從(cong)傳(chuan)感(gan)器(qi)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)本(ben)身(shen)來(lai)說(shuo)，要(yao)在(zai)接(jie)下(xia)來(lai)十(shi)年(nian)裏(li)保(bao)證(zheng)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)車(che)安(an)全(quan)地(di)上(shang)路(lu)
，硬(ying)件(jian)性(xing)能(neng)與(yu)背(bei)後(hou)的(de)軟(ruan)件(jian)算(suan)法(fa)
，以(yi)及(ji)不(bu)同(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)，都(dou)是(shi)需(xu)要(yao)提(ti)升(sheng)的(de)地(di)方(fang)。

 

△車輛上的各式各樣傳感器

　　

傳感器在自動駕駛的重要性無需贅言。

　　

特斯拉的Autopilot係統通過攝像頭
、毫米波雷達與超聲波雷達的融合數據來控製車輛在高速路車道行駛
、變道以及根據交通情況調整車速。

　　

穀歌的全自動駕駛測試車用的是價格昂貴、結構複雜的遠距傳感係統LiDAR（激光雷達）。

　　

豐田透露過他們的高速道路自動駕駛汽車上有12個傳感器：1個藏在內後視鏡裏的前攝像頭，5個測量周圍車輛速度的雷達
，和6個探測周圍目標位置的激光雷達5。

　　

盡管也有一些企業另辟蹊徑，希望通過V2X技術來完成環境感知的工作，但是V2X嚴重依賴於基礎設施
，而傳感器則不受這個限製。

　　

　　

LiDAR係統使用的是旋轉激光束。寶馬
、穀歌、richanhepingguodewurenjiashishiyancheyongdejiushizhexiangjishu。danyaoxiangzailiangchancheshangyingyong，jiagebixudafuxiajiang。yeneipubianrenwei，zaiguojinianzhegemubiaojiunengshixian。

 

△激光雷達工作原理（圖片來自Velodyne）

　　

激光雷達的工作原理是通過發射和接收激光束來實現的。在其內部
，每一組組件都包含一個發射單元與接收單元。上圖的Velodyne使用了旋轉鏡麵的設計。

 

這套發射/接(jie)收(shou)組(zu)件(jian)和(he)旋(xuan)轉(zhuan)鏡(jing)麵(mian)結(jie)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)，能(neng)掃(sao)描(miao)至(zhi)少(shao)一(yi)個(ge)平(ping)麵(mian)。鏡(jing)麵(mian)不(bu)隻(zhi)反(fan)射(she)二(er)極(ji)管(guan)發(fa)出(chu)去(qu)的(de)光(guang)
，而(er)且(qie)也(ye)能(neng)把(ba)反(fan)射(she)回(hui)來(lai)的(de)光(guang)再(zai)反(fan)射(she)給(gei)接(jie)收(shou)器(qi)。通(tong)過(guo)旋(xuan)轉(zhuan)鏡(jing)麵(mian)，能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)90到180度的視角，並且大大降低係統設計和製造的複雜度
，因為鏡麵是這裏麵唯一的運動機構。

　　

脈mai衝chong光guang以yi前qian被bei用yong於yu探tan測ce距ju離li。探tan測ce距ju離li的de原yuan理li是shi基ji於yu光guang返fan回hui的de時shi間jian，激ji光guang二er極ji管guan發fa出chu脈mai衝chong光guang，脈mai衝chong光guang照zhao射she到dao目mu標biao物wu後hou反fan射she一yi部bu分fen光guang回hui來lai

，在zai二er極ji管guan附fu近jin安an裝zhuang一yi個ge光guang子zi探tan測ce器qi，它ta可ke以yi探tan測ce出chu返fan回hui來lai的de信xin號hao
，通tong過guo計ji算suan發fa射she和he探tan測ce的de時shi間jian差cha就jiu可ke以yi計ji算suan出chu目mu標biao物wu的de距ju離li。脈mai衝chong距ju離li測ce量liang係xi統tong一yi旦dan被bei激ji活huo就jiu能neng收shou集ji到dao大da量liang的de點dian雲yun。

　　

如(ru)果(guo)點(dian)雲(yun)中(zhong)有(you)目(mu)標(biao)物(wu)，目(mu)標(biao)物(wu)就(jiu)會(hui)在(zai)點(dian)雲(yun)中(zhong)呈(cheng)現(xian)出(chu)一(yi)個(ge)陰(yin)影(ying)。通(tong)過(guo)這(zhe)個(ge)陰(yin)影(ying)可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)出(chu)目(mu)標(biao)物(wu)的(de)距(ju)離(li)和(he)大(da)小(xiao)。通(tong)過(guo)點(dian)雲(yun)可(ke)以(yi)生(sheng)成(cheng)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)的(de)3D圖像。點雲密度越高，圖像越清晰。

　　

通過激光雷達來生成周圍環境的3D圖像有幾種不同的方式。

　　

一種實現方法是讓發射/接收組件上下移動同時讓鏡麵旋轉，有時也叫這種方法為“眨眼點頭”。這種方法能生成高度方向上的點雲

，但是減少了方位數據點（azimuthdatapoints），因此點雲密度會降低
，分辨率也不夠高。

　　

另一種方法叫“光掃描激光雷達”（flashLiDAR）。這種方法是使用2D焦平麵陣列（FocalPlaneArray，FPA）捕bu捉zhuo像xiang素su距ju離li信xin息xi，同tong時shi發fa出chu激ji光guang來lai照zhao射she大da塊kuai麵mian積ji。這zhe類lei傳chuan感gan器qi結jie構gou複fu雜za
，製zhi造zao困kun難nan，因yin此ci還hai沒mei有you廣guang泛fan的de商shang業ye應ying用yong。但dan是shi它ta屬shu於yu固gu態tai傳chuan感gan器qi，沒mei有you運yun動dong部bu件jian，因yin此ci將jiang來lai有you可ke能neng替ti代dai現xian有you的de機ji械xie式shi傳chuan感gan器qi。

　　

目前雖然有不同的LiDAR結構可以產生很多形式的3Ddianyunxitong，danshihaimeiyouyizhongxitongnengdadaozidongjiashidaohangdeyingyongyaoqiu。birushuo，youhenduoxitongnengshengchengjingzhidetuxiang，danshichanshengyifutuxiangxuyaohuahaojifenzhong。zhezhongxitongjiubushiheyidongchuanganleideyingyong。haiyouyixieguangsaomiaoxitongdeshuaxinlvhengao，danshijiaohetancejuliyoutaixiao。lingwaihaiyouyixiedanguangshu(singlebeam)係統能提供有用的信息
，但是如果目標太小或者超出了視角就探測不到了。

　　

要想讓LiDAR傳感器的使用最大化，必須要能夠看到周圍所有的地方
，也就是所說的需要實現360度視角

；最zui終zhong給gei用yong戶hu輸shu出chu的de數shu據ju要yao有you實shi時shi性xing，因yin此ci必bi須xu使shi數shu據ju收shou集ji和he畫hua麵mian生sheng成cheng之zhi間jian的de時shi間jian延yan遲chi最zui小xiao化hua。駕jia駛shi員yuan的de反fan應ying時shi間jian一yi般ban是shi十shi分fen之zhi幾ji秒miao，如ru果guo我wo們men要yao實shi現xian自zi動dong駕jia駛shi導dao航hang，那na麼me導dao航hang電dian腦nao的de刷shua新xin率lv至zhi少shao要yao達da到dao十shi分fen之zhi一yi秒miao。視shi角jiao也ye不bu能neng隻zhi看kan水shui平ping方fang向xiang
，還hai需xu要yao有you高gao度du方fang向xiang的de視shi角jiao，否fou則ze車che就jiu會hui掉diao到dao路lu上shang的de坑keng裏li。垂chui向xiang視shi角jiao應ying該gai向xiang下xia盡jin可ke能neng的de靠kao近jin車che輛liang，以yi便bian讓rang自zi動dong駕jia駛shi適shi應ying路lu麵mian的de顛dian簸bo和he陡dou坡po。

　　

目前，業內有數家生產製造激光雷達的企業，他們的產品也有著各自的特色。

　　

Velodyne擁有高精度激光雷達技術（HDL）
，據稱其HDL傳感器能夠提供360度水平視角，26.5度的垂直視角，15Hz的刷新率，並可以每秒生成一百萬像素的點雲。今年Velodyne推出了小型化的32線傳感器
，可以實現200米的探測距離，垂直視角28°。

 

△Velodyne固態32線UltraPack激光雷達

　　

Leddar公司同樣也有具備360°探測能力的激光雷達產品。並且
，因為同時提供ADAS解決方案，Leddar同樣也提供傳感器融合技術，把不同傳感器的數據組合在一起
，從而形成車輛周邊環境的整體圖像。

　　

固態LiDAR——替代攝像頭/雷達或者作為它們的補充，可集成到ADAS以及無人駕駛功能中
；

　　

為高級別自動駕駛提供高密度點雲的LiDAR；

　　

可以支持光掃描或者光束測量的LiDAR（例如MEMS鏡麵）
；

　　

Ledaar的激光雷達探測距離可達250m，水平視角可達到140度，每秒可生成48萬像素的點雲，水平和垂直方向的分辨率可達0.25度。

 

　　

現在一個很廣泛的應用是將2D激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)與(yu)視(shi)覺(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)相(xiang)結(jie)合(he)，不(bu)過(guo)相(xiang)比(bi)於(yu)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)，視(shi)覺(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)低(di)成(cheng)本(ben)的(de)特(te)性(xing)

，也(ye)讓(rang)其(qi)成(cheng)為(wei)了(le)在(zai)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)中(zhong)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)存(cun)在(zai)。

　　

通過視覺傳感器的圖像識別技術對周邊環境進行感知
，對於自動駕駛而言
，除了知道在什麼位置存在什麼物體/行(xing)人(ren)之(zhi)外(wai)，進(jin)而(er)像(xiang)車(che)輛(liang)發(fa)出(chu)減(jian)速(su)刹(sha)車(che)等(deng)指(zhi)令(ling)來(lai)避(bi)免(mian)事(shi)故(gu)這(zhe)一(yi)功(gong)能(neng)之(zhi)外(wai)，是(shi)以(yi)圖(tu)像(xiang)識(shi)別(bie)為(wei)基(ji)礎(chu)，能(neng)夠(gou)理(li)解(jie)當(dang)前(qian)的(de)駕(jia)駛(shi)場(chang)景(jing)，並(bing)學(xue)會(hui)處(chu)理(li)突(tu)發(fa)事(shi)件(jian)。

 

△視覺傳感器工作流程

　　

如果說激光雷達的難度在於如何讓其性能能夠滿足自動駕駛導航的需求，那麼攝像頭的難度則在於從感知拔高到認知的這一過程。

　　

以yi人ren眼yan來lai進jin行xing類lei比bi的de話hua，人ren類lei駕jia駛shi員yuan在zai看kan到dao行xing人ren或huo車che輛liang之zhi後hou
，會hui基ji於yu看kan到dao的de景jing象xiang對dui行xing人ren或huo車che輛liang的de下xia一yi步bu行xing動dong有you個ge預yu判pan，並bing根gen據ju預yu判pan來lai控kong製zhi車che輛liang。自zi動dong駕jia駛shi車che同tong樣yang需xu要yao這zhe個ge「預判」的過程，而攝像頭就起到觀察的作用。自動駕駛汽車必須能夠對車內人員、車外行人、車附近人們的行為進行觀察


、理解
、建模、分析和預測。

　　

這(zhe)個(ge)從(cong)觀(guan)察(cha)到(dao)預(yu)測(ce)的(de)過(guo)程(cheng)同(tong)樣(yang)適(shi)用(yong)於(yu)道(dao)路(lu)上(shang)的(de)其(qi)他(ta)車(che)輛(liang)，不(bu)過(guo)，如(ru)何(he)獲(huo)取(qu)駕(jia)駛(shi)場(chang)景(jing)的(de)整(zheng)體(ti)含(han)義(yi)
，如(ru)何(he)處(chu)理(li)突(tu)發(fa)的(de)場(chang)景(jing)和(he)目(mu)標(biao)
，如(ru)何(he)針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)目(mu)標(biao)（行人或車輛）準確進行短時或長時的行為分析，以及如何對周邊的人或車輛進行行為預測並決策，這些技術都有待於進一步的深入研究。

　　

　　

傳感器和算法的研究和相應的工程技術正在快速發展，它們可以使自動駕駛汽車預測人和車輛的不確定行為，並快速響應以避免車輛
、財產的損失
，更重要的是能夠保護珍貴的生命。

　　

當dang然ran
，自zi動dong駕jia駛shi的de傳chuan感gan器qi並bing不bu隻zhi是shi激ji光guang雷lei達da與yu攝she像xiang頭tou兩liang類lei，毫hao米mi波bo雷lei達da與yu超chao聲sheng波bo雷lei達da
，以yi及ji目mu前qian還hai並bing沒mei有you為wei自zi動dong駕jia駛shi所suo用yong的de聲sheng音yin傳chuan感gan器qi
，下xia篇pian文wen章zhang將jiang繼ji續xu介jie紹shao。