智能駕駛計算平臺應(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

《智能駕駛計算平臺應(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算平臺與傳感器接入的方法《智能駕駛計算平臺應(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個傳感器?，F(xiàn)某4S店邀請你到店，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，請你以某款車為例進行講解傳感器的分布以及各類傳感器的作用。知識目標1.認識智能駕駛車載常用傳感器。1.掌握車載攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、GNSS/IMU的基本組成、類型、原理、特點及優(yōu)缺點。2.了解智能駕駛行業(yè)傳感器系統(tǒng)配置方案。技能目標1.立足專業(yè)技能，明確自身職業(yè)方向。素養(yǎng)目標Learningobjective學(xué)習(xí)目標全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認知05.產(chǎn)業(yè)傳感器系統(tǒng)配置方案06.視覺傳感器認知01.激光雷達認知02.毫米波雷達認知03.超聲波傳感器認知04.《智能駕駛計算平臺應(yīng)用技術(shù)》視覺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視覺傳感器認知華為車規(guī)單目雙目視覺傳感器魚眼鏡頭采集圖像攝像頭是一種被動探測的傳感器，其自身不產(chǎn)生探測信號，通過接收外界的光信號并轉(zhuǎn)化為電信號，根據(jù)編碼協(xié)議編碼圖像信號，通過低電壓差分信號（LVDS）傳輸方式將圖像傳輸至圖像處理芯片（ECU），經(jīng)過圖像信號質(zhì)量處理后，再傳遞至圖像處理單元（GPU），利用深度學(xué)習(xí)或機器學(xué)習(xí)算法識別圖像中不同層次目標（道路、行人、車輛、障礙物）。目標識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)目標識別的樣本需要不斷迭代和更新。01視覺傳感器認知（一）詳細實現(xiàn)過程一方面，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，存在物體識別基于機器學(xué)習(xí)資料庫，需要的訓(xùn)練樣本非常大，訓(xùn)練周期長，難以識別非標準障礙物等問題。01視覺傳感器認知（二）視覺傳感器特點1.應(yīng)用在目標檢測方面，攝像頭由于其分辨率較高，且能夠感知顏色，自動駕駛感知系統(tǒng)主要用其進行周圍環(huán)境的感知，包括車道線、車輛、交通標志等。在高精地圖采集方面，攝像頭采集周圍環(huán)境的圖像，進行環(huán)境的感知與建模。01視覺傳感器認知（三）視覺傳感器應(yīng)用與安裝位置自動駕駛輔助功能使用攝像頭具體功能車道偏離預(yù)警LDW前視當前攝像頭檢測到車輛即將偏離車道線時，發(fā)出警報前向碰撞預(yù)警FCW前視當攝像頭檢測到與前車距離過近，可能追尾，發(fā)出警報交通標志識別TSR前視、側(cè)視識別前方道路兩側(cè)的交通標志車道保持輔助LKA前視當前視攝像頭檢測到車輛即將偏離車道線時，向控制中心發(fā)出信息，由控制中心發(fā)出指令，及時糾正行駛方向行人碰撞預(yù)警PCW前視前攝像頭標記前方道路行人，在可能發(fā)生碰撞時發(fā)出警報盲點檢測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后視泊車時將在車尾的影像顯示在駕駛艙，預(yù)測并標記倒車軌跡，輔助駕駛員泊車駕駛員注意力檢測內(nèi)置安裝在車內(nèi)，用于檢測駕駛員是否疲勞、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。前視會搭配長焦、廣角共同使用，其他位置攝像頭以廣角鏡頭為主。01視覺傳感器認知激光雷達又稱為光學(xué)雷達（LightDetectionAndRanging，LiDAR），是一種先進的光學(xué)遙感技術(shù)；激光雷達按線束劃分可分為單線和多線，單線激光雷達只能完成平面掃描，多線激光雷達是指同時發(fā)射及接收多束激光的激光旋轉(zhuǎn)測距雷達。02激光雷達認知單線激光雷達掃描多線激光雷達掃描激光雷達是由激光發(fā)射系統(tǒng)、光電接收系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)等組成。激光發(fā)射器：發(fā)射波長在600~1000nm的激光用于探測環(huán)境和物體。掃描與光學(xué)部件：用于收集發(fā)射點與反射點之間的距離，及反射時間和水平角度。感光部件：用于檢測反射回來光線的強度。02激光雷達認知（一）激光雷達原理通過三個部件的工作，激光雷達工作時向外發(fā)射激光束，根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時間、強弱程度等，計算目標與自己的相對距離、方位、運動狀態(tài)及表面光學(xué)特性。激光光束可以準確測量視場中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對距離，這些輪廓信息組成所謂的“點云”并繪制出3D環(huán)境地圖。02激光雷達認知激光雷達工作原理圖3D環(huán)境地圖一方面，激光雷達定位精度非常高，且工作時長不受光照條件的限制，可全天候工作。另一方面，激光雷達在使用過程中時刻都在產(chǎn)生海量的點云數(shù)據(jù)，而給出的原始數(shù)據(jù)只是反射物體的距離信息，需要對所有的點進行幾何變換，且在后期處理中也要進行大量的坐標系轉(zhuǎn)換等工作，這些對計算硬件提出了很高的要求。且激光雷達相較于其他傳感器成本較高，如谷歌的無人駕駛車輛使用的Velodyne64線激光雷達，價格高達7萬美元以上。常用于配置高階無人駕駛。02激光雷達認知（二）激光雷達特點在目標檢測方面，Lidar生成的點云可以很好地探測反射障礙物的遠近、大小，甚至表面形狀，輔助攝像頭檢測，有利于障礙物檢測準確性的提高。在高精地圖采集方面，激光雷達采集點云信息，進行周圍環(huán)境的感知與建模。激光雷達采集到的信息是構(gòu)成高精地圖的主要部分。02激光雷達認知（二）激光雷達特點毫米波是指頻率為30～300GHz（波長為1～10mm）的電磁波。毫米波雷達，是工作在毫米波波段（millimeterwave）的雷達，是測量被測物體相對距離、相對速度、方位的高精度傳感器。毫米波雷達按探測距離可分為近距離（SRR）、中距離（MRR）和遠距離（LRR）三類。03毫米波雷達認知一般分為脈沖方式和調(diào)頻連續(xù)波方式兩種。脈沖方式的測量原理簡單，但實際應(yīng)用中很難實現(xiàn)，因為需要短時間內(nèi)發(fā)射大功率信號脈沖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高。而大多數(shù)車載毫米波雷達則采用調(diào)頻連續(xù)波方式，這種雷達結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可以同時得到目標的相對距離和相對速度。車載毫米波雷達通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標反射信號，經(jīng)過后方處理后快速準確地獲取汽車車身周圍的物理環(huán)境信息。03毫米波雷達認知（一）毫米波雷達原理03毫米波雷達認知（二）毫米波雷達特點優(yōu)點1可以檢測30～100m遠的物體，高性能毫米波雷達可以探測更遠的物體；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；3具有全天候、全天時的工作特性，且探測距離遠、探測精度高。缺點1存在定位不準確的問題，通常毫米波雷達對鏡像的定位是比較準確的，但側(cè)向定位并不準確，并且會有很多的誤判，分辨率低；2和激光雷達比較，精度低、可視范圍角度偏小，一般需要多個雷達組合使用；3傳輸?shù)氖遣豢梢婋姶挪?，對很多物體識別較弱；對金屬表面非常敏感，一個彎曲的金屬表面會被誤認為是一個面積很大的表面等。4存在互相干擾的問題。1.應(yīng)用（L1~L4級）：毫米波雷達廣泛應(yīng)用于L1-L4級智能駕駛車輛。功能上主要承擔主動安全功能以及行車的縱向功能。2.安裝位置：正向毫米波雷達一般布置在車輛中軸線，外露或隱藏在保險杠內(nèi)部。雷達波束的中心平面要求與路面基本平行，考慮雷達系統(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°。03毫米波雷達認知（三）毫米波雷達應(yīng)用與安裝位置超聲波傳感器是一種運用超聲波定位的雷達，通過發(fā)射并接收40kHz的超聲波，根據(jù)時間差算出障礙物距離。主要用于車輛周圍近距離的目標檢測與測距。由于檢測距離比較短，測距精度為1～3cm，通常把它布置在車身的兩側(cè)以及后端。04超聲波傳感器認知超聲波雷達由聲波發(fā)送器、聲波接收器、控制單元、電源等組成。其工作時超聲波發(fā)射器向外面某一個方向發(fā)射出超聲波信號，在發(fā)射超聲波時刻的同時開始進行計時，超聲波通過空氣進行傳播，傳播途中遇到障礙物就會立即反射傳播回來，超聲波接收器在收到反射波的時刻就立即停止計時。04超聲波傳感器認知（一）超聲波傳感器原理超聲波雷達的優(yōu)勢在于：成本低，只要幾十到幾百；測距方法簡單；防水、防塵，即使有少量的泥沙遮擋也不影響測量。在短距的情況下具有非常大的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于自動泊車的車位探測及行車盲點輔助。但是由于超聲波在空氣中傳播的速度較慢，當目標車速很高時，使用超聲波測距無法跟上汽車車距的實時變化，誤差較大；其次，在不同天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同，這會進一步加大測量誤差；另一方面，超聲波散射角大，方向性較差，在測量較遠距離的目標時，其回波信號會比較弱，同樣會影響測量精度。04超聲波傳感器認知（二）超聲波傳感器特點1.應(yīng)用（L1~L4級）主要用于倒車輔助；泊車位檢測；高速橫向輔助等相關(guān)功能。04超聲波傳感器認知（三）超聲波雷達應(yīng)用與安裝位置表

倒車雷達和泊車輔助UPA分類UPA類型角度探測距離倒車雷達UPA120°80°泊車輔助APA0.15—3m0.3—7m2.安裝位置倒車雷達UPA：安裝在汽車前后保險杠上。泊車輔助APA：安裝在汽車側(cè)面，用于測量側(cè)方障礙物距離的超聲波雷達，稱為自動泊車輔助傳感器（AutomaticparkingAssistant,APA）。04超聲波傳感器認知全球?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為用戶提供全天候的3維坐標和速度以及時間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其包括一個或多個衛(wèi)星星座及其支持特定工作所需的增強系統(tǒng)。05全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認知慣性測量單元（IMU）是所有定位系統(tǒng)中最關(guān)鍵的傳感器之一，它測量運動、加速度和旋轉(zhuǎn)速度的基本物理量。對車輛在時空中運動方式的基本了解對于自動駕駛應(yīng)用至關(guān)重要，IMU是最可靠的傳感器，因為不受干擾/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認知慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要由3個模塊組成：慣性測量單元(InertialMeasurementUnit，IMU)、信號預(yù)處理單元、機械力學(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認知一個IMU包括：3個相互正交的單軸加速度計和3個相互正交的單軸陀螺儀。信號預(yù)處理部分對IMU輸出信號進行信號調(diào)理、誤差補償，并檢查輸出量范圍等，以使慣性傳感器正常工作。由于IMU會有一定誤差，可通過適當?shù)姆椒▽NSS和INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)進行融合，為車輛定位提供準確、實時的位置信息。05全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航單元IMU認知多傳感器融合的數(shù)據(jù)主要包括：GNSS-RTK（測量型GNSS接收機）、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)；對這些數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、數(shù)據(jù)配準、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認知表

車載常用傳感器特點匯總06產(chǎn)業(yè)傳感器系統(tǒng)配置方案（一）各類型傳感器特點匯總指標傳感器激光雷達毫米波雷達超聲波雷達攝像頭精度探測距離<150m150m<10m<50m分辨率1mm10mm差差方向性能達到1度最小2度90度由鏡頭決定響應(yīng)時間快(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；穿透力強惡劣天氣適應(yīng)性強；穿透力強惡劣天氣適應(yīng)性差；穿透力強惡劣天氣適應(yīng)性差；穿透力差成本高較高低一般功能實時建立周邊環(huán)境的三維模型自適應(yīng)巡航、自動緊急制動倒車提醒、自動泊車車道偏離預(yù)警、前向碰撞預(yù)警、交通標志識別、全景泊車、駕駛員注意力監(jiān)測優(yōu)勢精度極高，掃描周邊環(huán)境實時建立三維模型的功能暫無完美替代方案不受天氣影響，探測距離遠，精度高成本低、近距離測量精度高成本低、可識別行人和交通標志劣勢成本高，精度會成本高，難以識受惡劣天氣影響別行人只可探測近距依賴光線