智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù) 課件 項(xiàng)目2-智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)

PART02智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)TASK01智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述一、環(huán)境感知技術(shù)的概念任務(wù)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述

環(huán)境感知主要包括路面、靜態(tài)物體和動態(tài)物體三個(gè)方面，涉及道路邊界檢測、車輛檢測、行人檢測等。特別是對于動態(tài)物體，不僅要檢測還要對其運(yùn)動軌跡進(jìn)行追蹤，并根據(jù)追蹤結(jié)果預(yù)判出其下一步的軌跡或位置。

環(huán)境感知是硬件設(shè)備（即感知設(shè)備）和軟件算法（即感知技術(shù)）的統(tǒng)一體。其中，硬件設(shè)備是感知的物理基礎(chǔ)，主要指各種車載智能傳感器。視覺傳感器超聲波雷達(dá)毫米波雷達(dá)激光雷達(dá)二、環(huán)境感知的目的

保證自動駕駛過程中良好的通過性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和平順性是環(huán)境感知的目的所在。任務(wù)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述指基于車輛自身行駛性能和共識規(guī)則，能實(shí)時(shí)、可靠、準(zhǔn)確識別并規(guī)劃出路徑方案，保證車輛規(guī)范、安全、迅速到達(dá)目的地通過性指在行駛過程中，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確識別出行駛路徑周邊可能對行駛安全構(gòu)成威脅的物體，從而采取必要的措施以避免發(fā)生交通安全事故即為車輛高效、經(jīng)濟(jì)地行駛提供參考依據(jù)；平順性，則為車輛平順行駛提供參考依據(jù)0102安全性03經(jīng)濟(jì)性三、環(huán)境感知的對象

智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知的對象就是智能傳感器檢測的對象和V2X通信技術(shù)傳遞的信息。任務(wù)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述01行駛路徑結(jié)構(gòu)化道路和非結(jié)構(gòu)化道路，結(jié)構(gòu)化道路的行駛路徑主要檢測行駛車輛的兩側(cè)車道線、各種車道標(biāo)線、道路邊緣、道路隔離物、路況等02車輛周圍的交通參與者主要包括行駛車輛周圍的其他車輛、行人，地面上可能影響車輛通過和安全行駛的其他各種移動或靜止物體，各種交通標(biāo)志和交通信號燈等03駕駛狀態(tài)主要包括識別駕駛員自身狀態(tài)、車輛自身行駛狀態(tài)和車輛周圍其他車輛行駛狀態(tài)等04駕駛環(huán)境和可通行空間等主要包括路面狀況、道路交通擁堵情況和天氣狀況等。供車輛安全行駛的空間范圍，包含有或無車道標(biāo)線的足夠?qū)挾瓤臻g、車輛前后方預(yù)留的最小安全距離及車輛可通行高度范圍等

如圖為城市工況下的環(huán)境感知對象，主要有靜止目標(biāo)、運(yùn)動目標(biāo)、道路標(biāo)線、車道標(biāo)線等。任務(wù)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述圖2-1環(huán)境感知對象四、環(huán)境感知傳感器配置任務(wù)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述四、環(huán)境感知傳感器配置任務(wù)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述五、環(huán)境感知傳感器對比任務(wù)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述六、環(huán)境感知技術(shù)未來的發(fā)展趨勢任務(wù)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)概述

多傳感器融合，即融合傳感，就是將多個(gè)傳感器獲取的數(shù)據(jù)、信息集中在一起綜合分析以便更加準(zhǔn)確可靠地描述車輛行駛的外部環(huán)境，從而提高系統(tǒng)決策的正確性。

多傳感器融合，從原理上來看似乎很簡單，但在自動駕駛場景中則是充滿挑戰(zhàn)的。它不僅需要對每一個(gè)傳感器采集的信息進(jìn)行快速處理，還需要讓高速行駛的汽車及時(shí)反饋動作，以應(yīng)對突發(fā)的交通狀況。

由此可見，多傳感器融合，并不是單一的硬件方面的協(xié)同配合，還需要決策層的算法和算力的強(qiáng)大支持，二者缺一不可。TASK02車載攝像頭的認(rèn)知一、車載攝像頭的功能任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知

車載攝像頭，具有感知功能和定位功能。感知功能：即障礙物（如行人、非機(jī)動車、機(jī)動車等）識別、車道線識別、交通標(biāo)志（路牌等）識別、交通信號燈識別、可通行空間識別等；定位功能：即視覺SLAM技術(shù)，根據(jù)提前建好的地圖和實(shí)時(shí)的感知結(jié)果做匹配，獲取當(dāng)前車輛的位置。

車載攝像頭的應(yīng)用任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知

車道保持、車道偏離預(yù)警、盲區(qū)監(jiān)測、前向碰撞預(yù)警、行人碰撞預(yù)警、全景泊車、駕駛員疲勞預(yù)警等功能。二、車載攝像頭的分類

1．按安裝位置分任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知

按安裝位置不同，車載攝像頭可分為內(nèi)視攝像頭、后視攝像頭、前視攝像頭、側(cè)視攝像頭（如圖2-5所示）、環(huán)視攝像頭等，各種攝像頭區(qū)別見表2-3所示。二、車載攝像頭的分類

任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知二、車載攝像頭的分類

2．按攝像頭數(shù)目分

任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知

按攝像頭的數(shù)目可分為單目攝像頭、雙目攝像頭、三目攝像頭及環(huán)視攝像頭（見表2-4所示）二、車載攝像頭的分類

任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知至少包含四個(gè)攝像頭，將汽車前后左右的多幅畫面集中到一幅畫面中顯示，使駕駛員實(shí)現(xiàn)360°環(huán)境感知環(huán)視攝像頭即雙目視覺技術(shù)，是一種模擬人類眼睛處理環(huán)境信息的方式雙目攝像頭包含單目攝像頭、遠(yuǎn)距離探測攝像頭和一個(gè)負(fù)責(zé)加強(qiáng)短距離探測的魚眼攝像頭三目攝像頭即單目視覺技術(shù)，安裝單個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行圖像信息采集單目攝像頭二、車載攝像頭的分類

任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知二、車載攝像頭的分類

任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知二、車載攝像頭的分類

3．按成像部件分

任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知

按成像部件可分為兩種：CCD圖像傳感器攝像機(jī)與CMOS圖像傳感器攝像機(jī)，兩者之間的區(qū)別見表2-7所示。三、車載攝像頭的關(guān)鍵性能

任務(wù)二車載攝像頭的認(rèn)知微光性能對于汽車影像系統(tǒng)是非常重要的，卓越的微光性能可提高在夜間等光線很暗的情況下的行車安全性。圖像傳感器廠商都以“在暗處能看見”為目標(biāo)。01廣角魚眼鏡頭視野寬廣，但采集到的圖像信息會產(chǎn)生一定程度的失真，采用DEWARP技術(shù)可對廣角魚眼鏡頭所產(chǎn)生的視頻圖像失真進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，將圖像復(fù)原展平。03HDR是汽車影像系統(tǒng)應(yīng)用的另一個(gè)重要特性，確保攝像機(jī)可在寬范圍的光線（如從室外強(qiáng)光至夜里星光）、黑暗和高光照對比等非常強(qiáng)烈的對比情況下清楚地呈現(xiàn)場景細(xì)節(jié)，提高圖像信息的精確度從而提升安全性02圖像疊加指通過圖像傳感器與圖像處理輔助芯片結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)圖像的延伸、縮放、右視、三聯(lián)式畫面及倒車動態(tài)輔助線的呈現(xiàn)等。圖像疊加功能可以更好地輔助駕駛員看清周圍環(huán)境，降低事故發(fā)生率04微光性能高動態(tài)范圍（HDR）

廣角魚眼畸變校正（DEWARP）

圖像疊加

TASK03車載雷達(dá)的認(rèn)知一、車載雷達(dá)的分類

根據(jù)檢測對象和工作原理的不同，車載雷達(dá)可細(xì)分為超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等，如圖2-11所示。任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知二、超聲波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知

超聲波雷達(dá)是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號，或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。圖2-12超聲波雷達(dá)控制器、超聲波雷達(dá)1．超聲波雷達(dá)的定義二、超聲波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知

目前超聲波雷達(dá)主要采用壓電式換能器（俗稱探頭），它是利用壓電材料（如石英、鈦酸鋇或鋯鈦酸鋇）制成的，此類壓電材料的特性是當(dāng)它受到周期性壓縮時(shí)就在相對兩表面出現(xiàn)周期性變化的電壓，即壓電效應(yīng)，利用壓電效應(yīng)可以接收超聲波。2．超聲波雷達(dá)的工作原理

二、超聲波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知3．超聲波雷達(dá)分類

二、超聲波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知4．超聲波雷達(dá)的特點(diǎn)

超聲波雷達(dá)有效探測距離一般在5m以內(nèi)，但會有一個(gè)最小探測盲區(qū)，一般在幾十毫米。01超聲波對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中。03超聲波對色彩、光照度不敏感，可用于識別透明、半透明及漫反射差的物體。02超聲波雷達(dá)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，信息處理簡單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。04二、超聲波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知6．超聲波雷達(dá)應(yīng)用

自動泊車需要經(jīng)歷兩個(gè)階段：識別庫位和倒車入庫。識別庫位功能就是依賴安裝在車輛側(cè)方的APA實(shí)現(xiàn)的，如圖2-18所示。三、毫米波雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知1．毫米波雷達(dá)的定義

毫米波雷達(dá)，如圖2-19所示，是指工作在毫米波頻段（30GHz～300GHz）的雷達(dá)，是高階自動駕駛汽車的標(biāo)配傳感器。毫米波雷達(dá)的波長為1～10mm，三、毫米波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知三、毫米波雷達(dá)的認(rèn)知

車載毫米波雷達(dá)通過天線向外面發(fā)射毫米波，接收目標(biāo)反射信號，經(jīng)處理器處理后快速準(zhǔn)確地獲取汽車周圍的可通行空間信息（如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運(yùn)動方向等），然后根據(jù)所測物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識別分類，進(jìn)而結(jié)合車身動態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最終通過中央處理單元進(jìn)行智能處理。系統(tǒng)經(jīng)過合理決策后，以警示聲、發(fā)出閃爍光及轉(zhuǎn)向盤抖動等多種方式提示或警告駕駛員，有些甚至可以直接對汽車做出主動干預(yù)，從而保證駕駛過程的安全性，降低事故發(fā)生概率。任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知2．毫米波雷達(dá)的工作原理

三、毫米波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知3．毫米波雷達(dá)的分類

可將其分為短距離毫米波雷達(dá)（SRR）、中距毫米波離雷達(dá)（MRR）和長距離毫米波雷達(dá)（LRR）。根據(jù)探測距離目前應(yīng)用廣泛的是24GHz和77GHz毫米波雷達(dá)。按照輻射電磁波的方式的不同，可分為脈沖式毫米波雷達(dá)（頻率均勻）和調(diào)頻連續(xù)毫米波雷達(dá)0102根據(jù)波形頻率03按照工作方式三、毫米波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知4．毫米波雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)

毫米波雷達(dá)的檢測波束范圍窄，一般為毫弧度量級。精度高、抗干擾性強(qiáng)。可測速、可測距。毫米波穿透云、霧、煙、塵、雨、雪的能力強(qiáng)全天候、全天時(shí)應(yīng)用。高頻率、低功率。高分辨率。敏感度高、誤報(bào)低。缺點(diǎn)：檢測區(qū)域呈扇形，存在盲區(qū)；無法感知行人、車道線、交通標(biāo)志、信號燈等，無法對車輛周邊所有障礙物進(jìn)行精準(zhǔn)建模。三、毫米波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知5．毫米波雷達(dá)的應(yīng)用

三、毫米波雷達(dá)的認(rèn)知任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知6．毫米波雷達(dá)的安裝位置

根據(jù)功能不同，毫米波雷達(dá)一般安裝在車輛的前方、后方和側(cè)向（見表2-11所示）四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知1．激光雷達(dá)的定義

激光雷達(dá)（LaserRadar）：以發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)，又稱光學(xué)雷達(dá)。激光雷達(dá)是一種先進(jìn)的光學(xué)遙感技術(shù)，是一種工作在特殊波段—光學(xué)波段的雷達(dá)，它利用光的反射原理，根據(jù)激光從發(fā)射到反射接收的時(shí)間間隔，來測算出雷達(dá)和被測物體之間的實(shí)際距離。四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知2．激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、點(diǎn)云圖

激光雷達(dá)主要由激光發(fā)生器（光源）、光電探測器、信號處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知

點(diǎn)云圖是指由激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束（即打點(diǎn)）組成線，再由線組成面，進(jìn)而由點(diǎn)和線構(gòu)成的被測物體的實(shí)物模型圖。四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知3．激光雷達(dá)的分類

可分為飛行時(shí)間激光雷達(dá)和調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)兩種根據(jù)探測方式根據(jù)發(fā)射線束機(jī)械式激光雷達(dá)（整體旋轉(zhuǎn)、旋鏡式、棱鏡式）、混合固態(tài)激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)根據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)激光發(fā)射波類型根據(jù)激光波段根據(jù)激光介質(zhì)可分為紫外線激光雷達(dá)、可見光激光雷達(dá)、紅外線激光雷達(dá)可分為氣體激光雷達(dá)、固體激光雷達(dá)、半導(dǎo)體激光雷達(dá)和二極管激光雷達(dá)可分為脈沖激光雷達(dá)、連續(xù)波激光雷達(dá)和混合型激光雷達(dá)可分為單線激光雷達(dá)和多線激光雷達(dá)四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知3．激光雷達(dá)的分類

四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知3．激光雷達(dá)的分類

四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知3．激光雷達(dá)的分類

四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知4．激光雷達(dá)的特性

激光中光子都以相同的方向和振動模式振動，所以激光有高度的方向性和單色性偏振性激光束經(jīng)過透鏡聚焦后，焦點(diǎn)附近可產(chǎn)生上千度甚至上萬度的高溫高亮度激光在發(fā)射了很遠(yuǎn)的距離后依然保持原方向，很少散開高方向性良好的單色性，確保了光束能精確地聚焦在焦點(diǎn)上，即獲得較高的光功率密度單色性四、激光雷達(dá)的認(rèn)知

任務(wù)三車載雷達(dá)的認(rèn)知5．激光雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)

激光雷達(dá)能進(jìn)行遠(yuǎn)距離、高精度測距，并且分辨率高，激光雷達(dá)系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)相對簡單，維修方便。激光一般在晴朗的天氣里衰減較小，傳播距離較遠(yuǎn)，但受大雨、濃煙、濃霧等惡劣氣象環(huán)境影響，衰減大