第3章 環(huán)境感知技術(shù)

第三章

環(huán)境感知技術(shù)第一節(jié)環(huán)境感知技術(shù)概述第二節(jié)

超聲波傳感器第三節(jié)毫米波雷達(dá)第四節(jié)激光雷達(dá)第五節(jié)視覺傳感器智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(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)等獲取道路、車輛位置和障礙物的信息，并將這些信息傳輸給車載控制中心，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供決策依據(jù)，是高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)實現(xiàn)的第一步。第一節(jié)

環(huán)境感知技術(shù)概述環(huán)境感知定義1）基于單一傳感器的環(huán)境感知方法，如超聲波傳感器、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、視覺傳感器等。2）基于自組織網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境感知方法，如V2X通信技術(shù)。3）基于傳感器信息融合的環(huán)境感知方法，如采用視覺傳感器+毫米波雷達(dá)、視覺傳感器+超聲波傳感器融合等。第一節(jié)

環(huán)境感知技術(shù)概述環(huán)境感知方法環(huán)境感知系統(tǒng)組成智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知系統(tǒng)由信息采集單元、信息處理單元和信息傳輸單元組成。1）信息采集單元對環(huán)境的感知和判斷是智能網(wǎng)聯(lián)汽車工作的前提與基礎(chǔ)，感知系統(tǒng)獲取周圍環(huán)境和車輛信息的實時性及穩(wěn)定性，直接關(guān)系到后續(xù)檢測或識別準(zhǔn)確性和執(zhí)行有效性。2）信息處理單元信息處理單元主要是對信息采集單元輸送來的信號，通過一定的算法對道路、車輛、行人、交通標(biāo)志、交通信號燈等進(jìn)行識別。3）信息傳輸單元信息處理單元對環(huán)境感知信號進(jìn)行分析后，將信息送入傳輸單元，傳輸單元根據(jù)具體情況執(zhí)行不同的操作，信息傳輸單元把信息傳輸?shù)絺鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)上，實行車輛內(nèi)部資源共享；也可以把處理信息通過自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸給車輛周圍的其他車輛，實現(xiàn)車輛與車輛之間信息共享。環(huán)境感知傳感器配置智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(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，它們在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的配置與自動駕駛級別有關(guān)，自動駕駛級別越高，配置的傳感器越多。傳感器數(shù)量/個最小感知范圍備注環(huán)視攝像頭(高清)48m①前、側(cè)向毫米波雷達(dá)信息處理策略有差異,不能互換②毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)互為冗余③不同供應(yīng)商的傳感器探測范圍有差異,表中數(shù)據(jù)僅供參考前視攝像頭(單目)150°/150m超聲波傳感器125m側(cè)向毫米波雷達(dá)(24GHz)4110*/60m前向毫米波雷達(dá)(77GHz)115°/170m激光雷達(dá)1110*/100m隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車配備的先進(jìn)傳感器的數(shù)量將會逐漸增加，預(yù)計無人駕駛汽車將會裝配30個左右先進(jìn)傳感器。聲音以波的形式傳播稱為聲波。按頻率分類，頻率低于20Hz的聲波稱為次聲波；頻率為20Hz～20kHz的聲波稱為可聽波，即人耳能分辨的聲波；頻率大于20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波傳感器也稱超聲波雷達(dá)，它是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。超聲波傳感器有一個發(fā)射頭和一個接收頭，安裝在同一面上。在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)射頭發(fā)射特定頻率的超聲波，遇到檢測面反射部分超聲波；接收頭接收返回的超聲波，由芯片記錄聲波的往返時間，并計算出距離值。第二節(jié)超聲波傳感器1）超聲波傳感器有效探測距離一般在5～10m之間，但會有一個最小探測盲區(qū)，一般在幾十毫米。2）超聲波對色彩、光照度不敏感，可適用于識別透明、半透明及漫反射差的物體。3）超聲波對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中。4）超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，信息處理簡單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進(jìn)行實時控制。超聲波傳感器的特點超聲波傳感器的類型常見的超聲波傳感器有兩種。第一種是安裝在汽車前后保險杠上的，也就是用于探測汽車前后障礙物的傳感器，探測距離一般在15～250cm之間，稱為PDC（停車距離控制）傳感器，也稱為UPA（駐車輔助傳感器）；第二種是安裝在汽車側(cè)面的，是用于測量停車位長度的超聲波傳感器，探測距離一般在30～500cm之間，稱為PLA（自動泊車輔助）傳感器，也稱為APA（泊車輔助傳感器）。超聲波傳感器的測距原理超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波脈沖，經(jīng)媒質(zhì)(空氣)傳到障礙物表面，反射后通過媒質(zhì)(空氣)傳到接收器，測出超聲脈沖從發(fā)射到接收所需的時間，根據(jù)媒質(zhì)中的聲速，求得從探頭到障礙物表面之間的距離。設(shè)探頭到障礙物表面的距離為L，超聲波在空氣中的傳播速度為v(約為340m/s)，從發(fā)射到接收所需的傳播時間為t，當(dāng)發(fā)射器和接收器之間的距離遠(yuǎn)小于探頭到障礙物之間的距離時，則有L=vt/2。超聲波傳感器的主要參數(shù)1）超聲波傳感器的測量范圍取決于其使用的波長和頻率。波長越長，頻率越小，檢測距離越大，如具有毫米級波長的緊湊型傳感器的測量范圍為300～500mm，波長大于5mm的傳感器測量范圍可達(dá)10m。2）測量精度是指傳感器測量值與真實值的偏差。超聲波傳感器測量精度主要受被測物體體積、表面形狀、表面材料等影響。被測物體體積過小、表面形狀凹凸不平、物體材料吸收聲波等情況都會降低超聲波傳感器測量精度。測量精度越高，感知信息越可靠。3）波束角超聲波傳感器產(chǎn)生的超聲波以一定角度向外發(fā)出，超聲波沿傳感器中軸線方向上的超聲射線能量最大，能量向其他方向逐漸減弱。以傳感器中軸線的延長線為軸線，到一側(cè)能量強(qiáng)度減小一半處的角度稱為波束角。波束角越小，指向性越好。一些超聲波傳感器具有較窄（6°）的波束角，更適合精確測量相對較小的物體。一些波束角在12°～15°的超聲波傳感器能夠檢測具有較大傾角的物體。超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中最常見的應(yīng)用是自動泊車輔助系統(tǒng)。自動泊車輔助系統(tǒng)包含8個PDC傳感器(用于探測周圍障礙物)和4個PLA傳感器(用于測量停車位的長度)。當(dāng)駕駛?cè)笋{駛汽車以30km/h以下速度行駛，且側(cè)面與其間距保持在0.5～1.5m時，PLA傳感器會自動檢測兩側(cè)外部空間，探測到的所有合適的空間都會被系統(tǒng)儲存下來。如果空間足夠泊車，駕駛?cè)丝梢酝＼嚭髵烊氲箵酰⒙俚管?。系統(tǒng)會按照事先計算好的軌跡自動控制前輪轉(zhuǎn)向，無需駕駛?cè)瞬倏v轉(zhuǎn)向盤。毫米波雷達(dá)是工作在毫米波頻段的雷達(dá)。毫米波是指波長在1～10mm的電磁波，對應(yīng)的頻率范圍為30～300GHz。毫米波雷達(dá)是ADAS(AdvancedDriverAssistanceSystem)核心傳感器。毫米波位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，所以毫米波兼有這兩種波譜的優(yōu)點，同時也有自己獨特的性質(zhì)。與微波相比，毫米波的分辨率高，指向性好，抗干擾能力強(qiáng)和探測性能好。與紅外波相比，毫米波的大氣衰減小，對煙霧和灰塵具有更好的穿透性，受天氣影響小。第三節(jié)毫米波雷達(dá)毫米波雷達(dá)的優(yōu)點1）毫米波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)250m左右。2）毫米波的傳播速度快，與光速一樣，并且其調(diào)制簡單，配合高速信號處理系統(tǒng)，可以快速地測量出目標(biāo)的角度、距離、速度等信息。3）適應(yīng)能力強(qiáng)毫米波具有很強(qiáng)的穿透能力，在雨、雪、大霧等惡劣天氣依然可以正常工作，而且不受顏色與溫度的影響。毫米波雷達(dá)的缺點是覆蓋區(qū)域呈扇形，有盲點區(qū)域；無法識別道路標(biāo)線、交通標(biāo)志和交通信號燈。（1）毫米波雷達(dá)按工作原理的不同可以分為脈沖式毫米波雷達(dá)與調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達(dá)。脈沖式毫米波雷達(dá)通過發(fā)射脈沖信號與接收脈沖信號之間的時間差來計算目標(biāo)距離；調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達(dá)是利用多普勒效應(yīng)測量得出不同目標(biāo)的距離和速度。目前大多數(shù)車載毫米波雷達(dá)都采用調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達(dá)。（2）毫米波雷達(dá)按探測距離可分為近距離（SRR）、中距離（MRR）和遠(yuǎn)距離（LRR）毫米波雷達(dá)。（3）毫米波雷達(dá)按采用的毫米波頻段不同，劃分有24GHz、60GHz、77GHz和79GHz毫米波雷達(dá)，主流可用頻段為24GHz和77GHz，如圖2-13所示。79GHz有可能是未來發(fā)展趨勢。毫米波雷達(dá)的類型77GHz毫米波雷達(dá)與24GHz毫米波雷達(dá)相比具有以下不同。1）77GHz毫米波雷達(dá)探測距離更遠(yuǎn)。2）77GHz毫米波雷達(dá)的體積更小。3）77GHz毫米波雷達(dá)所需要的工藝更高。4）77GHz毫米波雷達(dá)的檢測精度更好。5）相對于24GHz毫米波雷達(dá)的射頻芯片，77GHz雷達(dá)射頻的芯片更不易獲取。毫米波雷達(dá)的測量原理調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達(dá)是利用多普勒效應(yīng)測量得出不同目標(biāo)的距離和速度，它通過發(fā)射源向給定目標(biāo)發(fā)射毫米波信號，并分析發(fā)射信號時間、頻率和反射信號回波信號時間、頻率之間的差值，精確測量出目標(biāo)相對于雷達(dá)的距離和運動速度等信息。雷達(dá)調(diào)頻器通過天線發(fā)射毫米波信號，發(fā)射信號遇到目標(biāo)后，經(jīng)目標(biāo)的反射會產(chǎn)生回波信號，發(fā)射信號遇到運動目標(biāo)后反射的信號為動態(tài)目標(biāo)回波信號，當(dāng)遇到靜止目標(biāo)反射的信號為靜態(tài)目標(biāo)回波信號，發(fā)射信號與回波信號相比形狀相同，時間上存在差值。測距和測速的計算公式分別為：奧地利物理學(xué)家多普勒發(fā)現(xiàn):當(dāng)波源和觀察者之間有相對運動時,觀察者會感到頻率的變化。

s為相對距離；c為光速；Δt為發(fā)射信號與回波信號的時間間隔；T為信號發(fā)射周期；f’為發(fā)射信號與反射信號回波信號的頻率差；Δf為調(diào)頻帶寬；fd為多普勒頻率；f0為發(fā)射信號的中心頻率；u為相對速度。毫米波雷達(dá)的目標(biāo)識別流程毫米波雷達(dá)的目標(biāo)識別是通過分析回波特征信息，通過各種特征空間變換來抽取目標(biāo)的特性參數(shù)，并將抽取的特性參數(shù)與已建立的數(shù)據(jù)庫中的目標(biāo)特征參數(shù)進(jìn)行比較、辨別和分類。1）特征信息提取利用發(fā)射源與目標(biāo)處于相對靜止?fàn)顟B(tài)時的中頻信號進(jìn)行目標(biāo)特征信息的提取，以有效進(jìn)行目標(biāo)識別。2）特征空間變換是利用梅林變換等正交變換方法，解除不同目標(biāo)特征間的相關(guān)性，加強(qiáng)不同目標(biāo)特征間的可分離性，最終剔除冗余特征，達(dá)到減少計算量的目的。3）識別算法識別算法主要有空目標(biāo)去除、無效目標(biāo)去除和靜止目標(biāo)去除。4）目標(biāo)特征庫的建立有3種方法：通過實際試驗數(shù)據(jù)建立，通過半實物仿真數(shù)據(jù)建立，通過虛擬仿真數(shù)據(jù)建立。5）識別結(jié)果輸出把識別結(jié)果輸出到有關(guān)的控制系統(tǒng)中，完成相應(yīng)的控制功能。毫米波雷達(dá)的應(yīng)用為了滿足不同距離范圍的探測需要，一輛汽車上會安裝多個近距離、中距離和遠(yuǎn)距離毫米波雷達(dá)。其中24GHz雷達(dá)系統(tǒng)主要實現(xiàn)近距離（SRR）探測，77GHz雷達(dá)系統(tǒng)主要實現(xiàn)中距離（MRR）和遠(yuǎn)距離（LRR）探測。不同的毫米波雷達(dá)在車輛前方、側(cè)方和后方發(fā)揮不同的作用。例如自適應(yīng)巡航控制需要3個毫米波雷達(dá)，車輛正中間一個77GHz的LRR，探測距離在150～250m之間，角度為10°左右；車輛兩側(cè)各一個24GHz的SRR，角度都為30°，探測距離在50～70m之間。毫米波雷達(dá)類型近距離雷達(dá)(SRR)中距離雷達(dá)(MRR)遠(yuǎn)距離雷達(dá)(LRR)工作頻段/GHz247777探測距離/m小于60100左右大于200功能自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)

★(前方)★(前方)前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)

★(前方)★(前方)自動緊急制動系統(tǒng)

★(前方)★(前方)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)★(側(cè)方)★(側(cè)方)

自動泊車輔助系統(tǒng)★(前方)(后方)★(側(cè)方)

變道輔助系統(tǒng)★(后方)★(后方)

后碰撞預(yù)警系統(tǒng)★(后方)★(后方)

行人檢測系統(tǒng)★(前方)★(前方)

駐車開門輔助系統(tǒng)★(側(cè)方)

毫米波雷達(dá)的布置毫米波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的布置分為正向毫米波雷達(dá)布置、側(cè)向毫米波雷達(dá)布置和毫米波雷達(dá)布置高度。1）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5°。2）側(cè)向毫米波雷達(dá)在車輛四角呈左右對稱布置，前側(cè)向毫米波雷達(dá)與車輛行駛方向成45°夾角，后側(cè)向毫米波雷達(dá)與車輛行駛方向成30°夾角，雷達(dá)波束的中心平面與路面基本平行，角度最大偏差仍需控制在5°以內(nèi)。3）毫米波雷達(dá)布置高度毫米波雷達(dá)在Z方向探測角度一般只有±5°，雷達(dá)安裝高度太高會導(dǎo)致下盲區(qū)增大，太低又會導(dǎo)致雷達(dá)波束射向地面，地面反射帶來雜波干擾，影響雷達(dá)的判斷。因此，毫米波雷達(dá)的布置高度（即地面到雷達(dá)模塊中心點的距離），一般建議在500mm（滿載狀態(tài)）至800mm（空載狀態(tài)）之間。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）、運動狀態(tài)（速度、姿態(tài)）等信息，實現(xiàn)對目標(biāo)的探測、跟蹤和識別。激光雷達(dá)根據(jù)安裝位置的不同，分為兩大類，一類安裝在無人駕駛汽車的四周，另一類安裝在無人駕駛汽車的車頂。車載激光雷達(dá)普遍采用多個激光發(fā)射器和接收器，建立三維點云圖，從而達(dá)到實時環(huán)境感知的目的。第四節(jié)激光雷達(dá)激光雷達(dá)的優(yōu)點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，也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標(biāo)，并可同時跟蹤多個目標(biāo)；距離分辨率可達(dá)0.1m；速度分辨率能達(dá)到10m/s以內(nèi)。2）探測范圍廣，探測距離可達(dá)300m左右。3）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。4）全天候工作激光激光雷達(dá)，不依賴于外界光照條件或目標(biāo)本身的輻射特性，它只需發(fā)射自己的激光束，通過探測發(fā)射激光束的回波信號來獲取目標(biāo)信息；但容易受到大氣條件以及工作環(huán)境煙塵的影響，且不具備攝像頭能識別交通標(biāo)志的功能。毫米波雷達(dá)的組成智能網(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、汽車控制裝置和報警模塊組成。1）收發(fā)天線向車輛前方發(fā)出發(fā)射信號，并接收反射信號。2）收發(fā)前端是雷達(dá)系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)信號調(diào)制、射頻信號的發(fā)射接收及接收信號解調(diào)。3）信號處理模塊自動分析、計算與前方車輛的距離和相對速度，并且防止轉(zhuǎn)彎時錯誤測量臨近車道車輛的情況發(fā)生。4）汽車控制裝置是控制汽車的自動操作系統(tǒng)，達(dá)到自動減速慢速行車，或緊急制動。通過限制發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、調(diào)節(jié)制動力及變速器擋位，控制汽車行駛速度。5）報警模塊根據(jù)設(shè)定的安全車距和報警距離，以適當(dāng)方式給駕駛?cè)藞缶?，保障汽車安全行駛。毫米波雷達(dá)的類型1．按有無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件分激光雷達(dá)按有無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，可分為機(jī)械激光雷達(dá)、固態(tài)激光雷達(dá)和混合固態(tài)激光雷達(dá)。（1）機(jī)械激光雷達(dá)機(jī)械激光雷達(dá)帶有控制激光發(fā)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。（2）固態(tài)激光雷達(dá)固態(tài)激光雷達(dá)則依靠電子部件來控制激光發(fā)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)。（3）混合固態(tài)激光雷達(dá)混合固態(tài)激光雷達(dá)沒有大體積旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，采用固定激光光源，通過內(nèi)部玻璃片旋轉(zhuǎn)的方式改變激光光束方向，實現(xiàn)多角度檢測的需要，并且采用嵌入式安裝。64線束、32線束和16線束的激光雷達(dá)毫米波雷達(dá)的類型2．根據(jù)線束數(shù)量的多少分根據(jù)線束數(shù)量的多少，激光雷達(dá)又可分為單線束激光雷達(dá)與多線束激光雷達(dá)。（1）單線束激光雷達(dá)單線束激光雷達(dá)掃描一次只產(chǎn)生一條掃描線，其所獲得的數(shù)據(jù)為2D數(shù)據(jù)，因此無法區(qū)別有關(guān)目標(biāo)物體的3D信息。但由于單線束激光雷達(dá)具有測量速度快、數(shù)據(jù)處理量少等特點，多被應(yīng)用于安全防護(hù)、地形測繪等領(lǐng)域。（2）多線束激光雷達(dá)多線束激光雷達(dá)掃描一次可產(chǎn)生多條掃描線。目前市場上多線束激光雷達(dá)產(chǎn)品包括4線束、8線束、16線束、32線束、64線束等，其細(xì)分可分為2.5D激光雷達(dá)及3D激光雷達(dá)。2.5D激光雷達(dá)與3D激光雷達(dá)最大的區(qū)別在于激光雷達(dá)垂直視野的范圍，前者垂直視野范圍一般不超過10°，而后者可達(dá)到30°甚至40°以上，這也就導(dǎo)致兩者對于激光雷達(dá)在汽車上的安裝位置要求有所不同。毫米波雷達(dá)的測距原理通過測算激光發(fā)射信號與激光回波信號的往返時間，從而計算出目標(biāo)的距離。首先，激光雷達(dá)發(fā)出激光束，激光束碰到障礙物后被反射回來，被激光接收系統(tǒng)進(jìn)行接收和處理，從而得知激光從發(fā)射至被反射回來并接收之間的時間，即激光的飛行時間，根據(jù)飛行時間，可以計算出障礙物的距離。根據(jù)所發(fā)射激光信號的不同形式，激光測距方式可分為脈沖法激光測距和相位法激光測距兩大類。脈沖法激光測距法是通過激光雷達(dá)的發(fā)射器發(fā)出脈沖激光照射到障礙物后會有部分激光反射回來，由激光雷達(dá)的接收器接收。S為發(fā)射器與目標(biāo)物間距離，c為光速，T為激光雷達(dá)內(nèi)部記錄的脈沖往返時間間隔，同時激光雷達(dá)內(nèi)部可以記錄發(fā)射和接收的飛行時間間隔，根據(jù)光速可以計算出要測量的距離。毫米波雷達(dá)的測距原理相位法激光測距法由激光發(fā)射器發(fā)出強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)激光信號，照射到障礙物后反射回來，測量光束在往返中會產(chǎn)生相位的變化，通過計算激光信號在雷達(dá)與障礙物之間來回飛行產(chǎn)生的相位差，換算出障礙物的距離。S為發(fā)射器與目標(biāo)物間距離，c為激光速度，為總的相位差，f為調(diào)制頻率。毫米波雷達(dá)的應(yīng)用激光雷達(dá)具有高精度電子地圖和定位、障礙物識別、可通行空間檢測、障礙物軌跡預(yù)測等功能。1）高精度電子地圖和定位利用多線束激光雷達(dá)的點云信息與車載組合慣導(dǎo)采集的信息，進(jìn)行高精度電子地圖制作。2）障礙物識別利用高精度電子地圖限定感興趣區(qū)域（ROI）后，根據(jù)障礙物特征和識別算法，進(jìn)行障礙物檢測與識別。4）障礙物軌跡預(yù)測根據(jù)激光雷達(dá)的感知數(shù)據(jù)與障礙物所在車道的拓?fù)潢P(guān)系（道路連接關(guān)系）進(jìn)行障礙物的軌跡預(yù)測，以此作為無人駕駛汽車規(guī)劃（避障、換道、超車等）的判斷依據(jù)。IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)是德國IBEO公司借助高分辨率激光測量技術(shù)推出的第一款多功能汽車智能傳感器。它擁有110°的寬視角，0.3～200m的探測距離，絕對安全的1等級激光。IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)不僅輸出原始掃描數(shù)據(jù)，同時輸出每個測量對象的數(shù)據(jù)，如位置、尺寸、縱向速度、橫向速度等，擁有遠(yuǎn)距離、智能分辨率、全天候等能力，結(jié)合110°的寬視角，在以下7個方面擁有出色的性能。（1）行人保護(hù)當(dāng)一個人出現(xiàn)在車輛行駛的前方路面上時，需要車輛提供保護(hù)的場合。IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)能檢測0.3～30m視場范圍內(nèi)的所有行人。通過分析對象的外形、速度和腿部移動來區(qū)分行人與普通物體，傳感器在啟動安全保護(hù)措施前300ms時發(fā)出警告，這樣便可在發(fā)生碰撞之前保護(hù)行人。（2）自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的啟和停基于IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)可在0～200km/h的速度范圍內(nèi)實現(xiàn)自動行駛，可在沒有駕駛?cè)藥椭那闆r下自動調(diào)整車速，如有必要，制動停行。寬視場范圍使得它能及時地檢測到并線的車輛，并且快速判斷它的橫向速度。（3）車道偏離預(yù)警IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)可以檢測車輛行駛前方車道線標(biāo)識和潛在的障礙，同時也可以計算車輛在道路中的位置。如果車輛可能會偏離航線，系統(tǒng)會立即發(fā)出預(yù)警。（4）自動緊急制動IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)實時檢測車輛行駛前方所有靜止的和移動的物體，并且判斷它們的外形，當(dāng)要發(fā)生危險時，自動緊急制動。該系統(tǒng)僅在駕駛員不能避免碰撞的情況下才動作，因為它釋放最大的壓力直到車輛停止，它能充分的降低強(qiáng)烈速度沖擊和由此帶來的并發(fā)事故。（5）預(yù)碰撞處理通過分析所有的環(huán)境掃描數(shù)據(jù)，不管是即將發(fā)生什么樣的碰撞（如擦碰），預(yù)碰撞功能都會在碰撞發(fā)生前100ms發(fā)出警告。IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)能計算出碰撞的初始接觸點并且采取措施以減小碰撞，提前啟動安全系統(tǒng)。（6）交通擁堵輔助針對城市擁堵路況，IBEOLUX（4線）激光雷達(dá)能夠在上下班路上消除頻繁啟停而帶來的煩惱。駕駛?cè)酥恍枵莆蘸闷囖D(zhuǎn)向盤，該功能在時速小于30km/h的路況下顯得尤為重要。緩和的加/減速度和可靠的行人保護(hù)功能，使車輛駕駛既安全又省心。（7）低速防碰撞功能行駛途中，哪怕是一小會的分神也有可能導(dǎo)致事故發(fā)生，引入低速防碰撞功能，使得以前在30km/h時速下時常發(fā)生的類似事故不再發(fā)生，IBEOLUX（4線）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，駕駛員可安全到達(dá)目的地。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，其主要功能是獲取足夠的機(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)的控制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采集與處理單元。內(nèi)部程序存儲器可存儲圖像處理算法，并能使用計算機(jī)，利用專用組態(tài)軟件編制各種算法并下載到視覺傳感器的程序存儲器中。第五節(jié)視覺傳感器視覺傳感器的特點1）視覺圖像的信息量極為豐富，尤其是彩色圖像，不僅包含視野內(nèi)物體的距離信息，還有物體的顏色、紋理、深度和形狀等信息。2）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，信息獲取面積大。當(dāng)多輛智能網(wǎng)聯(lián)汽車同時工作時，不會出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象。3）視覺信息獲取的是實時的場景圖像，提供的信息不依賴于先驗知識，比如GPS導(dǎo)航依賴地圖信息，有較強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境的能力。

4）視覺傳感器應(yīng)用廣泛，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中可以前視、后視、側(cè)視、內(nèi)視、環(huán)視等。以前視為例，夜視、車道偏離預(yù)警、碰撞預(yù)警、交通標(biāo)志識別等要求視覺系統(tǒng)在各種天氣、路況條件下，能夠清晰識別車道線、車輛、障礙物、交通標(biāo)志等。視覺傳感器的類型視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用是以攝像頭方式出現(xiàn)的，主要用于車道偏離預(yù)警系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)、自動制動輔助系統(tǒng)中的障礙物檢測和道路檢測等。攝像頭一般分為單目、雙目、三目和環(huán)視等類型。1．單目攝像頭單目攝像頭一般安裝在前擋風(fēng)玻璃上部，用于探測車輛前方環(huán)境，識別道路、車輛、行人等。先通過圖像匹配進(jìn)行目標(biāo)識別（各種車型、行人、物體等），再通過目標(biāo)在圖像中的大小去估算目標(biāo)距離。這就要求對目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確識別，然后要建立并不斷維護(hù)一個龐大的樣本特征數(shù)據(jù)庫，保證這個數(shù)據(jù)庫包含待識別目標(biāo)的全部特征數(shù)據(jù)。如果缺乏待識別目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，就無法估算目標(biāo)的距離，導(dǎo)致ADAS的漏報。單目攝像頭的優(yōu)點是成本低廉，能夠識別具體障礙物的種類，且識別準(zhǔn)確；缺點是由于其識別原理導(dǎo)致其無法識別沒有明顯輪廓的障礙物，工作準(zhǔn)確率與外部光線條件有關(guān)，并且受限于數(shù)據(jù)庫，沒有自學(xué)習(xí)功能。2．雙目攝像頭雙目攝像頭是通過對兩幅圖像視差的計算，直接對前方景物（圖像所拍攝到的范圍）進(jìn)行距離測量，而無須判斷前方出現(xiàn)的是什么類型的障礙物。依靠兩個平行布置的攝像頭產(chǎn)生的視差，找到同一個物體所有的點，依賴精確的三角測距，就能夠算出攝像頭與前方障礙物的距離，實現(xiàn)更高的識別精度和更遠(yuǎn)的探測范圍。相比單目攝像頭，雙目攝像頭沒有識別率的限制，無須先識別，可直接進(jìn)行測量；直接利用視差計算距離精度更高；無須維護(hù)樣本數(shù)據(jù)庫。但因為檢測原理上的差異，雙目視覺方案在距離測算上相比于單目，其硬件成本和計算量級都大幅增加。3．三目攝像頭三目攝像頭感知范圍更大，但同時標(biāo)定三個攝像頭，工作量大。4．環(huán)視攝像頭環(huán)視攝像頭一般至少包括4個攝像頭，實現(xiàn)360°環(huán)境感知。攝像頭分為紅外攝像頭和普通攝像頭：紅外攝像頭既適合白天工作，也適合黑夜工作；普通攝像頭只適合白天工作，不適合黑夜工作。目前車輛上使用的主要是紅外攝像頭。視覺傳感器的功能視覺傳感器具有車道線識別、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、可行空間檢測等功能。（1）車道線識別。車道線是視覺傳感器能夠感知的最基本的信息，擁有車道線識別功能，即可實現(xiàn)高速公路的車道保持功能。（2）障礙物檢測。障礙物種類很多，如汽車、行人、自行車、動物等，有了障礙物信息，無人駕駛汽車即可完成車道內(nèi)的跟車行駛。（3）交通標(biāo)志和地面標(biāo)志識別。交通標(biāo)志和地面標(biāo)志可作為道路特征與高精度地圖做匹配后輔助定位，也可以基于這些感知結(jié)果進(jìn)行地圖的更新。（4）交通信號燈識別。交通信號燈狀態(tài)的感知能力對于城區(qū)行駛的無人駕駛汽車十分重要。