無人駕駛汽車環(huán)境感知技術(shù)

1、百度無人駕駛汽車百度無人駕駛汽車l通過性：基于自身行駛性能和共識規(guī)則，能實時、可靠、 準(zhǔn)確識別并規(guī)劃出可保證規(guī)范、安全、迅速到達(dá)目的地 的行駛路徑；l安全性：在行駛過程中，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確識別出行駛路 徑周邊對行駛安全可能存在安全隱患的物體，為自身采 取必要操作以避免發(fā)生交通安全事故；l經(jīng)濟性：為提高車輛高效、經(jīng)濟地行駛提供參考依據(jù)；l平順性：為車輛平順行駛提供參考依據(jù)；l行駛路徑：對于結(jié)構(gòu)化道路而言，包括行車線、道路邊緣、道路隔離物、惡劣路況的識別。對于非結(jié)構(gòu)化道路而言，包括車輛欲行駛前方路面環(huán)境狀況的識別和可行駛路徑的確認(rèn)；l周邊物體：包括車輛、行人、地面上可能影響車輛通過性、安全性的其它各

2、種移動或靜止物體的識別；各種交通標(biāo)志的識別；l駕駛狀態(tài)：包括駕駛員駕駛精神狀態(tài)、車輛自身行駛狀態(tài)的識別；l駕駛環(huán)境：包括路面狀況、道路交通擁堵情況、天氣狀況的識別。1. 視覺傳感視覺傳感：基于機器視覺獲取車輛周邊環(huán)境兩維或三維 圖像信息，通過圖像分析識別技術(shù)對行駛環(huán)境進(jìn)行感知。l優(yōu)點：優(yōu)點：信息量豐富、實時性好、體積小 、能耗低。l缺點：缺點：易受光照環(huán)境影響、三維信息測量精度較低。2. 激光傳感：激光傳感：基于激光雷達(dá)獲取車輛周邊環(huán)境兩維或三維 距離信息，通過距離分析識別技術(shù)對行駛環(huán)境進(jìn)行感知。l優(yōu)點：優(yōu)點：能夠直接獲取物體三維距離信息、測量精度高、 對光照環(huán)境變化不敏感。車載雷達(dá)可以彌補激

3、光發(fā)射器的一些盲點，可以準(zhǔn)確得到汽車運行的相對速度。l缺點：缺點：無法感知無距離差異的平面內(nèi)目標(biāo)信息、體積 較 大、價格昂貴、不便于車載集成。3. 微波傳感：微波傳感：基于微波雷達(dá)獲取車輛周邊環(huán)境兩維或三維 距離信息，通過距離分析識別技術(shù)對行駛環(huán)境進(jìn)行感知。l優(yōu)點：優(yōu)點：能夠以較高精度直接獲取物體三維距離信息、對 光照環(huán)境變化不敏感、實時性好、體積較小。l缺點：缺點：無法感知無距離差異的平面內(nèi)目標(biāo)信息、國外成 熟產(chǎn)品對我國禁運而難以獲得。4. 通訊傳感：通訊傳感：基于無線、網(wǎng)絡(luò)等近、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)獲取車 輛行駛周邊環(huán)境信息。l優(yōu)點：優(yōu)點：能夠獲取其它傳感手段難以實現(xiàn)的宏觀行駛環(huán)境 信息、可實現(xiàn)車

4、輛間信息共享、對環(huán)境干擾不敏 感。l缺點：缺點：可用于車輛自主導(dǎo)航控制的信息不夠直接、實時 性不高、無法感知周邊車輛外其它物體信息。l優(yōu)點：優(yōu)點：能夠獲取豐富的周邊環(huán)境信息、具有優(yōu)良的環(huán)境 適應(yīng)能力、為安全快速自主導(dǎo)航提供可靠保障。l缺點：缺點：感知系統(tǒng)過于復(fù)雜、難于集成、造價昂貴、實用 性差。5. 融合傳感融合傳感：運用多種不同傳感手段獲取車輛周邊環(huán)境多 種不同形式信息，通過多信息融合對行駛環(huán)境進(jìn)行感知。主要由機器視覺識別系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、超聲波傳感器和紅外線傳感器所組成。1.機器視覺識別系統(tǒng)機器視覺識別系統(tǒng)是指智能汽車?yán)肅CD等成像元件從不同角度全方位拍攝車外環(huán)境，根據(jù)搜集到的信息得到反映

5、真實道路的圖像數(shù)據(jù)，然后綜合運用各種道路檢測算法，提取出車道線、道路邊界以及車輛的方位信息，判斷汽車是否有駛出車行道的危險，當(dāng)情況十分危險時，會通過報警系統(tǒng)給駕駛員發(fā)出提示和警報，于此同時圖像測控系統(tǒng)還可以根據(jù)視覺導(dǎo)航的輸出，對車輛的執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，從而自主決定車輛當(dāng)前的前進(jìn)方向和控制車輛自身的運動狀態(tài)。機器視覺具有檢測范圍廣、信息容量大、成本低等優(yōu)點、并且通過對其所得圖像進(jìn)行處理可以識別、檢測對象，所以越來越多的人對機器視覺感知車輛行駛環(huán)境產(chǎn)生很大興趣、以致使機器視覺在智能汽車研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用成為最受歡迎的傳感器之一。機器視覺有其弱點容易受到環(huán)境的影響，在能見度較低時效果不理想，因此

6、，在傳感器類別中屬于被動型。車載單目視覺運動物體檢測車載單目視覺運動物體檢測車載雙目立體視覺環(huán)境感知車載雙目立體視覺環(huán)境感知擁有兩個攝像頭，兩者保持著一定的距離，如同人類的雙眼視差，可以幫助汽車確定自己的位置以及行進(jìn)速度，攝像頭有激光發(fā)射器不可替代的作用，可以辨識道路上的信號燈與信號標(biāo)示，保證自身運行遵循交通規(guī)則。2.雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)利用電磁波探測目標(biāo)的距離、速度、方位等。雷達(dá)系統(tǒng)不要復(fù)雜的設(shè)計與繁復(fù)的計算。雷達(dá)系統(tǒng)的使用不受光線、天氣等因素的干擾。無論是白天還是黑夜，晴天或者下雨。雷達(dá)系統(tǒng)都能正確的運轉(zhuǎn)。由于雷達(dá)系統(tǒng)是靠電磁波反射原理工作的，這會導(dǎo)致相近的不同雷達(dá)電磁波之間的相互干擾而影響工

7、作效能。但是由于雷達(dá)在準(zhǔn)確提供遠(yuǎn)距離的車輛和障礙物信息方面有著得天獨厚的優(yōu)勢，因此有其廣闊的前景。汽車?yán)走_(dá)被廣泛的應(yīng)用在汽車ACC系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)以及駕駛支援系統(tǒng)中。激光雷達(dá)：激光雷達(dá)由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng) 、信息處理三部分組成：激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，最后經(jīng)過一系列算法來得出目標(biāo)位置（距離和角度）、運動狀態(tài)（速度、振動和姿態(tài)）和形狀，可以探測、識別、分辨和跟蹤目標(biāo)。1解析度高，測距精度高，小于2公分、角度分辨率約0.09度，如此高的解析度可完整繪出物體輪廓，外加垂直偵測角度中，平均每0.4度即有一個掃描層、全周資料更新率15赫茲（Hz）

8、，車輛周圍環(huán)境將無所遁形2抗有源干擾能力強，激光雷達(dá)的脈沖光束發(fā)射器之口徑非常小，即接收器可接收脈沖光束的區(qū)域亦非常狹窄，因此，受到其他紅外線雷達(dá)光束干擾的機會就非常小。此外，脈沖光束實質(zhì)上屬紅外線波，不會受電磁波影響，因此，在一般應(yīng)用環(huán)境中能干擾激光掃描儀的信號源不多，適用于高度自動化的系統(tǒng)。3探測性能好，對于激光掃描儀，僅有被脈沖光束照射的目標(biāo)才會產(chǎn)生反射，且紅外線波并不像電磁波會受回波干擾等問題，對于環(huán)境的幾何形狀、障礙物材質(zhì)等，均不影響激光掃描儀的偵測結(jié)果。4不受光線影響，激光掃描儀可全天候進(jìn)行偵測任務(wù)，且其偵測效果不因白天或黑夜而有所影響，這也是目前無人駕駛車中許多采用的攝像頭感測器

9、所達(dá)不到的功能。5測速范圍大，激光掃描儀可成功掃描出障礙物的相對速度高達(dá)每小時200公里之輪廓，也就是說，對于車系統(tǒng)，激光掃描儀并不局限在市區(qū)或低速應(yīng)用情境，高速移動下的情境亦可被應(yīng)用，此對車輛增加移動速度后之安全系統(tǒng)設(shè)計有顯著的幫助，系統(tǒng)應(yīng)用上更具有彈性。注：毫米雷達(dá)和微波雷達(dá)的原理都和激光雷達(dá)類似，這里不再過多介紹。車載線掃描激光雷達(dá)檢測前方障礙物車載線掃描激光雷達(dá)檢測前方障礙物車載三維激光雷達(dá)環(huán)境感知車載三維激光雷達(dá)環(huán)境感知3.超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波為檢測方法的傳感器。一般檢測距離大約1m到5m，但檢測不出來詳細(xì)的位置信息，使用超聲波探測得來的的數(shù)據(jù)處理簡單、快速。主要用于

10、近距離障礙物的檢測，比如在倒車防撞系統(tǒng)中。4.紅外線傳感器紅外線傳感器是利用紅外線來進(jìn)行測量工作的傳感器，技術(shù)更加先進(jìn)。紅外線傳感器不受黑暗、風(fēng)、沙、雨、雪、霧的阻擋，環(huán)境適應(yīng)性好，且功耗低。紅外線傳感器可以增強機器視覺識別的可靠性，使黑夜如同白晝，因此常被用于智能汽車中的夜視系統(tǒng)中。5.信息交換系統(tǒng) 基于無線、網(wǎng)絡(luò)等近、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)讓車輛之間信息交換，從而獲取車輛行駛周邊環(huán)境信息。6.多傳感器信息融合 為了克服傳感器的數(shù)據(jù)可靠性低、有效探測范圍小等局限性,保證在任何時刻都能為車輛運行提供完全可靠的環(huán)境信息,在智能車輛的研究中使用多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,利用傳感器信息融合技術(shù)對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行

11、分析、綜合、平衡,根據(jù)各個傳感器互補特性進(jìn)行容錯處理,擴大系統(tǒng)的時頻覆蓋范圍,增加信息維數(shù),避免單個傳感器的工作盲區(qū),從而得到所需要的環(huán)境信息。 針對不同的傳感器，采用的感知算法會有所區(qū)別，跟傳感器感知環(huán)境的機理是有關(guān)系的。每一種傳感器感知環(huán)境的能力和受環(huán)境的影響也各不相同。比如攝像頭在物體識別方面有優(yōu)勢，但是距離信息比較欠缺，基于它的識別算法受天氣、光線影響也非常明顯。激光掃描儀及毫米波雷達(dá)，能精確測得物體的距離，但是在識別物體方面遠(yuǎn)弱于攝像頭。同一種傳感器因其規(guī)格參數(shù)不一樣，也會呈現(xiàn)不同的特性。長距離毫米波雷達(dá)探測距離長達(dá)200米，角度范圍較?。?0度），而中距離雷達(dá)探測距離為60米，角度

12、范圍較大（45度）。 為了發(fā)揮各自傳感器的優(yōu)勢，彌補它們的不足，傳感器信息融合是未來的趨勢。事實上，已經(jīng)有零部件供應(yīng)商做過此事，比如德爾福開發(fā)的攝像頭與毫米波雷達(dá)組合感知模塊已應(yīng)用到量產(chǎn)車上。傳感器探測環(huán)境信息，只是將探測的物理量進(jìn)行了有序排列與存儲。此時計算機并不知道這些數(shù)據(jù)映射到真實環(huán)境中是什么物理含義。因此需要通過適當(dāng)?shù)乃惴◤奶綔y得到的數(shù)據(jù)中挖掘出我們關(guān)注的數(shù)據(jù)并賦予物理含義，從而達(dá)到感知環(huán)境的目的。 比如我們在駕駛車輛時眼睛看前方，可以從環(huán)境中分辨出我們當(dāng)前行駛的車道線。若要讓機器獲取車道線信息，需要攝像頭獲取環(huán)境影像，影像本身并不具備映射到真實環(huán)境中的物理含義，此時需要通過算法從該影像中找到能映射到真實車道線的影像部分，賦予其車道線含義。當(dāng)然算法在計算機