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第254期：用時(shí)約4分1657字

[感官系統(tǒng)]自動(dòng)駕駛：解剖汽車的感官系統(tǒng)

推薦：介紹汽車的眼睛，鼻子，耳朵等等所有的觸覺器官，包含數(shù)碼相機(jī)，激光雷達(dá)，雷達(dá)，超聲波傳感器，毫米波雷達(dá)傳感器，也正是因?yàn)樗麄儯詣?dòng)駕駛才有了可能。

自動(dòng)駕駛依靠傳感器去獲取車體周遭環(huán)境，每種傳感器都有各自所擅長的優(yōu)勢以及限制，需要結(jié)合各類傳感器的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行技術(shù)互補(bǔ)來完成對于周圍環(huán)境的理解和響應(yīng)。

一、數(shù)碼相機(jī)

將之加之于汽車上，就如同為其配備了一雙可以觀察世界的眼睛。這為我們之前的文章中所提到的“中層控制系統(tǒng)”提供了重要的數(shù)據(jù)源，深度學(xué)習(xí)算法通過這些采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行物體識別、軌跡預(yù)測等操作。

應(yīng)用于無人駕駛領(lǐng)域的專業(yè)數(shù)碼相機(jī)，同樣遠(yuǎn)非簡單記錄像素值那般簡單。它可以自動(dòng)分析圖片數(shù)據(jù)處理圖片所包含的“內(nèi)容”，可以自動(dòng)檢測出畫面中的各種物體，并轉(zhuǎn)化成數(shù)值表格，羅列出物體信息清單，為進(jìn)一步識別和判斷提供預(yù)處理數(shù)據(jù)。

但是，不同于生物體具備的“立體視覺”，數(shù)碼相機(jī)可以把三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維像素矩陣，卻會遺漏最關(guān)鍵的要素信息——深度數(shù)值。目前的一個(gè)解決方案就是：借鑒于生物體的形態(tài)為汽車配置多臺數(shù)碼相機(jī)去捕捉統(tǒng)一視覺鏡頭，就可以通過計(jì)算機(jī)重建3D場景，對于車體的周圍環(huán)境有更為清楚的深度認(rèn)知。

二、激光雷達(dá)

它通過向周圍不斷地發(fā)射脈沖激光束，然后根據(jù)光束折返回來所用的時(shí)間去完成測距任務(wù)。每秒數(shù)百萬次的發(fā)射頻率使得Lidar傳感器可以計(jì)算出周遭環(huán)境的三維數(shù)字模型，真正地實(shí)現(xiàn)3D世界的可視化，完成高精度3D模型的繪制。

激光雷達(dá)的工作原理曾有一段形象的比喻：就好像你身處一個(gè)充滿了隱形物體的房間內(nèi)，激光雷達(dá)就好像你手中的紅色涂料，你旋轉(zhuǎn)著身姿將紅色涂料向四周噴射。很快，那些隱形的物體會因?yàn)檎慈玖送苛隙@現(xiàn)出它的外形，展現(xiàn)在你的面前。當(dāng)涂料足夠多噴射的足夠遠(yuǎn)覆蓋的足夠全，那么整個(gè)房間內(nèi)的所有隱形物體將無所遁形的暴露出來。

這里我們需要引入“點(diǎn)云”這一概念進(jìn)行說明，通過測量儀器得到的產(chǎn)品外觀表面的點(diǎn)數(shù)據(jù)集合也稱之為點(diǎn)云。點(diǎn)與點(diǎn)之間間距越大我們稱為“稀疏點(diǎn)云”，反之通過三維激光掃描儀得到的點(diǎn)云因?yàn)橐驗(yàn)槊枋鑫矬w外觀的點(diǎn)數(shù)較多較密的我們稱之為“密集點(diǎn)云”。

三、雷達(dá)

其工作原理就是：按照一定的頻率向目標(biāo)區(qū)域去發(fā)射電磁波，電磁波以等同于光速的傳播速度呈環(huán)裝極速向外擴(kuò)張，利用電磁波在碰觸障礙物的時(shí)候反射形成的回波來檢測周圍的現(xiàn)實(shí)環(huán)境和物體布局。

對于自動(dòng)駕駛汽車來說，雷達(dá)傳感器的應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測車體的周邊環(huán)境，識別大型障礙物體，可以應(yīng)對大雨、濃霧等異常天氣，不受路面揚(yáng)塵等影響，精準(zhǔn)檢測物體距離車體的位置，以及各個(gè)物體的行進(jìn)方向和速度。

四、超聲波傳感器

與雷達(dá)相似，超聲波傳感器也是通過發(fā)射某種波形信號并通過檢測回波頻率去監(jiān)測環(huán)境信息。不同于雷達(dá)的電磁波，超聲波傳感器就如同它的命名一樣發(fā)射的是超聲波。超聲波傳感器也分為兩個(gè)部分：發(fā)送器和傳感器。

發(fā)送器產(chǎn)生高于人類所能收聽范圍的機(jī)器波，接收器感受到聲波的回聲根據(jù)物體反射回來的時(shí)間、頻率和聲波形狀來監(jiān)測物體的位置和速度。同樣，它也具備穿透濃霧、揚(yáng)塵天氣環(huán)境的能力，能在刺眼的陽關(guān)下觀測物體。

相較于雷達(dá)的電磁波，聲波的傳播速度相對較慢，這就意味著：它能以高分辨率來看清微小物體，但是在風(fēng)和距離的影響下衰減較快——也就是說其監(jiān)測范圍相對較小，日常應(yīng)用中經(jīng)常與雷達(dá)傳感器互為補(bǔ)充。

五、毫米波雷達(dá)傳感器

簡而言之就是工作在毫米波頻段的雷達(dá)，而毫米波其實(shí)質(zhì)上就是電磁波的一個(gè)頻段。毫米波是指：波長處于1mm~10mm之間的電磁波，位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，對應(yīng)的頻率范圍為10~200GHz，其頻率高于無線電且低于可見光和紅外線。

根據(jù)波的傳播理論，頻率越高，波長越短，分辨率越高，穿透能力越強(qiáng)，但在傳播過程的損耗也越大，傳輸距離越短；相對地，頻率越低，波長越長，繞射能力越強(qiáng)，傳輸距離越遠(yuǎn)。

通過以上我們看到毫米波雷達(dá)的巨大優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值，與極易受天氣等自然環(huán)境影響的攝像頭，或是超聲波傳感器相比毫米波雷達(dá)傳感器憑借其不受塵霧、雨雪等惡劣天氣影響的絕對優(yōu)勢榮膺“全天候全天時(shí)”的桂冠，成為眾多汽車輔助駕駛系統(tǒng)的不二選擇。

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