激光雷達、毫米波和視覺(jué)傳感器技術(shù)解析

　　無(wú)人駕駛技術(shù)現如今其實(shí)非常成熟了，就以現在的技術(shù)水平看，如果把大城市復雜的交通狀況變成實(shí)驗室特定的格局，場(chǎng)景內有制式統一的車(chē)輛以及符合規矩的行人正常通行，那么不用方向盤(pán)，全程自動(dòng)行駛的汽車(chē)當下就可以面世了。

　　問(wèn)題就出在了汽車(chē)如何能對現實(shí)中復雜的交通狀況了如指掌，如何可以像人的眼睛和大腦一樣靈活應變。

　　關(guān)鍵就在需要各種各樣的傳感器合作來(lái)解決，它們最終將監測到的數據傳給高精密的處理器，識別道路、標示和行人，做出加速、轉向、制動(dòng)等決策。

　　在智能感知識別的部分，車(chē)載光學(xué)系統和車(chē)載雷達系統是保證行車(chē)安全最為重要的，目前，主流的用于周?chē)h(huán)境感測的傳感器有激光雷達（LiDAR）、毫米波雷達（millimeter wave）、視覺(jué)傳感器三種。

　　激光雷達（LiDAR）

　　通過(guò)掃描從一個(gè)物體上反射回來(lái)的激光來(lái)確定物體的距離，可以形成精度高達厘米級的3D環(huán)境地圖，因此它在A(yíng)DAS（先進(jìn)駕駛輔助系統）及無(wú)人駕駛系統中起重要作用。從當前車(chē)載激光雷達來(lái)看，機械式的多線(xiàn)束激光雷達是主流方案，但受制于價(jià)格高昂的因素尚未普及開(kāi)來(lái)。

　　在去年12月10日路測成功的百度無(wú)人駕駛汽車(chē)車(chē)身上，除了部署了毫米波雷達、視頻等感應器，其車(chē)頂就安置了一個(gè)體積較大、價(jià)值70萬(wàn)余人民幣的64位激光雷達

　?。╒elodyneHDL64-E），谷歌同樣也是采用的相同高端配置激光雷達。車(chē)載激光雷達系統的優(yōu)劣主要取決于2D激光掃描儀的性能。激光發(fā)射器線(xiàn)束的越多，每秒采集的云點(diǎn)就越多。然而線(xiàn)束越多也就代表著(zhù)激光雷達的造價(jià)就更加昂貴。

　　就以Velodyne的產(chǎn)品為例，64線(xiàn)束的激光雷達價(jià)格是16線(xiàn)束的10倍。激光雷達除了成本高昂，遇到煙霧介質(zhì)以及雨雪天氣中表現一般，將掣肘它的發(fā)揮。

　　不過(guò)作為核心傳感器，低成本方案將加速無(wú)人駕駛的到來(lái)。目前，高精度的車(chē)用激光雷達產(chǎn)品的生產(chǎn)廠(chǎng)商主要集中于國外，包括美國的 Velodyne、Quanegy以及德國的IBEO公司等。國內的激光雷達產(chǎn)品目前相對落后，中國航空汽車(chē)系統控股有限公司高級專(zhuān)務(wù)周世寧曾表示，博世、大陸、法雷奧、英飛凌、德?tīng)柛５韧赓Y零部件企業(yè)早已搶占ADAS技術(shù)制高點(diǎn)，特別是在傳感器的市場(chǎng)布局上，我國汽車(chē)零部件企業(yè)已經(jīng)輸在起跑線(xiàn)上了。

　　毫米波雷達（millimeter wave）

　　毫米波是指30～300GHz頻域（波長(cháng)為1～10mm）的電磁波，毫米波的波長(cháng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點(diǎn)。同厘米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、電視等光學(xué)導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候（大雨天除外）全天時(shí)的特點(diǎn)，這能與激光雷達的作用產(chǎn)生互補。另外，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導引頭 。

　　缺點(diǎn)是毫米波雷達由于波長(cháng)原因，探測距離非常有限，也無(wú)法感知行人，而激光雷達可以對周邊所有障礙物進(jìn)行精準的建模。為了克服不同缺點(diǎn)缺點(diǎn)，車(chē)企勢必要將這些傳感器組合在一起。

　　目前看毫米波雷達也是智能汽車(chē)ADAS 系統的標配傳感器，按照目前主流分類(lèi)，毫米波雷達可分為24GHz雷達和77GHz雷達。參照其特性，通常車(chē)輛周?chē)能?chē)輛檢測使用24Ghz，前方車(chē)輛檢測使用77GHz。以中國的實(shí)際國情以及芯片研發(fā)進(jìn)度等行業(yè)特點(diǎn)來(lái)看，未來(lái)三年內24GHz毫米波雷達在國內仍有市場(chǎng)空間。望眼全球，我國77GHz毫米波雷達的大規模應用將稍微推后。

　　由于A(yíng)DAS的功能，往往是通過(guò)傳感器+處理器的方式捆綁銷(xiāo)售，國內汽車(chē)毫米波雷達系統的芯片、算法還主要依賴(lài)進(jìn)口，成本很高。加快開(kāi)發(fā)國產(chǎn)的 77GHZ毫米波雷達芯片并盡快車(chē)載應用，將是我國汽車(chē)毫米波雷達產(chǎn)業(yè)的機遇。同濟大學(xué)汽車(chē)學(xué)院白杰教授認為，相對在攝像頭方面的激烈競爭，毫米波雷達更有創(chuàng )新性，潛在的市場(chǎng)空間更大，機會(huì )更多。

　　視覺(jué)傳感器

　　ADAS應用攝像頭作為主要傳感器是因為攝像頭分辨率進(jìn)高于其他傳感器，可以獲取足夠多的環(huán)境細節，幫助車(chē)輛進(jìn)行環(huán)境認知，車(chē)載攝像頭可以描繪物體的外觀(guān)和形狀、讀取標志等，這些功能其他傳感器無(wú)法做到。從降低成本的角度看攝像頭是識別用傳感器的有力候補之一，在一切清晰的情況下當然攝像頭是最好的選擇，但是受環(huán)境因素以及外部因素影響較大，比如隧道中光線(xiàn)不足，天氣因素導致的視線(xiàn)縮小等。

　　采集圖像信息的重要工具，部分類(lèi)似路標識別、車(chē)道線(xiàn)感應等功能智能由攝像頭實(shí)現。目前攝像頭的應用主要有：?jiǎn)文繑z像頭、后視攝像頭、立體攝像頭或稱(chēng)雙目攝像頭、環(huán)視攝像頭，按照2015年全球超過(guò)8000萬(wàn)輛新增車(chē)輛與單車(chē)6-8顆攝像頭需求，未來(lái)總體需求有望超6億顆，對應千億市場(chǎng)空間。

　　視覺(jué)算法在A(yíng)DAS技術(shù)路線(xiàn)中必不可少，毫米波雷達等主動(dòng)式傳感器對算法依賴(lài)程度較低，算法較為簡(jiǎn)單，攝像頭等被動(dòng)式傳感器對算法依賴(lài)程度較高，一般由第三方企業(yè)單獨提供。比如視覺(jué)算法企業(yè)Mobileye。

　　此前，Tesla和Mobileye終止合作的事沸沸揚揚，Mobileye提供標準的傳感器安裝方式+地圖數據云服務(wù)+軟件體系平臺構建，但是Tesla是想通過(guò)在線(xiàn)收集數據的眾包模式優(yōu)化自動(dòng)駕駛體驗，EyeQ3芯片限制了Tesla建立自己的地圖，所以Tesla未來(lái)要自己研發(fā)圖像算法以及圖像處理芯片。

　　不過(guò)Mobileye還是憑幾款產(chǎn)品占領(lǐng)了90%的市場(chǎng)份額，這家以色列的企業(yè)在當地的江湖地位相當于BAT。算法和硬件是 ADAS 系統的核心，也是 Mobileye 的核心競爭力所在。Mobileye站在A(yíng)DAS的頂端，甩出競爭對手好幾條街，ADAS和傳統車(chē)載視覺(jué)產(chǎn)品對軟件技術(shù)、硬件要求不同，傳統車(chē)載電子公司要切入ADAS市場(chǎng)并不容易。國內團隊如從零開(kāi)始至少需要3、4年才可能完成初步的技術(shù)積累。

　　當然為了提高環(huán)境感知的準確度，通常需要多種傳感器的組合，最終提供一個(gè)穩定耐用的解決方案。當下比較典型的就是毫米波雷達、激光雷達和車(chē)載攝像頭，其他的超聲波技術(shù)和紅外線(xiàn)技術(shù)以及這些技術(shù)的算法融合都將讓傳感器產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的市場(chǎng)。不過(guò)毋庸置疑，在汽車(chē)實(shí)現完全智能化的這幾年中，傳感器產(chǎn)業(yè)鏈應該是最先獲得收益的。