無(wú)人駕駛汽車之所以無(wú)需人工操作，是因?yàn)樗艽嫒说母泄偃プ詣?dòng)識(shí)別道路信息和行人，然后控制汽車完成壁障等功能。而代替人的眼睛和聽(tīng)覺(jué)進(jìn)行環(huán)境感知的部分我們稱作傳感器。目前，激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、視覺(jué)傳感器是用于周圍環(huán)境感測(cè)的主流手段。而在探測(cè)精度、探測(cè)距離、穩(wěn)定性和對(duì)周圍環(huán)境適應(yīng)性等關(guān)鍵性能上，激光雷達(dá)都有著明顯優(yōu)勢(shì)。它通過(guò)成對(duì)的發(fā)射器和接收器，發(fā)射和接收 激光束 來(lái)繪制周圍環(huán)境的點(diǎn)云圖像，發(fā)射器和接受器越多，激光束越密集，對(duì)周圍環(huán)境的感知就越精準(zhǔn)。我們常說(shuō)的64線激光雷達(dá)，就是指有64組發(fā)射和接收器。
無(wú)人駕駛的傳感器方案之爭(zhēng)一直是個(gè)經(jīng)久不衰的話題，2015年，當(dāng)時(shí)業(yè)界還在爭(zhēng)論：無(wú)人駕駛是該用激光雷達(dá)還是用攝像頭。攝像頭由于成本及技術(shù)成熟度的優(yōu)勢(shì)， 在一段時(shí)間內(nèi)都占有優(yōu)勢(shì)地位。攝像頭技術(shù)也適合從輔助駕駛到無(wú)人駕駛的自然演進(jìn)。到2016 年，事情發(fā)生很大的轉(zhuǎn)變，業(yè)內(nèi)漸漸覺(jué)得激光雷達(dá)是非常重要的。此前，包括Mobileye聯(lián)合創(chuàng)始人Amnon Shashua、特斯拉CEO馬斯克在內(nèi)的一眾大佬曾公開(kāi)宣誓對(duì)攝像頭傳感器的“孤注一擲”，但如今聲音也開(kāi)始變得不一樣，Amnon Shashua在公開(kāi)演講的口徑已經(jīng)開(kāi)始傾向于表達(dá)多傳感器冗余的必要性。
在 2016 年之前，激光雷達(dá)行業(yè)的發(fā)展還是比較緩慢的。但現(xiàn)在來(lái)看，包括上游供應(yīng)商和下游客戶的緊迫需求，都在極力推動(dòng)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)降成本化、可量產(chǎn)化。自動(dòng)駕駛必須用激光雷達(dá)，如果激光雷達(dá)能有效控制成本，ADAS等級(jí)數(shù)較低的駕駛輔助功能也需要用激光雷達(dá)。究其原因，基于攝像頭的ADAS和無(wú)人駕駛系統(tǒng)，或者單獨(dú)使用毫米波的局限性相當(dāng)之大。
首先是視場(chǎng)角的問(wèn)題，為了保證足夠的探測(cè)距離，視場(chǎng)角的角度不可太大，而這就導(dǎo)致車輛有非常大的橫向盲區(qū)。而使用廣角鏡頭亦或魚(yú)眼大家也知道邊緣失真非常嚴(yán)重，針對(duì)此有些廠商推出多攝像頭的工作模式，縱然這樣，也解決不了近距離盲區(qū)的問(wèn)題，同樣的多目攝像頭會(huì)有重疊區(qū)域，這樣做會(huì)增加算法的復(fù)雜性，使用過(guò)濾器再經(jīng)處理會(huì)增加系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，增加成本。
其次是低速問(wèn)題，攝像頭對(duì)于車輛低速下的表現(xiàn)不好，甚至出現(xiàn)對(duì)那些靜止目標(biāo)和緩慢移動(dòng)的目標(biāo)無(wú)法識(shí)別。毫米波則可能只能識(shí)別出是障礙物，對(duì)與到底是人還是障礙則顯得多少力不從心，沒(méi)有激光雷達(dá)，甚至尋找激光雷達(dá)的替代品，這條路都將步履艱難。
當(dāng)然要解決自動(dòng)駕駛的問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)鏈的完善和配套也是不容忽視的問(wèn)題。的確，目前多數(shù)汽車ADAS或無(wú)人駕駛都有賴于三類傳感器的融合進(jìn)行環(huán)境感知：攝像頭、毫米波雷達(dá)、LiDAR。而隨著傳感器和環(huán)境感知技術(shù)的重要性日漸增強(qiáng)，目前業(yè)界普遍持有的觀點(diǎn)是，傳感器融合將提供魯棒性更強(qiáng)的自動(dòng)化系統(tǒng)。上述GoogleCar就是一個(gè)典型的多傳感器融合方案的例子。
在感知方面，我們現(xiàn)在普遍使用的是激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)，這三個(gè)是作為感知外界物體的傳感器。其中，激光雷達(dá)可以做物體的識(shí)別、分類、特別是小型物體的識(shí)別，還有一個(gè)重要功能是高清地圖的重構(gòu)。攝像頭也可以做物體的分類和跟蹤。毫米波雷達(dá)主要用于對(duì)物體障礙物識(shí)別和物體的檢測(cè)跟蹤，測(cè)量距離和速度也是毫米波雷達(dá)的強(qiáng)項(xiàng)，在惡劣環(huán)境和天氣條件下，系統(tǒng)就必須依靠毫米波雷達(dá)的輸入來(lái)保持系統(tǒng)正常運(yùn)行。
下面這張圖則形象的對(duì)比了三種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。從圖中可以看出，毫米波雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)這三個(gè)傳感器，有一些重合點(diǎn)。這是由傳感器本身的性質(zhì)決定，他們有各自不可或缺的功能。
毫米波雷達(dá)主要用還是在障礙物檢測(cè)，動(dòng)態(tài)物體跟蹤；攝像頭很難得到三維物體的模型，包括它對(duì)于環(huán)境的干擾也比較依賴這個(gè)光照的影響，但攝像頭對(duì)物體分類和跟蹤是非常好的；激光雷達(dá)普遍用于定位、地圖重構(gòu)，障礙物檢測(cè)、物體分類等應(yīng)用。
對(duì)于多傳感器融合， 也有很多種組合和選擇， 比如多LiDAR耦合就是解決高端LiADR成本過(guò)高的一個(gè)方案。
多LiDAR耦合是指多個(gè)LiDAR經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)布局，通過(guò)LiDAR聯(lián)合標(biāo)定以及數(shù)據(jù)同步處理，達(dá)到自由組合LiDAR點(diǎn)云密度變化的目的。以速騰聚創(chuàng)的多LiDAR耦合方案為例， 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版 16 線LiDAR耦合，相比于單個(gè)64線激光雷達(dá)，價(jià)格會(huì)便宜四分之三；同時(shí)在性能上能夠?qū)崿F(xiàn)高速自動(dòng)駕駛實(shí)際使用所需的相同點(diǎn)云密度，其測(cè)量距離達(dá)到150 米；另外，多激光雷達(dá)耦合方案，可以根據(jù)客戶不同需求進(jìn)行拆裝組合，適用不同場(chǎng)景。
而LiDAR和攝像頭融合則更是一個(gè)經(jīng)典方案。在無(wú)人駕駛應(yīng)用中，攝像頭價(jià)格便宜，但是受環(huán)境光影響較大，可靠性相對(duì)較低。LiDAR探測(cè)距離遠(yuǎn)，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷精準(zhǔn)，可靠性高，但是價(jià)格仍居高不下。攝像頭可以完成的工作有：車道線檢測(cè)，障礙物檢測(cè)和交通標(biāo)志的識(shí)別；而LiDAR完成的任務(wù)有：路沿檢測(cè)、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)物體識(shí)別，定位和地圖創(chuàng)建。對(duì)于動(dòng)態(tài)的物體，攝像頭能判斷出前后兩幀中物體或行人是否為同一物體或行人，而LiDAR則得到信息后測(cè)算前后兩幀間隔內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)位移是多少。
攝像頭和LiDAR分別對(duì)物體識(shí)別后，再進(jìn)行標(biāo)定。對(duì)于安全性要求100%的無(wú)人駕駛，LiDAR和攝像頭融合將是未來(lái)互補(bǔ)的方案。隨著LiDAR技術(shù)的進(jìn)步，價(jià)格的下降，我們有望看到兼?zhèn)涿烂埠透咝阅艿腖iDAR以親民的價(jià)格，在無(wú)人駕駛時(shí)代大有作為！
LiDAR和毫米波雷達(dá)融合則是新進(jìn)開(kāi)始流行的方案。作為ADAS不可或缺的核心傳感器類型，毫米波雷達(dá)從上世紀(jì)起就已在高檔汽車中使用，技術(shù)相對(duì)成熟，價(jià)格親民。毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，且其引導(dǎo)頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。此外，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，彌補(bǔ)了激光雷達(dá)的“軟肋”。
但毫米波雷達(dá)受制于波長(zhǎng)，探測(cè)距離非常有限，也無(wú)法感知行人，并且對(duì)周邊所有障礙物無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)的建模。這恰恰是激光雷達(dá)的強(qiáng)項(xiàng)。激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)，不僅可以在性能上實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，還可以大大降低使用成本，這樣一來(lái)可以為無(wú)人駕駛的開(kāi)發(fā)提供一個(gè)新的選擇。此外，美國(guó)初創(chuàng)公司Aeva剛剛發(fā)布了一款集激光雷達(dá)和雷達(dá)于一身的新型傳感器，既可確定周圍物體的位置，也可確定物體速度。該傳感器的連續(xù)波將比現(xiàn)有激光雷達(dá)提供更廣的探查范圍和更高分辨率的圖像，并且能更好地應(yīng)對(duì)天氣變化及如橋欄桿這樣的高度反光物體，并避免干擾其它光學(xué)傳感器。
聯(lián)系客服
