Omdia:傳感器在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用

要點(diǎn)

信息感知是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛算法的基礎(chǔ)和源泉。對(duì)周?chē)h(huán)境做出全面地識(shí)別和判斷是保證智能汽車(chē)安全行駛的前提條件。目前,攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)都是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域常用的傳感器。傳感器技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,對(duì)于車(chē)輛在復(fù)雜駕駛環(huán)境中感知能力的提升至關(guān)重要。

攝像頭

攝像頭是當(dāng)今智能汽車(chē)最不可或缺的傳感器。它的分辨率高,通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)進(jìn)行模型標(biāo)定、目標(biāo)跟蹤和障礙物識(shí)別,可用于車(chē)外的道路環(huán)境感知和車(chē)內(nèi)駕駛員和乘客的監(jiān)控。汽車(chē)制造商們廣泛使用視覺(jué)感知方案來(lái)實(shí)現(xiàn)Level 2及以上的輔助駕駛功能,如前方碰撞警告(FCW)、車(chē)道偏離警告(LDW)、自適應(yīng)巡航控制(ACC)和自主緊急制動(dòng)(AEB)等。近些年,ADAS(高級(jí)輔助駕駛)裝機(jī)率的提高帶動(dòng)了單車(chē)搭載的攝像頭的數(shù)目不斷增加。例如,特斯拉為其自動(dòng)駕駛硬件系統(tǒng)配備了8個(gè)攝像頭,蔚來(lái)的ET7安裝了11個(gè)攝像頭之多。2019年,全球每部汽車(chē)安裝的攝像頭數(shù)目平均只有2.2個(gè),但Omdia預(yù)計(jì)到2026年這個(gè)數(shù)字將翻倍。

隨著攝像頭使用數(shù)量的增加,對(duì)攝像頭性能的要求也在提高。采用更分辨率的攝像頭是市場(chǎng)的趨勢(shì),例如蔚來(lái)et7智能駕駛搭載11個(gè)800萬(wàn)像素?cái)z像頭。在高對(duì)比度的場(chǎng)景中,攝像頭傳感器芯片需要更高的動(dòng)態(tài)范圍來(lái)捕捉優(yōu)質(zhì)的圖像。具有較高幀率的車(chē)載攝像頭能提供更流暢的視頻畫(huà)面。傳感器芯片的全局快門(mén)技術(shù)有助于避免高速運(yùn)動(dòng)中圖像的 “果凍效應(yīng)”。此外,汽車(chē)攝像頭有一些獨(dú)特的要求,如LED閃爍抑制技術(shù),以確保汽車(chē)能正確識(shí)別LED信號(hào)。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷深入,車(chē)載攝像頭還需要對(duì)環(huán)境的深度信息進(jìn)行感測(cè)。例如駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)功能,以及通過(guò)人臉識(shí)別確定駕駛員身份等功能。因此3D感測(cè)技術(shù)如ToF等方案將越來(lái)越受到市場(chǎng)的關(guān)注。


 


毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)是一種利用毫米波來(lái)探測(cè)障礙物距離的設(shè)備。按照探測(cè)距離來(lái)分,毫米波雷達(dá)可以分為短程雷達(dá)(SRR),中程雷達(dá)(MRR)以及遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR)。隨著自動(dòng)駕駛水平的不斷提高,毫米波雷達(dá)因其成本優(yōu)勢(shì)和穩(wěn)定的工作性能,將被廣泛應(yīng)用于Level 2及以上自動(dòng)駕駛車(chē)輛。它可以全天候工作,是攝像頭的必要補(bǔ)充。

毫米波雷達(dá)正朝著體積更小、精度更高、探測(cè)距離更遠(yuǎn)的方向發(fā)展。由于法規(guī)對(duì)自動(dòng)駕駛的安全性要求不斷提高,24GHz毫米波雷達(dá)將逐漸被77GHz的產(chǎn)品取代,因?yàn)楦叩念l率意味著更高的性能、更寬的帶寬和更好的分辨率。

Omdia預(yù)計(jì)在Level 3及以上的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中將平均配備5~8個(gè)毫米波雷達(dá),以實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)檢測(cè)(BSD)、變道輔助(LCA)和后方碰撞警告(RCA)等功能。

超聲波雷達(dá)

超聲波是傳統(tǒng)汽車(chē)最常用的傳感器之一。它是一種利用發(fā)射、接收和處理超聲波信號(hào)并獲得目標(biāo)的距離和位置等信息的裝置。超聲波傳感器在惡劣的天氣條件下,如霧、雨、雪和弱光條件下表現(xiàn)良好,而且價(jià)格相對(duì)便宜。因此,它被廣泛用于倒車(chē)?yán)走_(dá)和自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)。

超聲波雷達(dá)的缺點(diǎn)包括反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),視野有限,精度較低。此外,超聲波傳感器很難探測(cè)到小型、快速移動(dòng)的物體或多個(gè)物體。Omdia認(rèn)為從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,在較高級(jí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)中,部分車(chē)用超聲波雷達(dá)將被性能更好的毫米波雷達(dá)取代。

激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是一種發(fā)射激光束并接收回波以獲得目標(biāo)的三維和速度信息的系統(tǒng)。激光雷達(dá)跟攝像頭相比探測(cè)距離更遠(yuǎn),跟毫米波雷達(dá)相比對(duì)靜態(tài)目標(biāo)的識(shí)別更準(zhǔn)確,因此被認(rèn)為是Level 3及以上自動(dòng)駕駛系統(tǒng)最重要的傳感器。然而,激光雷達(dá)在大雨或大霧天氣中可能會(huì)失效。另外,由于其成本較高,現(xiàn)階段配備激光雷達(dá)的車(chē)輛仍將以高端車(chē)型為主。

從技術(shù)趨勢(shì)來(lái)看,目前半固態(tài)式激光雷達(dá)解決方案的成熟度較高,易于通過(guò)車(chē)輛法規(guī),因此成為市場(chǎng)主流選擇。未來(lái)激光雷達(dá)將朝著小型化、高分辨率(64通道、128通道,甚至200通道等)和低成本的固態(tài)式解決方案發(fā)展。此外,將激光雷達(dá)集成到單個(gè)芯片的方案將成為長(zhǎng)期的技術(shù)研發(fā)方向。

一直以來(lái),特斯拉憑借其算法優(yōu)勢(shì)和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備推崇“純視覺(jué)”感知方案,不使用激光雷達(dá)。但其最新的自動(dòng)駕駛硬件HW4.0中加入了4D毫米波雷達(dá)。4D毫米波雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)維度(3D+高度)的信息感知,且成本低于激光雷達(dá),未來(lái)有望代替短距激光雷達(dá),助力高階自動(dòng)駕駛的進(jìn)一步滲透。

由于每種類(lèi)型的傳感器都有其局限性,無(wú)法提供車(chē)輛周?chē)h(huán)境的全部信息,因此對(duì)傳感器融合技術(shù)的需求日益增加。傳感器融合技術(shù)是指將各種傳感器(如毫米波雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)或超聲波雷達(dá)等)獲取的信息融合起來(lái),綜合分析做決策,以便得到一個(gè)更為完整可靠的環(huán)境描述,從而提升自動(dòng)駕駛決策的信心度。

Omdia認(rèn)為,在未來(lái)幾十年里,隨著智能汽車(chē)取代傳統(tǒng)燃油車(chē)的進(jìn)程加快,對(duì)各種類(lèi)型傳感器的需求將進(jìn)一步放大。而自動(dòng)駕駛的推進(jìn)也將促進(jìn)傳感器技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新,推動(dòng)傳感器性能達(dá)到更高的水平。

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2023-03-03
Omdia:傳感器在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用
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