◆文/江蘇 周曉飛

(接上期)

一、激光雷達(dá)

1.激光雷達(dá)相關(guān)定義

China SAE標(biāo)準(zhǔn)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)標(biāo)注要求及方法》對激光雷達(dá)、場景、點(diǎn)云等給出一系列的定義和規(guī)范。

激光雷達(dá)(l g h t d e t e c t i o n a n d ranging)：發(fā)射激光束并接收回波以獲取目標(biāo)三維信息的系統(tǒng)。

2.激光雷達(dá)特點(diǎn)

車載激光雷達(dá)是目前車載環(huán)境感知精度最高的感知方式，探測距離可達(dá)300m，精度可控制在厘米級。

激光雷達(dá)以激光作為載波，激光是光波波段電磁輻射。具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①全天候工作，不受白天和黑夜的光照條件的限制。

②激光束發(fā)散角小，能量集中，有更好的分辨率和靈敏度。

③可以獲得幅度、頻率和相位等信息，可以探測從低速到高速的目標(biāo)。

④抗干擾能力強(qiáng)，隱蔽性好。激光不受無線電波干擾。

3.激光雷達(dá)類型

車載激光雷達(dá)根據(jù)其掃描方式的不同，可分為機(jī)械激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。機(jī)械激光雷達(dá)外表上最大的特點(diǎn)就是總成有機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(圖1)。

固態(tài)激光雷達(dá)由于無需旋轉(zhuǎn)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，依靠電子部件來控制激光發(fā)射角度，其結(jié)構(gòu)相對簡單、體積較小，可安裝于車體內(nèi)。長遠(yuǎn)來看微機(jī)電系統(tǒng)激光雷達(dá)(MEMS)、快閃激光雷達(dá)(Flash)等固態(tài)激光雷達(dá)有望成為重點(diǎn)。

4.激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)原理

激光雷達(dá)主要包括激光發(fā)射、掃描系統(tǒng)、激光接收和信息處理四大系統(tǒng)，這四個系統(tǒng)相輔相成，形成傳感閉環(huán)。一般由光學(xué)發(fā)射部件、光電接收部件、運(yùn)動部件和信號處理模塊等部件組成。

激光雷達(dá)工作原理是向指定區(qū)域發(fā)射探測信號(激光束)，經(jīng)過目標(biāo)物反射后，收集反射回來的信號，與發(fā)射信號進(jìn)行處理比較，即可獲得待測區(qū)域環(huán)境和目標(biāo)物體的有關(guān)空間信息，如目標(biāo)距離、方位角、尺寸、移動速度等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對特定區(qū)域的環(huán)境和目標(biāo)進(jìn)行探測、跟蹤和識別。

5.微機(jī)電系統(tǒng)激光雷達(dá)(MEMS)

法雷奧SCALA激光雷達(dá)是一款已經(jīng)應(yīng)用到量產(chǎn)車上的車規(guī)級激光雷達(dá)(圖2)，擁有145°的水平視場角(FOV)，可以探測到150m以內(nèi)的動態(tài)或靜態(tài)障礙物，垂直視場角為3.2°(圖3)。已經(jīng)搭載在奧迪款A(yù)8、A6等車型上(圖4)。

法雷奧SCALA激光掃描儀主要包含三個部分，激光單元、旋轉(zhuǎn)掃描鏡和主板。光束操作單元是旋轉(zhuǎn)掃描鏡，光源是高功率激光二極管，探測器是具有三個敏感單元的光電二極管(APD)陣列，并裝配在帶有玻璃窗口的低成本印刷電路板主板(PCB)上。

MEMS激光雷達(dá)的一大優(yōu)勢是沒有了傳統(tǒng)機(jī)械雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)部件，通過在硅基芯片上集成的MEMS微振鏡來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式旋轉(zhuǎn)裝置，由微振鏡反射激光形成較廣的掃描角度和較大的掃描范圍。

6.雙激光雷達(dá)

例如小鵬P5汽車搭載的雙激光雷達(dá)，也就是采用雙棱鏡的掃描方案，可以提升識別縱向和橫向位置精度，提升障礙物識別率。單顆激光雷達(dá)的橫向FOV為120°，雙雷達(dá)組合可以覆蓋到前方橫向150°的視野，最遠(yuǎn)可以主動探測到150m外的黑色低反射率目標(biāo)(10%反射率目標(biāo)物)。

二、視覺采集系統(tǒng)

1.視覺傳感器相關(guān)術(shù)語

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的視覺可以說是車對內(nèi)外界的感覺，這種感覺需要視覺傳感器來獲取，視覺傳感器就是俗稱的攝像頭。

車載攝像頭指安裝在汽車上，用于監(jiān)控汽車內(nèi)外環(huán)境情況以輔助汽車駕駛員行駛的攝像設(shè)備。

全景影像監(jiān)測系統(tǒng)(around view monitoring system；AVMS)向駕駛員提供車輛周圍360°范圍內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)影像信息的系統(tǒng)。

在GB/T《智能網(wǎng)聯(lián)汽車 術(shù)語和定義》中，這樣定義感知：

感知(perception)駕駛自動化系統(tǒng)獲取車輛周圍駕駛環(huán)境信息的技術(shù)。這里周圍駕駛環(huán)境包括可通行區(qū)域、道路標(biāo)志、道路標(biāo)線、交通參與者、障礙物等。

在GB/T36415-2018《汽車行業(yè)信息化 實(shí)施規(guī)范》中，也定義了“感知層”，對感知層的圖形傳感器的智能識別做出說明。

2. 攝像頭的類型和特點(diǎn)

單目攝像頭搭配毫米波雷達(dá)與超聲波雷達(dá)，完全可以滿足L1、L2，以及部分L3場景下的功能。除了較為多見的單目與雙目攝像頭方案，多目(三個及以上)攝像頭也在應(yīng)用，如蔚來和特斯拉。攝像頭特點(diǎn)如表1所示。

3. 攝像頭安裝位置

車載攝像頭是主流感知系統(tǒng)必備的傳感器，根據(jù)其在自動駕駛汽車上的安裝位置，車載攝像頭可以分為前視(圖5)、后視(圖6)、側(cè)視(圖7)等車內(nèi)監(jiān)控(圖8)多種類型(表2)。

全景影像系統(tǒng)(圖9)是通過前后左右至少四顆攝像頭采集車身周圍圖像，合成一幅360°俯視圖，并通過顯示屏顯示出來的泊車輔助系統(tǒng)。

以長安某款車?yán)e全景影像，圖10全景界面主要包括3個區(qū)域：界面操作區(qū)域①②③④、環(huán)視圖區(qū)域⑤⑥⑦⑧、單視圖區(qū)域⑨⑩??。

當(dāng)然，就舉例的圖7而言，攝像頭較少，全景影像可能使物體在屏暮上的輪廓變形,因此不能完全依靠影像估算本車與障礙物，車輛、行人等的距離,行車必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷,確保安全。

全景系統(tǒng)分辦率限制，某些物體不能顯示或不能清楚的顯示,例如細(xì)隔離柱、格柵和樹木等全景影像前后視圖仍存在少量視野盲區(qū)。要始終注意觀察汽車周圍。

全景影像只能在屏幕上顯示二維圖像,由于缺少空間深度,很難或根本不能通過全景影像識別路面上的突出物或凹坑。

分辨率代表著圖像是否能夠清晰地呈現(xiàn)，在一定程度上決定著圖像的品質(zhì)。分辨率的高低取決于攝像頭中圖像傳感器芯片上像素多少，其像素越多，則攝像頭的分辨率就會越高。分辨率的大小決定著所拍攝圖像的清晰度，攝像頭分辨率越高，成像后對細(xì)節(jié)的展示就越明顯。

三、多傳感器融合

傳感器是智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵部件，各種傳感器都有不同的特征和優(yōu)缺點(diǎn)，將很多傳感器的信息進(jìn)行融合(包括定位信息、雷達(dá)、攝像頭等)會達(dá)到更精準(zhǔn)可靠探測周圍環(huán)境的效果。現(xiàn)在毫米波雷達(dá)和計(jì)算機(jī)視覺攝像頭等的融合應(yīng)用已非?？煽俊?/p>

智能網(wǎng)聯(lián)汽車ADAS感知系統(tǒng)所采用的傳感器包括超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)以及各種形式的攝像頭，或是由這些感知傳感器進(jìn)行不同組合形成的多融合的感知系統(tǒng)。攝像頭+毫米波雷達(dá)+激光雷達(dá)的配置已經(jīng)成為智能駕駛的標(biāo)準(zhǔn)組合。例如：

1.理想0NE搭載800萬像素輔助駕駛前攝像頭、前向毫米波雷達(dá)、4個角毫米波雷達(dá)、12個超聲波雷達(dá)、4個環(huán)視視攝像頭；

2.蔚來ES8搭載了1個三目前向攝像頭、4個環(huán)視攝像頭、5個毫米波雷達(dá)、12個超聲波傳感器；

3.威馬W6(ACE極智版、X特別版)在售車輛搭載了共24個視覺傳感器，包括4個高清環(huán)視攝像頭、2個高清前視攝像頭、5個亳米波雷達(dá)12個超聲波雷達(dá)、1個駕駛行為檢測攝像頭；測量單元)等多種感知硬件對環(huán)境進(jìn)行視覺+雷達(dá)360°雙重感知(圖12)。

上述例舉這些車載傳感器的融合使用更大程度上可360°(有些甚至540°AR底盤透視)感知路面信息。這些都是多傳感器融合的工作模式，每個傳感器提供互不相同的環(huán)境信息特征 ,此時(shí)配置多個傳感器目的是增強(qiáng)系統(tǒng)環(huán)境感知能力。

四、智能視覺系統(tǒng)

4.極氪汽車的視覺融合感知系統(tǒng)搭載了含7個800萬像素長距高清攝像頭、1個250m超長感知毫米波雷達(dá)、12個短距超聲波雷達(dá)、4個短距環(huán)視高清攝像頭、2個車內(nèi)監(jiān)測攝像頭、1個車外監(jiān)測攝像頭、1個后流媒體攝像頭；

5.智幾(iML7)汽車搭載了12個高精度攝像頭、5個毫米波雷達(dá)、12個超聲波傳感器，并兼容激光雷達(dá)軟硬件架構(gòu)升級方案(圖11)；

6.極狐(阿爾法S華為Hi)搭載了3個激光雷達(dá)、6個毫米波雷達(dá)12個超聲波雷達(dá)9個ADS攝像頭4個環(huán)視攝像頭；

7.小鵬P7(智尊版、鵬翼版)搭載了5個高精毫米波雷達(dá)、12個超聲波傳感器、4個環(huán)視攝像頭、10個高感知攝像頭；

8.小鵬P5(550P、600P版)融合了2個激光雷達(dá)、12個超聲波傳感器、5個毫米波雷達(dá)、13個高感知攝像頭、1套亞米級高精定位單元(GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)+IMU慣性

智能視覺系統(tǒng)是直觀上講是一種視野上的視覺感受，對駕駛安全和智能化技術(shù)也提升到了一個新的高度，這就是平視顯示系統(tǒng)。

平視顯示系統(tǒng)(HUD)其英文縮寫直譯過來就是抬頭顯示器，也就是不用低頭看儀表顯示，平視前方即可讀取車輛信息的一種顯示系統(tǒng)，通常也稱為抬頭系統(tǒng)。系統(tǒng)用于將重要的車輛參數(shù)直接投影顯示在駕駛員的視線范圍之內(nèi),使駕駛員總是能在基本的視野中獲得與駕駛相關(guān)的各種信息(圖13)。

HUD的運(yùn)作以一個通過攝像頭拍攝車輛前方環(huán)境的圖像處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)會通過一個圖像處理軟件隨即對拍攝下的照片進(jìn)行限速交通標(biāo)志分析。

HUD的作用是將對行車相對重要的信息以全系投影的形式在前擋風(fēng)或?qū)偻该黠@示區(qū)中體現(xiàn)，駕駛者可以不必低頭尋找儀表臺上的訊息，需要的數(shù)據(jù)在不移動頭部跟視線的狀況下就可以完全被讀取。這樣的使用方式確實(shí)給駕駛者帶來了便利，更重要的是它將駕駛安全性提升到新的高度，擁有很強(qiáng)的實(shí)用性。駕駛員不必低頭(因?yàn)榈皖^可能存在著很高的危險(xiǎn)性，車速在120km/h的情況下，每低一次頭看儀表就相當(dāng)于盲開了50m左右。就可以看到信息，從而避免分散對前方道路的注意力，很大程度上也可避免眼睛的疲勞。

平視顯示系統(tǒng)的顯示使駕駛員能夠快速、精準(zhǔn)地獲得重要的車輛信息。在裝配平視顯示系統(tǒng)的車輛上使用專門的擋風(fēng)玻璃(由于技術(shù)的迭代，以后普通的擋風(fēng)玻璃即可實(shí)現(xiàn))可以讓人產(chǎn)生這樣的感覺：平視顯示系統(tǒng)所顯示的內(nèi)容并不是出現(xiàn)在擋風(fēng)玻璃上,而是出現(xiàn)在離駕駛員2~2.5m的舒適距離上(圖14)。

例如，華為AR HUD提供13°×5°的大視角，這是一個70inch的大顯示區(qū)域，可以覆蓋前方7.5m的范圍(圖15)。為了讓駕駛員的視線不受干擾，不會產(chǎn)生任何導(dǎo)致分心的情況發(fā)生。新的AR HUD將能夠提供基于導(dǎo)航的信息，如路線距離，關(guān)于即將到來的道路上的車道數(shù)量，以及其他關(guān)鍵信息，如天氣狀況。此外，系統(tǒng)也可能是在大雨、光線不足的情況下提供夜視或輔助視覺功能，乘駕的安全性有更新的提高。

AR HUD還將具有高達(dá)100PPD的FHD顯示屏，并且不會受到低亮度、低對比度或困擾傳統(tǒng)HUD技術(shù)的圖像失真等問題的阻礙。也就是個多媒體工具，提供視頻、電影等功能，以及其他個性化的應(yīng)用包括能夠提供三維地圖系統(tǒng)，實(shí)時(shí)提供停車場、餐館、商店、加油站等信息。