自動駕駛的攝像頭、雷達和激光雷達傳感器解析

如若要想在車型上實現(xiàn)SAE L4/L5的全自動駕駛功能，就需要應(yīng)用多種傳感器冗余系統(tǒng)。當(dāng)今的半自動駕駛系統(tǒng)采用了各種各樣數(shù)量和設(shè)計的雷達和攝像頭系統(tǒng)。而高性能價格合理、能檢測300米半徑內(nèi)信息的激光探測與測距系統(tǒng)開發(fā)，還處在預(yù)研階段。大多數(shù)汽車制造商都認(rèn)為，如果要實現(xiàn)全自動駕駛，攝像頭、雷達和激光雷達這三大傳感器系統(tǒng)缺一不可。

目前，超聲波雷達、毫米波雷達和多攝像頭系統(tǒng)已經(jīng)在高端汽車上應(yīng)用，隨著智能駕駛發(fā)展勢如破竹，環(huán)境感知技術(shù)將快速發(fā)展，進一步發(fā)揮協(xié)同作用。雖然傳感器僅僅是自動駕駛汽車的一部分，但是市場前景十分廣闊。因此，相關(guān)機構(gòu)預(yù)計到2023年左右全球車載攝像頭、毫米波雷達和夜視系統(tǒng)等市場都將進入快速成長期。

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攝像頭：智能駕駛之慧眼

車載攝像頭是實現(xiàn)眾多預(yù)警、識別類ADAS功能的基礎(chǔ)。在眾多ADAS功能中，視覺影像處理系統(tǒng)較為基礎(chǔ)，對于駕駛者也更為直觀，而攝像頭又是視覺影像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此車載攝像頭對于智能駕駛必不可少。

車道偏離預(yù)警（LDW）、前向碰撞預(yù)警（FCW）、交通標(biāo)志識別（TSR）、 車道保持輔助（LKA）、行人碰撞預(yù)警（PCW）、全景泊車（SVP）、駕駛員疲勞預(yù)警等眾多功能都可借助攝像頭實現(xiàn)，有的功能甚至只能通過攝像頭實現(xiàn)。

攝像頭可實現(xiàn)的ADAS功能

車載攝像頭價格持續(xù)走低，未來單車多攝像頭將成為趨勢。?相對于車載雷達等傳感器價格更加低廉，易于普及應(yīng)用。特斯拉Autopilot 2.0的硬件系統(tǒng)中就包含8個攝像頭，未來單車多攝像頭將成為趨勢。

根據(jù)不同ADAS功能的要求，攝像頭的安裝位置也不盡相同。按攝像頭的安裝位置不同，可分為前視、側(cè)視、后視和內(nèi)置四個部分。未來要實現(xiàn)全套ADAS功能，單車需配備至少5個攝像頭。據(jù)高工智能產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）研究院預(yù)估，攝像頭隨著ADAS滲透率的提升，市場規(guī)模由2016年的20億元增長到2020年的58億元，年復(fù)合增長率為30%。

車載攝像頭的價格不斷走低

前視攝像頭使用頻率最高，單一攝像頭可實現(xiàn)多重功能。通過算法開發(fā)優(yōu)化，單一前視攝像頭可以實現(xiàn)多重功能，如行車記錄、車道偏離預(yù)警、前向碰撞預(yù)警、行人識別等。未來也有望通過算法整合，實現(xiàn)更多ADAS功能。

前視攝像頭一般為廣角鏡頭，安裝在車內(nèi)后視鏡上或者前擋風(fēng)玻璃上較高的位置，以實現(xiàn)較遠(yuǎn)的有效距離。?

側(cè)視攝像頭代替后視鏡將成為趨勢。由于后視鏡的范圍有限，當(dāng)另一輛在斜后方的車位于這個范圍之外就“隱身”，這個范圍之外的部分就叫做盲區(qū)。因為盲區(qū)的存在，大大增加了交通事故發(fā)生的幾率。而在車輛兩側(cè)加裝側(cè)視攝像頭可以基本覆蓋盲區(qū)，當(dāng)有車輛進入盲區(qū)時，就有自動提醒駕駛員注意，這就是盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)。

目前還出現(xiàn)了新的潮流，那就是使用側(cè)視廣角攝像頭取代后視鏡，這樣既能降低風(fēng)阻，同時又可以獲得更大更廣的視角，避免在危險的盲區(qū)發(fā)生意外， 寶馬i8 Mirrorless概念車就采用如此設(shè)計。

汽車后視鏡盲區(qū)

全景泊車系統(tǒng)調(diào)用車身周圍多個攝像頭，助泊車開啟“上帝視角”。全景泊車系統(tǒng)通過安裝在車身周圍的多個超廣角攝像頭，同時采集車輛四周的影像，經(jīng)過圖像處理單元矯正和拼接之后，形成一副車輛四周的全景俯視圖，實時傳送至中控臺的顯示設(shè)備上。

駕駛員坐在車中即可以“上帝視角”直觀地看到車輛所處的位置以及車輛周報的障礙物，從容操縱泊車入位或通過復(fù)雜路面，有效減少刮蹭、碰撞等事故的發(fā)生。

全景泊車系統(tǒng)的圖像拼接技術(shù)

車載攝像頭應(yīng)用廣泛且價格相對低廉，是最基本最常見的傳感器，未來市場空間將超百億人民幣。?

攝像頭對于多個ADAS功能必不可少，未來單價也有望繼續(xù)走低，將帶動車載攝像頭市場空間快速增長。根據(jù)的估算，全球車載攝像頭出貨量將從2014年的2800萬枚增長到2020年的8300萬枚，復(fù)合增長率達20%。

據(jù)此估算，全球車載攝像頭市場規(guī)模將從2015年的62億人民幣增長到2020年的133億人民幣，年復(fù)合增長率將達16%。消費區(qū)域主要在美洲、歐洲、亞太等地，其中亞太地區(qū)將成為增長最快的市場。

2022年國內(nèi)車載攝像頭市場需求量測算

攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈主要有鏡頭組、CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，即互補性金屬氧化物半導(dǎo)體）、 DSP（Digital Signal Process 即數(shù)字信號處理器）、模組封裝等環(huán)節(jié)組成。

近幾年，智能手機的高速增長帶動了攝像頭市場的蓬勃發(fā)展，但是從 2014年開始智能手機的增速已轉(zhuǎn)緩，手機攝像頭未來的增長率也必將放緩。隨著車載攝像頭市場的興起，手機攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的產(chǎn)能將向車載攝像頭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，預(yù)計未來CMOS、鏡頭、 模組封裝等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)將繼續(xù)保持高增長。

雷達：測距測速必不可少的傳感器

雷達通過發(fā)射聲波或者電磁波對目標(biāo)物體進行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)物體的距離、距離變化率（徑向速度）、大小、方位等信息。雷達最先應(yīng)用于軍事中，后來逐漸民用化。

隨著汽車智能化的發(fā)展趨勢，雷達開始出現(xiàn)在汽車上，主要用于測距、測速等功能。汽車?yán)走_可分為超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等，不同雷達的原理不盡相同，性能特點也各有優(yōu)勢，可用于實現(xiàn)不同的功能。

雷達傳感器（僅進行原始數(shù)據(jù)收集）的基本架構(gòu)

超聲波雷達

超聲波雷達是利用傳感器內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40KHz的超聲波，再由接收探頭接收經(jīng)障礙物反射回來的超聲波，根據(jù)超聲波反射接收的時間差計算與障礙物之間的距離。超聲波雷達成本較低，探測距離近精度高，且不受光線條件的影響，因此常用于泊車系統(tǒng)中。

自動泊車功能離不開超聲波雷達。寶馬最新的i系列和7系列已經(jīng)支持使用車鑰匙遙控汽車自動泊車，在操作過程中用戶只需要發(fā)出前進或后退兩個指示，汽車就會持續(xù)使用超聲波傳感器檢測車位和障礙物，自動操作方向盤和制動器，實現(xiàn)自動泊車。

毫米波雷達：ADAS核心傳感器

毫米波是指波長在1mm到10mm之間的電磁波，換算成頻率后，毫米波的頻率位于30GHz到300GHz之間。毫米波的波長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。

毫米波雷達在導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)監(jiān)視和截獲、炮火控制和跟蹤、高速通信、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近些年，隨著毫米波雷達技術(shù)水平的提升和成本的下降，毫米波雷達開始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。

毫米波雷達關(guān)鍵技術(shù)主要由國外電子公司掌控。毫米波雷達系統(tǒng)主要包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模塊，而MMIC（MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit）芯片和天線PCB板（PrintedCircuitBoard）是毫米波雷達的硬件核心。

目前毫米波雷達關(guān)鍵技術(shù)主要被Bosch、Continental、Denso、Autoliv等零部件巨頭壟斷，特別是77GHz產(chǎn)品技術(shù)只有Bosch、Continental、Denso、Delphi等少數(shù)幾家公司掌握。

激光雷達：功能強大成本大幅降低可期

激光雷達是軍轉(zhuǎn)民的高精度雷達技術(shù)。激光雷達的應(yīng)用一開始主要為軍事領(lǐng)域，受到了各國軍事部門的極大關(guān)注。相比普通雷達，激光雷達可提供高分辨率的輻射強度幾何圖像、距離圖像、速度圖像。在民用領(lǐng)域中，激光雷達因其在測距測速、三維建模等領(lǐng)域的優(yōu)越性能也被廣泛應(yīng)用。

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激光雷達性能精良，是無人駕駛的最佳技術(shù)路線。激光雷達相對于其他自動駕駛傳感器具有非常優(yōu)越的性能：

1）分辨率高。激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常激光雷達的角分辨率不低于0.1mard也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標(biāo)，并可同時跟蹤多個目標(biāo)；距離分辨率可達0.1m；速度分辨率能達到10m/s以內(nèi)。如此高的距離、速度分辨率意味著激光雷達可以利用多普勒成像技術(shù)獲得非常清晰的圖像。

2）精度高。激光直線傳播、方向性好、光束非常窄，彌散性非常低，因此激光雷達的精度很高。

3）抗有源干擾能力強。與微波、毫米波雷達易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對激光雷達起干擾作用的信號源不多，因此激光雷達抗有源干擾的能力很強。

激光雷達可以分為一維激光雷達、二維激光雷達、三維激光掃描儀、三維激光雷達等。其中一維激光雷達主要用于測距測速等，二維激光雷達主要用于輪廓測量、物體識別、區(qū)域監(jiān)控等，三維激光雷達可以實現(xiàn)實時三維空間建模。

車載三維激光雷達一般安裝在車頂，可以高速旋轉(zhuǎn)，以獲得周圍空間的點云數(shù)據(jù)，從而實時繪制出車輛周邊的三維空間地圖；同時，激光雷達還可以測量出周邊其他車輛在三個方向上的距離、速度、加速度、角速度等信息，再結(jié)合GPS地圖計算出車輛的位置，這些龐大豐富的數(shù)據(jù)信息傳輸給ECU分析處理后，以供車輛快速做出判斷。

編輯：黃飛

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