任務(wù)1.2 ADAS傳感器類型

ADAS傳感器的類型

目前ADAS常用的環(huán)境感知傳感器主要有攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)四種，本文將針對(duì)這四種傳感器進(jìn)行介紹，其它應(yīng)用較少的紅外傳感器等本文不予涉及。一、攝像頭傳感器攝像頭安裝使用簡(jiǎn)單、獲取的圖像信息量大、投入成本低、作用范圍廣，并且近些年更是得益于數(shù)字圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)硬件性能的提高，已經(jīng)成為ADAS不可或缺的一類傳感器。攝像頭傳感器在ADAS中的主要作用：攝像頭根據(jù)鏡頭和布置方式的不同可分為以下四類：

單目攝像頭、雙目攝像頭、三目攝像頭和環(huán)視攝像頭，如下表。攝像頭傳感器工作原理:攝像頭的大致工作原理如下：圖像處理，將圖片轉(zhuǎn)換為二維數(shù)據(jù)；模式識(shí)別，通過(guò)圖像匹配進(jìn)行識(shí)別，如車輛、行人、車道線、交通標(biāo)志等；利用物體的運(yùn)動(dòng)模式或雙目定位，計(jì)算目標(biāo)物體與本車的相對(duì)距離和相對(duì)速度。車載攝像頭主要有鏡頭(包括lens和光感CMOS芯片等)模組和信號(hào)處理模組兩部分，分為普通單目頭、魚(yú)眼單目攝像頭、多目攝像頭，目前市場(chǎng)上主要是單目攝像頭為主。單目攝像頭還是未來(lái)的主流，伴隨著環(huán)視系統(tǒng)的發(fā)展，未來(lái)單輛車載攝像頭預(yù)期達(dá)到6個(gè)以上，其中至少1個(gè)前視（單或雙目等），1個(gè)后視（一般單目）和4個(gè)環(huán)視（一般魚(yú)眼）。除了常規(guī)可見(jiàn)光攝像頭，還有紅外攝像頭、熱成像攝像頭、變焦攝像頭等特殊種類。攝像頭傳感器應(yīng)用攝像頭在汽車?yán)镉腥缦碌膽?yīng)用和功能：監(jiān)視: 如可視倒車所用的攝像頭；環(huán)視系統(tǒng)的魚(yú)眼攝像頭；公交車的攝像頭，分別監(jiān)視司機(jī)、車前、車后、車內(nèi)、前后車門(mén)等位置；2)監(jiān)測(cè)預(yù)警: 如駕駛員行為監(jiān)測(cè)；3)測(cè)量與識(shí)別：車輛前方目標(biāo)識(shí)別與目標(biāo)動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)量，屬于各種ADAS預(yù)警與控制功能的重要傳感器。攝像頭傳感器的弱點(diǎn)攝像頭的弱點(diǎn)在于其識(shí)別能力受環(huán)境影響非常大，雨雪霧沙塵霾都會(huì)使其識(shí)別能力減低，抵抗強(qiáng)光的能力也不夠強(qiáng)。另外攝像頭對(duì)于模棱兩可的目標(biāo)識(shí)別能力有限，對(duì)于沒(méi)見(jiàn)過(guò)的目標(biāo)也不容易正確分類。二、超聲波雷達(dá)傳感器

超聲波傳感器的工作原理 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，見(jiàn)圖。超聲波雷達(dá)成本較低，探測(cè)距離精度高，且不受光線條件的影響，因此常用于泊車系統(tǒng)中。

常見(jiàn)的超聲波雷達(dá)車上常見(jiàn)的超聲波雷達(dá)一般用于低速輔助，如倒車?yán)走_(dá)，輔助泊車，自動(dòng)泊車等。第一種稱為UPA，安裝在汽車前后保險(xiǎn)杠上，用于探測(cè)汽車前后障礙物，探測(cè)距離一般在（0.15~2.5）m；另一種稱為APA，安裝在汽車側(cè)面，用于探測(cè)汽車側(cè)方障礙物，探測(cè)距離一般在（0.3~5）m。泊車系統(tǒng)一般配備前后共8個(gè)UPA，左右側(cè)共4個(gè)APA。例如：在2018年上海進(jìn)博會(huì)期間的運(yùn)營(yíng)的公交車，每輛公交車上裝載10個(gè)超聲波雷達(dá)。超聲波雷達(dá)的弱點(diǎn)受環(huán)境溫度影響較大（不同環(huán)境溫度下，超聲波傳播速度有差異）、無(wú)法精確描述障礙物位置及響應(yīng)時(shí)間較慢。毫米波是指長(zhǎng)度在（1~10）mm的電磁波，對(duì)應(yīng)的頻率范圍在（30~300）GHz，由于其波長(zhǎng)在毫米量級(jí)，因此處于該頻率范圍的電磁波也被工程師們稱為毫米波。毫米波雷達(dá)就是工作在毫米波頻段的雷達(dá)。毫米波位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長(zhǎng)范圍，所以毫米波兼有這兩種波譜的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有自己獨(dú)特的性質(zhì)：相比于微波，毫米波分辨率高、指向性好、抗干擾能力強(qiáng)和探測(cè)性能好；相比于紅外波，毫米波的大氣衰減小、對(duì)煙霧灰塵具有更好的穿透性、受天氣影響小。以上這些特質(zhì)決定了毫米波雷達(dá)具有全天時(shí)、全天候的工作能力。三、毫米波雷達(dá)傳感器

以AudiA8的傳感器布局為例，看下不同頻段毫米波雷達(dá)的功能。短距離雷達(dá)：24GHz頻段如圖所示被標(biāo)注了橙色框的Cornerradar和Rearradar，就是頻段在24GHz左右的雷達(dá)。、處在該頻段上的雷達(dá)的檢測(cè)距離有限，因此常用于檢測(cè)近處的障礙物（車輛）。圖中的這4個(gè)角雷達(dá)，能夠?qū)崿F(xiàn)的ADAS功能有盲點(diǎn)檢測(cè)、變道輔助等；在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中常用于感知車輛近處的障礙物，為換道決策提供感知信息。三、毫米波雷達(dá)傳感器

三、毫米波雷達(dá)傳感器

以AudiA8的傳感器布局為例，看下不同頻段毫米波雷達(dá)的功能。長(zhǎng)距離雷達(dá)：77GHz或79GHz頻段如圖所示，被標(biāo)注為綠色框的Long-rangeradar，即為頻段在77GHz左右的雷達(dá)。性能良好的77GHz雷達(dá)的最大檢測(cè)距離可以達(dá)到160米以上，因此常被安裝在前保險(xiǎn)杠上，正對(duì)汽車的行駛方向。長(zhǎng)距離雷達(dá)能夠用于實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)、高速公路跟車等ADAS功能；同時(shí)也能滿足自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，對(duì)障礙物距離、速度和角度的測(cè)量需求。四、激光雷達(dá)傳感器

激光雷達(dá)的發(fā)射器發(fā)射出一束激光，激光光束遇到物體后，經(jīng)過(guò)漫反射，返回至激光接收器，雷達(dá)模塊根據(jù)發(fā)送和接收信號(hào)的時(shí)間間隔乘以光速，再除以2，即可計(jì)算出發(fā)射器與物體的距離。四、激光雷達(dá)傳感器

激光雷達(dá)根據(jù)安裝位置的不同，分類兩大類：一類安裝在車的四周，另一類安裝在車的車頂。安裝在車四周的激光雷達(dá)，其激光線束一般小于8，常見(jiàn)的有單線激光雷達(dá)和四線激光雷達(dá)。安裝在車頂?shù)募す饫走_(dá)，其激光線束一般不小于16，常見(jiàn)的有16/32/64線激光雷達(dá)。

應(yīng)用的技術(shù)超聲波雷達(dá)攝像頭(Vsion)激光雷達(dá)毫米波雷達(dá)遠(yuǎn)距離探測(cè)能力弱強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)夜間工作能力強(qiáng)弱強(qiáng)強(qiáng)全天候工作能力弱弱弱強(qiáng)受氣候影響小大大小惡劣環(huán)境(煙霧、雨雪)工作能力一般弱弱強(qiáng)溫度穩(wěn)定度弱強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)車速測(cè)量能力一般