無人駕駛汽車的“眼睛”

侯聰

摘要：自從2005年首輛城市無人駕駛汽車在上海交通大學研制成功，我國在汽車領域對于無人駕駛汽車的研究激情就一直處于高漲的狀態。而作為無人駕駛汽車的關鍵技術——傳感器的發展更是無人駕駛技術成功應用的關鍵，本文介紹了無人駕駛中的三種重要的傳感器，來分析現在無人駕駛的發展現狀。

關鍵詞：汽車領域；無人駕駛；傳感器

引言

所謂無人駕駛汽車就是通過車載傳感系統感知道路環境，自動規劃行車路線并控制車輛到達預定目的地的智能汽車。國內外許多高校和企業，比如國內的國防科技大學、清華大學、百度以及國外的谷歌都在不斷創新和完善無人駕駛技術。現在的無人駕駛技術融合了人工智能及大數據等目前最先進的技術，但是所有這些技術都是需要傳感器來收集信息。無人駕駛汽車在行駛過程中需要不斷收集外界的信息來提供給汽車的“大腦”——車載計算機，再由計算機分析制定出最合理的行車路線及行車速度，而收集信息的過程就需要很多的傳感器來進行工作，因此了解無人駕駛技術中的傳感器技術有利于我們發展和完善無人駕駛技術。

無人駕駛主要依靠三大傳感器技術：雷達傳感器、光達傳感器和相機傳感器。這三種傳感器雖然作用范圍相近，但是適用環境和檢測精度卻各不相同。

1車載雷達傳感器

車載雷達傳感器已經發展了數十年，可以測量距離，速度，角度等眾多物理量，并且可以預測車輛的行駛路徑，且在使用環境方面基本沒有限制，即使是一些暴雨、暴雪、濃霧等惡劣環境依然能夠保證很高的測量精度。車載雷達傳感器根據檢測距離可以分為：短距離雷達從0.2到30公尺，中距離雷達從30至80公尺，長距離雷達從80到200公尺以上。

如同蜻蜓幾乎可以同時看到周遭360度的事物，車載雷達傳感器能幫助車輛“看到”駕駛員看不到的事物，包括車后以及車下亦或者是車的盲區，只要物體在雷達監測范圍內，車載雷達傳感器就能同時檢測并追蹤多個物體，包括汽車、自行車或者靜止物件，并且將檢測到的信息傳遞給車載處理器，

而車載處理器就像人類的大腦一樣，能融合來自雷達傳感器、激光雷達傳感器、相機傳感器與其他感測器的信息，設計出完整的環境模型。并且處理器可運用這些資訊，制定出最安全和省時的行車方案，引領車輛在理想路線前進。與此同時，汽車如果安裝了雷達傳感器的智能操作系統，在遇到一些緊急情況時，比如對向會車時對方突然變道，或者正常跟車時前車突然剎車，汽車都能夠迅速的變道或者剎車，從而確保乘車人的安全。

2車載激光雷達傳感器

激光雷達發射激光束，抵達物體后反射回傳感器，通過計算往返時間，可得物體間的距離。將激光雷達放在車頂，收集物體周圍大量的三維坐標就能提供車輛周遭應避免障礙物的360度3D視野，繪制出周圍的環境地圖。車載激光雷達通常使用905nm波長，在有限視野下的距離可達200米，有些公司現在也推出波長1550nm的激光雷達，距離更長也更精確。要注意的是激光雷達需要光學濾鏡，才能避免環境光源和其他激光雷達的影響。雖然激光雷達的尺寸和成本到目前已大幅縮減，目前使用最廣泛和評價最佳的激光雷達型號仍比雷達和相機感測器昂貴許多，有些甚至比車輛的成本還要高，并且，激光雷達的量產問題也未解決。

3 車載相機傳感器

相機是唯一的可以捕捉色彩和對比資訊的傳感器技術，細節采集的能力讓相機成為車載傳感器中發展空間最大的傳感器。相機傳感器的細節捕捉特性搭配持續提升的像素解析度和低廉價位，使相機傳感器成為駕駛輔助系統和自駕系統不可或缺和出貨量最大的組件。相機支持的駕駛輔助系統應用包括：交通標志辨識（可判斷限速，限高，禁鳴等標志），交通信號燈判斷（判斷紅綠黃交通燈），車輛偵測系統（可用來判別周圍車輛車型進而判斷車輛速度，軌跡以及危險性），自動遠光燈控制（在特定環境下來車時自動切換遠近光燈），車道選擇系統（保持車輛直行或在遇到特殊情況比如施工或前方車輛占道時自動更換車道）

但是不同于光達和雷達，大多數車載相機是一種被動式系統，類似于人眼，容易受惡劣天候和光線變化的影響，因此在惡劣環境下車載相機如何使用也是眾多工程師如今夜以繼日研究的難題。并且，相機采集信息后的圖像處理工作是相機工作系統的重要一環，相當于相機系統的大腦，因此如何將采集到的圖像處理為有用的信息也是車載相機發展中極其重要的一環。

隨著自動駕駛層級的增加，出于安全性和智能型的需要，所需傳感器的數目將越來越多，并且系統也要求更加強大，多種傳感器技術的融合已經成為必然的趨勢，將這三種傳感器的優點融合到一起是無人駕駛技術發展的必經之路。

此外，一種新型的技術將無人駕駛變得更加可能，那就是將不同車輛互聯起來，將自己車輛的行駛信息以及檢測到的環境信息分享到云端，供其他車輛行駛時參考，這樣每個車輛都可以知道對方車輛的行駛速度、路線以及可能的潛在威脅等等，并且結合現在技術已有的道路信息數據，就可以使得無人駕駛變得更加安全以及可靠。

結語

無人駕駛系統是一個龐大并且極其復雜的系統，要想實現真正意義上的無人駕駛，必須從無人駕駛技術的基礎及源頭出發進行改進，那就是汽車的信息感知系統，這就需要車載傳感器的準確度和反應速度極高。并且，如何將汽車傳感器技術與計算機處理技術完美的融合在一起，是現在無人駕駛技術發展的關鍵問題。在解決了這些問題后，無人駕駛就能夠為人類服務，來實現真正智能的出行。

參考文獻

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（作者單位：鄭州大學）