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自动驾驶的眼睛:激光、毫米波雷达&摄像头三种技术产品之比较

2019-08-14 作者:Challey
导语:当马斯克抛出“Lidar is a fool’s errand”,“这是一项价格极其昂贵,且毫无用处的技术。”的观点后,在自动驾驶领域引起轩然大波。 目前无人驾驶汽

当马斯克抛出“Lidar is a fools errand”,这是一项价格极其昂贵,且毫无用处的技术。的观点后,在自动驾驶领域引起轩然大波。?

目前无人驾驶汽车上主流的眼睛有四种:毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达、摄像头。他们各自都有自己的特点,超声波雷达是最基础最简单最便宜的雷达,在汽车上主要用在倒车方面,本文不进行过多分析。

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我们来看看这三种传感器的技术区别。

(一)?????? 毫米波雷达

毫米波雷达,就是指工作频段在毫米波频段(30-300 GHz)的雷达。它是微波(300 MHz-300 GHz)的一个子频段,测距原理跟一般雷达一样,即把无线电波(雷达波)发出去,然后接收回波,利用障碍物反射波的时间差确定障碍物距离,利用反射波的频率偏移确定相对速度。

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比较常见的车载领域的毫米波雷达频段有三类。

A24GHz-24.5GHz,目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。这种雷达安装在车辆的后保险杠内,用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。这个频段也有其缺点,首先是频率比较低,另外就是带宽(Bandwidth)比较窄,只有250MHz

B77HG,这个频率比较高,国际上允许的带宽达到800MHz。由于带宽高,性能也好于24GHz,主要用来装配在车辆的前保险杠上,探测与前车的距离以及前车的速度,主要实现紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。

C79GHz-81GHz,这个频段的特点是带宽非常宽,比77GHz高出三倍以上,因此具有非常高的分辨率,精度可以达到5cm

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按照目前的主流应用频率分类,汽车毫米波雷达频率主要包括24 GHz77 GHz两种。其中24 GHz主要用在车辆周围的检测,如盲点检测;77 GHz波长更短,探测距离更远,因此是汽车前向的主流方向,一般是相互搭配的。此外,也有一些其他频段的毫米波雷达,如日本的60 GHz以及台湾使用的79 GHz

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(二)??????? 激光雷达

激光雷达的工作原理是通过激光发生器向目标发射激光束,然后根据从目标反射回来的波束与发射波束时间差比较,通过一系列数学算法和运算,可以得到目标的距离、方位、高度、速度、姿态、形状等参数,从而构建3D环境感知图(点云图)。

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从本质上说激光雷达和毫米波雷达都是利用回波成像来构显被探测物体的。但激光雷达会比较容易受到自然光或是热辐射的影响,在自然光强烈或是辐射区域的时候,激光雷达将会被消弱很多而且激光雷达的造价成本高,对工艺水平要求也比较高。对毫米波雷达而言,虽然抗干扰能力较强,但是距离和精确度却是硬伤,而且在行车环境下,处于多重波段并存的环境下对毫米波的影响是极大的。毫米波对于较远处的探测能力也是极为有限的。

(三)?????? 摄像头(机器视觉)

汽车上的摄像头是ADAS系统的主要视觉传感器,由镜头采集图像后,摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转化为电脑能处理的数字信号,从而实现感知车辆周边的路况情况,实现前向碰撞预警,车道偏移报警和行人检测等ADAS功能。

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车载摄像头的大致原理如下:1)图像处理,将图片转换为二维数据;2)模式识别,通过图像匹配进行识别,如车辆、行人、车道线、交通标志等;3)利用物体的运动模式,或双目定位,估算目标物体与本车的相对距离和相对速度。

硬件方面,车载摄像头主要由CMOS镜头(包括lens和光感芯片等),芯片,其他物料(内存,sim卡,外壳)组成,分为单目摄像头、后视摄像头、立体摄像头和环视摄像头,目前市场上不仅有单目,还有了双目,三摄摄像头了。

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我们来对这三种技术/产品进行一个比较:

雷达

测距

优点

缺点

天气影响

主要功能

成本

24GHz毫米波雷达

70

绕射能力强

尺寸大,带宽低,分辨率低

较小

盲点监测,车道偏离预警,车道保持,自适应巡航,自动紧急刹车

77GHz毫米波雷达

250m

精度高,天线尺寸小,带宽分辨率高

传输损耗大,制作工艺高,芯片价格贵

自适应巡航,自动紧急刹车,前向碰撞预警

较高

激光雷达

150m

高精度,高分辨率,能创建3D点云环境感知图

天气影响较大,价格高

较大

自动驾驶≥L4

摄像头

理论上大于300m

利用机器视觉CVAI2D-3D环境图

需要后端运算,受天气影响较大

自动驾驶≥L4

较低

?本文整理自国际电子商情与网络。

整理
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Challey
IT前沿技术发烧友,无人机爱好者,非习惯性思维,市场深度分析,独特观点。

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