自動駕駛的兩個重要傳感器介紹

隨著汽車自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，對于MEMS傳感器的需求也在快速增長，這些傳感器被應(yīng)用去汽車的安全、性能相關(guān)的領(lǐng)域，本文將會介紹對于自動駕駛非常重要的激光雷達(dá)和視覺圖像傳感器。

市場研究機(jī)構(gòu)IHS Markit預(yù)計2016年該領(lǐng)域市場規(guī)模為28億美元，2015年～2022年期間，汽車應(yīng)用的MEMS市場的復(fù)合年增長率將達(dá)6.9％，2022年將增長至32億美元。

過去幾年，MEMS傳感器在強(qiáng)制安全系統(tǒng)中獲得了穩(wěn)定的市場，如電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在2015年期間的新款汽車中已經(jīng)獲得普及。獲益的MEMS供應(yīng)商包括陀螺儀、壓力傳感器、加速度計以及前排和側(cè)面安全氣囊傳感器等。此外，汽車引擎應(yīng)用的MEMS器件也正在穩(wěn)定增長，主要來自于日益增長的引擎管理和尾氣處理應(yīng)用。據(jù)麥姆斯咨詢消息，這些領(lǐng)域的MEMS出貨量到2019年將達(dá)到13.4億顆，2013年時這一數(shù)字為10.8億顆。

激光雷達(dá)

LiDAR系統(tǒng)使用的是旋轉(zhuǎn)激光束。寶馬、谷歌、日產(chǎn)和蘋果的無人駕駛試驗車用的就是這項技術(shù)。但要想在量產(chǎn)車上應(yīng)用，價格必須大幅下降。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，再過幾年這個目標(biāo)就能實現(xiàn)。

激光雷達(dá)工作原理（圖片來自Velodyne）

激光雷達(dá)的工作原理是通過發(fā)射和接收激光束來實現(xiàn)的。在其內(nèi)部，每一組組件都包含一個發(fā)射單元與接收單元。上圖的Velodyne使用了旋轉(zhuǎn)鏡面的設(shè)計。

這套發(fā)射/接收組件和旋轉(zhuǎn)鏡面結(jié)合在一起，能掃描至少一個平面。鏡面不只反射二極管發(fā)出去的光，而且也能把反射回來的光再反射給接收器。通過旋轉(zhuǎn)鏡面，能夠?qū)崿F(xiàn) 90到180度的視角，并且大大降低系統(tǒng)設(shè)計和制造的復(fù)雜度，因為鏡面是這里面唯一的運動機(jī)構(gòu)。

脈沖光以前被用于探測距離。探測距離的原理是基于光返回的時間，激光二極管發(fā)出脈沖光，脈沖光照射到目標(biāo)物后反射一部分光回來，在二極管附近安裝一個光子探測器，它可以探測出返回來的信號，通過計算發(fā)射和探測的時間差就可以計算出目標(biāo)物的距離。脈沖距離測量系統(tǒng)一旦被激活就能收集到大量的點云。

如果點云中有目標(biāo)物，目標(biāo)物就會在點云中呈現(xiàn)出一個陰影。通過這個陰影可以測量出目標(biāo)物的距離和大小。通過點云可以生成周圍環(huán)境的3D圖像。點云密度越高，圖像越清晰。

視覺圖像傳感器

現(xiàn)在一個很廣泛的應(yīng)用是將2D激光雷達(dá)與視覺傳感器相結(jié)合，不過相比于激光雷達(dá)，視覺傳感器低成本的特性，也讓其成為了在自動駕駛解決方案中不可或缺的存在。

通過視覺傳感器的圖像識別技術(shù)對周邊環(huán)境進(jìn)行感知，對于自動駕駛而言，除了知道在什么位置存在什么物體/行人之外，進(jìn)而像車輛發(fā)出減速剎車等指令來避免事故這一功能之外，是以圖像識別為基礎(chǔ)，能夠理解當(dāng)前的駕駛場景，并學(xué)會處理突發(fā)事件。

視覺傳感器工作流程如果說激光雷達(dá)的難度在于如何讓其性能能夠滿足自動駕駛導(dǎo)航的需求，那么攝像頭的難度則在于從感知拔高到認(rèn)知的這一過程。

以人眼來進(jìn)行類比的話，人類駕駛員在看到行人或車輛之后，會基于看到的景象對行人或車輛的下一步行動有個預(yù)判，并根據(jù)預(yù)判來控制車輛。自動駕駛車同樣需要這個「預(yù)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?qū)噧?nèi)人員、車外行人、車附近人們的行為進(jìn)行觀察、理解、建模、分析和預(yù)測。