dá)一一主要指標(biāo)距離區(qū)分率：是指兩個目標(biāo)物體可區(qū)分的最小距離

4線束激-5---6-教學(xué)內(nèi)容

目的、要求、方法、手段、時間分配、板書預(yù)案等最大探測距離：通常需要標(biāo)注基于某一個反射率下的測得值，例如白70%7%-20%反射率測距精度：是指對同一目標(biāo)進(jìn)展重復(fù)測量得到的距離值之間的誤差范圍圍測量幀頻：測量幀頻與攝像頭的幀頻概念一樣，刷率越高，響應(yīng)速

數(shù)據(jù)米樣率：是指每秒輸出的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，等于幀率乘以單幅圖像的點(diǎn)角度區(qū)分率：是指掃描的角度區(qū)分率，等于視場角除以該方向所米集的點(diǎn)云數(shù)目視場角：又分為垂直視場角和水平視場角，是激光雷達(dá)的成像范圍(8)波長：波長會影響雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)性和對人眼的安全性激光雷達(dá)一一應(yīng)用IBEOLUX(4IBEO公司借助高區(qū)分率激光測量技術(shù)，推出的第一款多功能的汽車智能傳感器。它擁有200m的探測距離，確定安全的1等級激光。

110。的寬視角，0.3行人保護(hù)：能檢測0.3 30m視場范圍內(nèi)全部的行人自適應(yīng)巡航掌握系統(tǒng)的啟和停：可在動行駛

0 200km/h的速度范圍內(nèi)實現(xiàn)自車道偏離預(yù)警：可以檢測車輛行駛前方的車道線標(biāo)識和潛在的障礙，冋時也可以計算車輛在道路中的位置自動緊急制動：實時檢測車輛行駛前方的全部靜止的和移動的物體，并且推斷它們的外形，當(dāng)要發(fā)生危急時，自動緊急制動預(yù)碰撞處理：通過分析全部的環(huán)境掃描數(shù)據(jù)，不管馬上發(fā)生什么樣的碰撞，會在碰撞發(fā)生前 100ms發(fā)出警告交通擁堵關(guān)心：消退頻繁啟停，實現(xiàn)低速下的自動跟車和車道保持(7)低速防碰撞功能：在30km/h下，LUX(4線束)激光雷達(dá)檢測并分析前方的路況，車輛會在發(fā)生碰撞前自動停駛視覺傳感器一肯定義目的、要求、方教學(xué)內(nèi)容 法、手段、時間分配、板書預(yù)案等視覺傳感器主要由光源、鏡頭、圖像傳感器、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像處理器、圖像存儲器等組成，其主要功能是獵取足夠的機(jī)器視覺系統(tǒng)要處理的原始圖像。把光源、攝像機(jī)、圖像處理器、標(biāo)準(zhǔn)的掌握與通信接口等集成一體的視覺傳感器，常稱為一個智能圖像米集與處理單兀視覺傳感器一一特點(diǎn)信息量極為豐富：不僅包含有視野內(nèi)物體的距離信息，而且還有該物體的顏色、紋理、深度和外形等信息多任務(wù)檢測：在視野范圍內(nèi)可同時實現(xiàn)道路檢測、車輛檢測、行人檢測、交通標(biāo)志檢測、交通信號燈檢測等實時獵取場景信息：供給的信息不依靠于先驗學(xué)問，比方賴地圖信息，有較強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境的力量應(yīng)用廣泛：可以前視、后視、側(cè)視、內(nèi)視等視覺傳感器一一類型

GPS導(dǎo)航依環(huán)視視覺傳感器一一要求視覺傳感器工藝要求：在工藝上的首要特性是快速，以 140km/h的速度為例，汽車每秒要移動40m為避開兩次圖像信息獵取間隔期間自動駕駛的距離過長，要求攝像機(jī)具有30幀/秒的影像捕獲率，在汽車制造商的規(guī)格中，甚至提出了120幀/秒的要求。視覺傳感器功能要求：高動態(tài)：在較暗環(huán)境和明暗差異較大下仍能實現(xiàn)識別中低像素：為降低計算處理的負(fù)擔(dān)，攝像頭的像素并不需要格外高，目前30 120萬像素已經(jīng)能滿足要求

60幀/角度要求：對于環(huán)視和后視攝像頭，一般米用頭；前置攝像頭一般米用55°的范圍

135°以上的廣角鏡安全性：相比工業(yè)級和生活級攝像頭，車載攝像頭在安全級別上要求更高，尤其是前置攝像頭安全級別要求更高目的、要求、方教學(xué)內(nèi)容 法、手段、時間分配、板書預(yù)案等溫度要求：車載攝像頭溫度范圍為-40C 80C防磁抗震：汽車啟動時會產(chǎn)生極高的電磁，車載攝像頭必需具備極高的防磁抗震的牢靠性壽命長：壽命至少要在8 10年才能滿足要求視覺傳感器一一主要指標(biāo)像素：像素越多，代表著它能夠感測到更多的物體細(xì)節(jié)，從而圖像就越清楚幀率：幀率代表單位時間所記錄或播放的圖片的數(shù)量靶面尺寸：就是圖像傳感器感光局部的大小。一般用英寸來表示，通常這個數(shù)據(jù)指的是這個圖像傳感器的對角線長度，如常見的有大，意味著通光量越好，而靶面越小則比較簡潔獲得更大的景深

1/3英寸，靶面越感光度：代表入射光線的強(qiáng)弱。感光度越高，感光面對光的敏感度就越強(qiáng)，快門速度就越高(5)壓對于噪聲電壓的比值，典型值為越大說明對噪聲的掌握越好

信噪比：是信號電45 55dB,信噪比電子快門：用來掌握圖像傳感器的感光時間，電子快門越快，感光度越低，因此適合在強(qiáng)光下拍攝視覺傳感器一一功能具有車道線識別、障礙物檢測、交通標(biāo)志和地面標(biāo)志識別、交通信號燈識別、可通行空間檢測等功能視覺傳感器一一應(yīng)用如圖-PPTADAS功能的需要，安裝位置分為前視、后視、側(cè)視以及內(nèi)置攝像頭。實現(xiàn)自動駕駛時將安裝道路識別一肯定義

6個以上攝像頭真實的道路通過激光雷達(dá)轉(zhuǎn)換成汽車生疏的道路，供自動駕駛汽車行駛；或通過視覺傳感器識別出車道線，供給車輛在當(dāng)前車道中的位置，幫助智能網(wǎng)聯(lián)汽車提咼行駛的安全性。道路識別的識別與分類目的、要求、方教學(xué)內(nèi)容 法、手段、時間分配、板書預(yù)案等依據(jù)道路類型的不冋，道路分為構(gòu)造化道路和非構(gòu)造化道路。道路圖像的特點(diǎn)各種條件下的道路圖像：道路識別的流程和方法一一流程TTTT車道線提取道路識別的流程和方法一一方法基于區(qū)域分割的識別方法基于道路特征的識別方法基于道路模型的識別方法基于道路特征與模型相結(jié)合的識別方法車道線識別舉例：原始圖像、圖像灰度化、圖像濾波、圖像二值化、圖像邊緣檢測、霍夫變換、車道線檢測車輛識別一肯定義車牌識別就是利用攝像頭對監(jiān)控路面過往車輛的特征圖像和車輛全景圖像進(jìn)行實時拍攝，利用圖像處理的分析方法，提取出車牌區(qū)域，進(jìn)而對車牌區(qū)域進(jìn)展字符分割和識別，從而對車輛進(jìn)展治理。攝像機(jī)顯示屏

組成如圖快速閘機(jī)計算機(jī)軟硬件等車牌識別 流程TTTTT結(jié)果輸出4.4.1車牌識別方法基于模板匹配的字符識別算法：速度快，實時性好基于特征的統(tǒng)計匹配法：應(yīng)用效果不抱負(fù)，抗干擾性不強(qiáng)基于邊緣檢測和水平灰度變化特征的方法：使用多基于顏色相像度及彩色邊緣的算法：一般不單獨(dú)使用車牌識別舉例1-1.讀取原始圖像--10-目的、要求、方教學(xué)內(nèi)容 法、手段、時間分配、板書預(yù)案等1-2.轉(zhuǎn)換成灰度圖像1-3.邊緣檢測1-4.圖像腐蝕1-5.圖像膨脹1-6.提取車牌區(qū)域1- 7.原始圖像切割2-1.切割后的圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像2-2.對灰度圖像進(jìn)展直方圖均衡化2-3.灰度圖像二值化2-4.中值濾波2-5.計算每個字符的位置，并逐一進(jìn)展切割后得到只儲存單一字符的圖像3.字符識別運(yùn)動車輛識別基于特征的識別方法基于機(jī)器學(xué)習(xí)的識別方法基于光流場的識別方法基于模型的識別方法行人識別 疋義行人識別是承受安裝在車輛前方的視覺傳感器采集前方場景的圖像信息，通過一系列簡單的算法分析處理這些圖像信息，實現(xiàn)對行人的識別行人識別的定義與類型一一類型可見光行人的檢測：承受的視覺傳感器為一般的光學(xué)攝像頭，格外符合人的正常視覺習(xí)慣，而且硬件本錢格外低廉。但是受到光照條件的限制，該方法只能應(yīng)用在白天，在光照條件很差的陰雨天或夜間則無法使用紅外行人的檢測：承受紅外熱成像攝像頭，利用物體發(fā)出的熱紅外線進(jìn)展成像，不依靠于光照，具有很好的夜視功能，在白天和晚上都適用，尤其是在夜間以及光線較