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一文讀懂自動駕駛傳感器之激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)及攝像頭

作者:資訊AD知識分享 時間:2022-11-11 來源:搜狐科技 收藏

本文系統(tǒng)介紹高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛所需的、、超聲波傳感器和傳感器的原理、功能及區(qū)別。

本文引用地址:http://2s4d.com/article/202211/440342.htm

傳感器的種類及特征

的原理和功能



是通過毫米波段的電波測量距離、相對距離、方向等的雷達(dá)傳感器。在駕駛過程中向前方發(fā)射毫米波段的電波,若前方有車輛,則可收到反射回來的回波。通過分析檢測到的反射波頻率變化等,檢測前方及對面是否有車輛、與前方及對面車輛間的距離、相對速度和方向等。

1、毫米波雷達(dá)的分類

車輛上搭載的毫米波雷達(dá)通常使用兩個波段。毫米波雷達(dá)使用的是76GHz波段的電波(毫米波*1)。BSM使用的是24GHz波段的電波(準(zhǔn)毫米波)。



2、毫米波雷達(dá)的構(gòu)成

毫米波雷達(dá)是由天線板、通信及電源模塊等構(gòu)成。



3、毫米波雷達(dá)的原理

通過FM-CW方式*2監(jiān)測距離、相對速度和方向。

的原理和功能



是以發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)。通過向目標(biāo)發(fā)射探測信號(激光),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號進(jìn)行比較,從而獲得目標(biāo)的距離、方位、速度等相關(guān)信息。

1、激光雷達(dá)的分類

針對測量距離的遠(yuǎn)近,激光雷達(dá)可分為非掃描式(FLASH)激光雷達(dá)和掃描式激光雷達(dá)。



2、傳感器如何工作?

傳感器通過獲取攝像頭拍攝的車輛周邊的實景畫面,從實景畫面中抽取場景特征信息、調(diào)整顯像濃度,對畫面進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)預(yù)處理結(jié)果,更容易辨別對象的特征及形狀、顏色等信息,從而提高檢測速度。

3、FLASH激光雷達(dá)

在短時間內(nèi)向前方發(fā)射大面積的激光,依靠高靈敏度的探測器對回波信號進(jìn)行收集并繪制成像。



4、掃描式激光雷達(dá)

被稱為自動駕駛領(lǐng)域中必不可少的傳感器。它可對車輛自身位置和目標(biāo)物體之間的距離以及目標(biāo)物體的形狀進(jìn)行分析,也可對包括行車道白線在內(nèi)的道路形狀等進(jìn)行識別。



5、MEMS激光雷達(dá)

MEMS(Micro Electromechanical System)即微機(jī)電系統(tǒng),是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級,是一個獨立的智能系統(tǒng)。

MEMS微光反射鏡是指采用光學(xué)MEMS技術(shù)制造的,把微光反射鏡與MEMS驅(qū)動器繼集成在一起的光學(xué)MEMS器件。MEMS微光反射鏡的運動方式包括平動和扭轉(zhuǎn)兩種機(jī)械運動。

通過可旋轉(zhuǎn)MEMS微光反射鏡改變發(fā)射光束的方向,對特定范圍進(jìn)行掃描。目標(biāo)物體會反射掃描光束,接收部件會識別反射光。通過發(fā)射激光和接收到反射光的時間,可以測定與目標(biāo)物體間的距離以及目標(biāo)物體的大小。



超聲波傳感器的原理和功能

超聲波傳感器能被任何材質(zhì)的障礙物所反射,并接收和放大障礙物反射的超聲波脈沖,將超聲波脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

因此超聲波傳感器一直被廣泛地應(yīng)用在汽車上,為駕駛員的安全出行提供輔助。

*參考:超聲波所在頻段人耳無法聽到。

1、超聲波傳感器的構(gòu)成

超聲波傳感器,由超聲波喇叭、用于處理影像和計時的芯片等零部件組成。



2、超聲波傳感器如何工作?

超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波,超聲波遇到障礙物會返回,超聲波傳感器正是根據(jù)發(fā)射波和回波之間的時間差來測定發(fā)射點到障礙物的實際距離。



3、怕臟的超聲波傳感器

但是強(qiáng)大如超聲波傳感器可是很怕臟污的,應(yīng)始終保持表面干凈。因為當(dāng)其被異物附著時,超聲波喇叭的震動(殘響時間*1)會發(fā)生異常。例如超聲波喇叭上附著霜(冰)、雪、泥等異物時,會影響超聲波喇叭的正常功能。



*2參考:擋板即護(hù)圈(保護(hù)零件),相當(dāng)于超聲波傳感器嵌入車輛的緩沖器。

攝像頭傳感器的原理和功能

攝像頭傳感器,顧名思義就是通過攝像頭拍攝車輛周邊場景,并以此來識別車輛、行人、行車線等的傳感器。從拍攝到的影像可以檢測出車輛及車燈、行車道的白線及標(biāo)識、行人及自行車等。

1、攝像頭傳感器的分類和構(gòu)成

攝像頭傳感器分為單鏡頭攝像頭和多鏡頭立體攝像頭兩種。單鏡頭攝像頭識別的是平面影像,而多鏡頭立體攝像頭內(nèi)置2個攝像頭,除了可以識別立體物體,還可以測算到目標(biāo)物體的距離。



*參考:投影點坐標(biāo)的位置不精確會影響檢測精度。請確保鏡頭已得到充分的校正、調(diào)整。

2、攝像頭傳感器如何工作?

攝像頭傳感器通過獲取攝像頭拍攝的車輛周邊的實景畫面,從實景畫面中抽取場景特征信息、調(diào)整顯像濃度,對畫面進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)預(yù)處理結(jié)果,更容易辨別對象的特征及形狀、顏色等信息,從而提高檢測速度。

3、目標(biāo)物體處理流程

圖像傳感器通過圖像處理識別對象物體,根據(jù)駕駛輔助ECU檢測到的信息進(jìn)行內(nèi)容識別、判斷、控制車輛。

4、檢測車道

從經(jīng)過處理的圖像上抽取邊緣畫面(亮度變化大的區(qū)域),從邊緣畫面中找出行車線標(biāo)記(車道兩側(cè)的實線及虛線,直道顯示為直線),通過行車線標(biāo)記測定車道。

基于行車線信息獲取車道中央位置、車輛行進(jìn)方向及測算距離,從而識別、判斷、控制車輛。



※參考3:Hough (霍夫變換)用于檢測圖像中的各類曲線(如直線、圓、拋物線、橢圓等),并以一定的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行描述,應(yīng)用于影像分析、模式識別等很多領(lǐng)域。

5、檢測道路標(biāo)識

從經(jīng)過處理的圖像上抽取對應(yīng)的候補(bǔ)點,尋找由各點分布構(gòu)成的直線、曲線、平面等任意圖形,按照特定的模板推定標(biāo)識。通過標(biāo)識信息進(jìn)行判斷并控制車輛。

6、檢測行人

人物圖像由于體型、姿勢、衣著等因素影響較難識別。因此,從圖像中區(qū)分出靜止的背景和運動的人物,需要根據(jù)模型化部位(手腳等較大部位的圖形)以及統(tǒng)計性特征(全身圖像等)進(jìn)行識別,符合特征的則被判定為行人。根據(jù)車輛與行人間的位置關(guān)系及測算的距離,識別、判斷、控制車輛。

7、多鏡頭立體攝像頭

單鏡頭攝像頭拍攝到的某一個圖像,在轉(zhuǎn)化成二次元畫面時,由于缺少目標(biāo)物體縱深數(shù)據(jù)導(dǎo)致無法進(jìn)行立體識別。而多鏡頭立體攝像頭融合了2個攝像頭拍攝的圖像從而獲得視覺差,并利用視覺差使用三件測量的方式計算出縱深數(shù)據(jù)。因此,立體地識別目標(biāo)物體的大小及形狀



寫在最后

除霧降溫不可少

確保攝像頭視野,圖像傳感器和鏡片密封玻璃(前置攝像頭)間配備鏡頭加熱器。通過監(jiān)控車外溫度,鏡頭加熱器加熱除霧。當(dāng)攝像頭前方視野模糊時,圖像傳感器將停止工作。

另外,車輛在酷熱等環(huán)境下停放后,圖像傳感器的溫度會變得很高,可能會影響識別功能甚至過熱停機(jī)。(溫度降低后將正常工作)



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