《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)(第2版)》教案 項(xiàng)目二 2-2_第1頁
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PAGE8項(xiàng)目2PAGE8項(xiàng)目2智能傳感器技術(shù)項(xiàng)目2智能傳感器技術(shù)PAGE7項(xiàng)目2智能傳感器技術(shù)PAGE7課題任務(wù)二安裝與調(diào)試智能傳感器課時(shí)2課時(shí)(90min)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo):熟悉智能傳感器在先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)中的應(yīng)用技能目標(biāo):能正確更換與測(cè)試視覺傳感器思政育人目標(biāo):(1)養(yǎng)成團(tuán)結(jié)協(xié)作、認(rèn)真負(fù)責(zé)的職業(yè)素養(yǎng)。(2)弘揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):視覺傳感器的特點(diǎn)、組成、工作原理、技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn):視覺傳感器的工作原理及應(yīng)用教學(xué)方法情景模擬法、問答法、討論法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計(jì)第1節(jié)課:傳授新知(38min)第2節(jié)課:?jiǎn)栴}導(dǎo)入(3min)傳授新知(10min)

任務(wù)實(shí)訓(xùn)(25min)

任務(wù)評(píng)價(jià)(5min)作業(yè)布置(2min)教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖第一節(jié)課課前任務(wù)

【教師】課前預(yù)習(xí)任務(wù):收集相關(guān)資料,回答下列問題1.什么是視覺傳感器?它的成像原理是什么?2.視覺傳感器有哪些類型?3.什么是傳感器融合?傳感器融合的方案有哪些?4.列舉2~3個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的智能傳感器配置實(shí)例。【學(xué)生】完成任務(wù)工單通過課前預(yù)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,提高學(xué)生自我主動(dòng)學(xué)習(xí)能力考勤

(2min)【教師】清點(diǎn)上課人數(shù),記錄好考勤【學(xué)生】班干部報(bào)請(qǐng)假人員及原因培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性,掌握學(xué)生的出勤情況任務(wù)導(dǎo)入

(5min)【教師】講述智能網(wǎng)聯(lián)公交2018年12月,工信部發(fā)布了《車聯(lián)網(wǎng)(智能網(wǎng)聯(lián)汽車)產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》,提出要加快車載視覺系統(tǒng)、激光/毫米波雷達(dá)、多域控制器、慣性導(dǎo)航等感知器件的聯(lián)合開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化。2020年2月,國(guó)家發(fā)展改革委等11部門聯(lián)合發(fā)布了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》,提出要構(gòu)建跨界融合的智能汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系,增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力,推進(jìn)車載高精度傳感器、車規(guī)級(jí)芯片、智能操作系統(tǒng)、車載智能終端、智能計(jì)算平臺(tái)等產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,建設(shè)智能汽車關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)集群?!緦W(xué)生】聆聽、思考通過講述使學(xué)生了解科技動(dòng)向,理解課程意義,明確學(xué)習(xí)目標(biāo),端正學(xué)習(xí)態(tài)度傳授新知

(30min)【教師】講解新知2.2.1視覺傳感器視覺傳感器又稱成像裝置或攝像裝置,是指通過對(duì)攝像頭拍攝到的圖像進(jìn)行處理,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),并輸出數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果的智能傳感器。1.特點(diǎn)1)信息量豐富2)適應(yīng)能力強(qiáng)3)融合人工智能技術(shù)2.組成視覺傳感器主要由鏡頭、圖像傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像處理器、圖像存儲(chǔ)器等部件組成,如圖2-14所示。3.成像原理圖像傳感器是視覺傳感器的核心部件,主要有CCD(電荷耦合器件,chargecoupleddevice)和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體,complementarymetaloxidesemiconductor)兩種類型。1)CCD成像原理CCD采用的光電二極管捕獲光子并產(chǎn)生光生電子,形成光電流;控制電路將光電流進(jìn)行放大、濾波后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);再通過成像電路(如DSP)進(jìn)行處理,最終將圖像信息編碼為特定數(shù)據(jù)格式的圖像文件。CCD可分為兩類線陣CCD:用于獲取線陣圖像,采用線掃描方法來獲得整個(gè)二維圖像的輸出。面陣CCD:用于獲取表面圖像,可以直接檢測(cè)二維平面圖像?!緦W(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】詢問同學(xué)們什么是像素?隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行回答【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)同學(xué)回答,講解思政之窗,融入課程思政CCD上裝有大量光敏元件,每個(gè)光敏元件稱為一個(gè)像素(pixel)。CCD像素?cái)?shù)目越多,單一像素尺寸越大,收集到的圖像就越清晰,其提供的畫面分辨率也就越高。俗話說:眾人拾柴火焰高。凝聚更多一起干的力量,才能讓目標(biāo)更快地實(shí)現(xiàn)。因此,為了早日實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng),我們每個(gè)人都應(yīng)該“擼起袖子加油干”?!緦W(xué)生】聆聽、思考、體會(huì)【教師】講解新知2)CMOS成像原理CMOS采用的光電二極管是硅和鍺兩種半導(dǎo)體光敏元件,它同樣可以捕獲光子并產(chǎn)生光生電子,并通過處理芯片將所產(chǎn)生的光電流記錄和解讀成影像。CMOS與CCD的差異:CCD先傳送后放大輸出,CMOS先放大再整合輸出。CMOS雖然成像質(zhì)量不如CCD,但因其具有耗電少(僅為CCD芯片的1/10左右)、體積小、質(zhì)量小、集成度高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于大部分成像設(shè)備。4.類型根據(jù)鏡頭和布置方式的不同,視覺傳感器可分為單目、雙目、三目、環(huán)視和紅外夜視等類型。1)單目視覺傳感器外觀:如圖所示。安裝位置:在智能網(wǎng)聯(lián)汽車前擋風(fēng)玻璃上部作用:探測(cè)車輛前方環(huán)境,識(shí)別道路、車輛、行人等測(cè)距精度:低于激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)特點(diǎn):視角越寬,可精確檢測(cè)的距離越近;視角越窄,可精確檢測(cè)的距離越遠(yuǎn)優(yōu)點(diǎn):成本低廉、幀速率高、信息豐富、檢測(cè)距離遠(yuǎn)、算法成熟度高缺點(diǎn):易受光照、氣候等環(huán)境影響,無法識(shí)別沒有明顯輪廓的障礙物2)雙目視覺傳感器外觀:如圖所示。安裝要求:兩個(gè)攝像頭之間的距離為10~20cm工作環(huán)境溫度:-40℃~85℃特點(diǎn):鏡頭間距越小,檢測(cè)距離越近,標(biāo)定和安裝難度越??;鏡頭間距越大,檢測(cè)距離越遠(yuǎn),標(biāo)定和安裝難度越大缺點(diǎn):相對(duì)成本較高3)三目視覺傳感器外觀:如圖所示,它實(shí)質(zhì)上是三個(gè)不同焦距單目攝像頭的組合。組成:最遠(yuǎn)測(cè)量距離視場(chǎng)角作用窄視野攝像頭250m28°檢測(cè)前車道線、交通燈主視野攝像頭150m52°一般的道路狀況監(jiān)測(cè)寬視野攝像頭60m150°檢測(cè)平行車道、行人和非機(jī)動(dòng)車行駛的狀況優(yōu)點(diǎn):可以獲得覆蓋范圍更大的視場(chǎng)角,也可以有效獲得道路狀況、行人和交通燈等信息缺點(diǎn):安裝工作量及調(diào)試難度較大,對(duì)算法要求較高4)環(huán)視視覺傳感器組成:包含4個(gè)魚眼攝像頭,能夠?qū)崿F(xiàn)3600環(huán)境感知安裝位置:朝向地面用途:用于車身5~10m內(nèi)的障礙物檢測(cè)、自主泊車時(shí)的車位線識(shí)別等優(yōu)點(diǎn):可以獲得足夠大的視野缺點(diǎn):圖像的畸變嚴(yán)重5)紅外夜視視覺傳感器紅外線通常是指波長(zhǎng)為0.78~1000μm的電磁波,紅外波段的短波段與可見光部分相鄰,長(zhǎng)波段與微波相連,如圖2-18所示。工作原理:利用紅外成像原理,將視場(chǎng)內(nèi)物體的紅外線聚焦到紅外探測(cè)器上,紅外探測(cè)器再將強(qiáng)弱不等的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),然后經(jīng)過放大和視頻處理,形成可供人眼觀察的紅外圖像,如圖2-19所示。類型:類型作用被動(dòng)式利用目標(biāo)發(fā)出的紅外線形成紅外圖像主動(dòng)式通過主動(dòng)向外發(fā)射強(qiáng)紅外線,再由反射光學(xué)系統(tǒng)的物鏡組接收,從而在紅外成像管的光電陰極表面形成紅外圖像用途:用于車身5~10m內(nèi)的障礙物檢測(cè)、自主泊車時(shí)的車位線識(shí)別等優(yōu)點(diǎn):可以獲得足夠大的視野缺點(diǎn):圖像的畸變嚴(yán)重5.應(yīng)用視覺傳感器應(yīng)用在車道偏離預(yù)警系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)、交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)等先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)中。安裝位置如圖2-20所示?!緦W(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】除了雷達(dá)和視覺傳感器,同學(xué)們還知道哪些傳感器?自由發(fā)言【學(xué)生】聆聽、思考、討論、回答【教師】總結(jié)學(xué)生發(fā)言,掃碼播放智能傳感器視頻,講解相關(guān)知識(shí)2.2.2智能傳感器融合技術(shù)1.智能傳感器融合的定義智能傳感器融合指將來自多個(gè)智能傳感器的信息或數(shù)據(jù),按照一定的規(guī)則進(jìn)行分析和綜合,從而完成所需要的決策,由此所進(jìn)行的信息處理過程。智能傳感器的融合需要做到軟件同步和硬件同步。1)軟件同步包括時(shí)間同步和空間同步兩部分。時(shí)間同步:各智能傳感器根據(jù)基準(zhǔn)時(shí)間,為采集的數(shù)據(jù)加上時(shí)間戳信息,從而實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)時(shí)間戳一致的目的。但由于各智能傳感器有不同的采集周期,因此很難保證時(shí)間戳一致??臻g同步:將各智能傳感器在不同坐標(biāo)系下的測(cè)量值轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系中。2)硬件同步硬件同步是指通過同一種硬件同時(shí)發(fā)布信息采集命令,從而實(shí)現(xiàn)各智能傳感器信息采集的時(shí)間同步。2.智能傳感器融合的結(jié)構(gòu)體系智能傳感器的融合是無人駕駛安全出行的前提,目前智能傳感器融合的體系可分為分布式、集中式和混合式等結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分布式對(duì)通信帶寬的需求低,計(jì)算速度快,可靠性和延續(xù)性好,但跟蹤的精度卻遠(yuǎn)沒有集中式高集中式數(shù)據(jù)處理精度高、算法靈活,但是因計(jì)算的數(shù)據(jù)量較大,所以對(duì)處理器的要求高,可靠性較低,故難以實(shí)現(xiàn)混合式適應(yīng)能力較強(qiáng),穩(wěn)定性強(qiáng),但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,對(duì)通信和計(jì)算的要求較高3.智能傳感器融合的方案1)激光雷達(dá)與視覺傳感器融合2)激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)融合3)視覺傳感器與毫米波雷達(dá)融合在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中,視覺傳感器與毫米波雷達(dá)的融合有圖像級(jí)融合、目標(biāo)級(jí)融合和信號(hào)級(jí)融合三個(gè)層次【學(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶講解視覺傳感器知識(shí),使學(xué)生理解視覺傳感器的特點(diǎn)、組成和工作原理先提問后講解,突破難點(diǎn)的同時(shí)融入課程思政,實(shí)現(xiàn)專業(yè)教育與思政教育的有機(jī)統(tǒng)一通過講解,使同學(xué)們了解視覺傳感器的類型,明確不同類型視覺傳感器的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合借助提問,了解學(xué)生的知識(shí)面通過講解,使同學(xué)們理解智能傳感器融合技術(shù),體會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性,培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作精神第二節(jié)課問題導(dǎo)入

(3min)【教師】請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合智能傳感器融合方案,找出身邊的應(yīng)用案例,自由發(fā)言【學(xué)生】聆聽、思考、討論用問題導(dǎo)入,使學(xué)生養(yǎng)成仔細(xì)觀察,認(rèn)真思考的習(xí)慣,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用知識(shí)解決問題,實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用傳授新知

(10min)【教師】總結(jié)同學(xué)們的回答,講解智能傳感器的配置實(shí)例2.2.3智能傳感器的配置實(shí)例1.奧迪A8轎車2.沃爾沃XC90自動(dòng)駕駛汽車3.特斯拉ModelS純電動(dòng)汽車【學(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶通過案例講解,使學(xué)生了解智能傳感器的應(yīng)用任務(wù)實(shí)訓(xùn)

(25min)【教師】發(fā)布實(shí)訓(xùn)任務(wù)——安裝與調(diào)試視覺傳感器1.實(shí)訓(xùn)目標(biāo)(1)能夠按照要求安裝視覺傳感器。(2)能夠識(shí)讀視覺傳感器安裝電路圖。(3)能夠完成視覺傳感器的調(diào)試。2.實(shí)訓(xùn)器材視覺傳感器、視覺傳感器安裝調(diào)試實(shí)訓(xùn)臺(tái)、維修工具套裝。3.實(shí)訓(xùn)步驟詳見教材(4)其他小組根據(jù)闡述內(nèi)容進(jìn)行提問,小組內(nèi)部討論后派代

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