智能网联汽车环境感知系统

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第1页第2章智能网联汽车环境感知系统2.1环境感知的定义与组成2.2环境感知传感器2.3道路识别2.4车辆识别2.5行人识别2.6交通标志识别2.7交通信号灯识别第2页第3页第4页2.1环境感知系统的定义与组成——定义环境感知就是利用车载超声波传感器、毫米波雷达、激光雷达、视觉传感器,以及V2X通信技术等获取道路、车辆位置和障碍物的信息,并将这些信息传输给车载控制中心,为智能网联汽车提供决策依据,是ADAS实现的第一步2.1.1环境感知的定义2020/5/42.1.1环境感知的定义2020/5/4环境感知的对象主要有道路、车辆、行人、各种障碍物、交通标志、交通信号灯等2.1.2环境感知的组成2020/5/42.1.2环境感知的组成2020/5/42.2环境感知传感器2.2.1环境感知传感器的类型与配置1.环境感知传感器的类型超声波传感器毫米波雷达激光雷达视觉传感器2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置2.环境感知传感器的配置环境感知传感器主要有超声波传感器、毫米波雷达、激光雷达、单/双/三目摄像头、环视摄像头等2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置通用公司用于研究L4级自动驾驶技术的Bolts5个16线束激光雷达21个毫米波雷达16个摄像头2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置3.环境感知传感器的布局2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置4.环境感知传感器的融合2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置2020/5/42.2.1环境感知传感器的类型与配置图像级融合——是以视觉传感器为主体,将毫米波雷达输出的整体信息进行图像特征转化,然后与视觉系统的图像输出进行融合目标级融合——是对视觉传感器和毫米波雷达输出进行综合可信度加权,配合精度标定信息进行自适应的搜索匹配后融合输出信号级融合——是对视觉传感器和毫米波雷达传出的数据源进行融合。信号级别的融合数据损失最小,可靠性最高,但需要大量的运算2020/5/42.2.2超声波传感器——定义声音以波的形式传播称为声波频率大于20000Hz的声波称为超声波频率小于20Hz的声波称为次声波频率为20~20000Hz的声波就是人能够听见的声波2020/5/42.2.2超声波传感器——特点探测距离短,有盲区对色彩、光照度不敏感对光线和电磁场不敏感简单,体积小,成本低2020/5/42.2.2超声波传感器——测距原理2020/5/42.2.2超声波传感器——类型驻车辅助传感器(UPA,PDC)—15~250cm泊车辅助传感器(APA,PLA)—30~500cm2020/5/42.2.2超声波传感器——主要参数测量范围:15~500cm测量精度:测量值与真实值的偏差波束角:能量强度减小一半处的角度工作频率:40kHz左右抗干扰性能:噪声干扰反射回来的超声波,2020/5/42.2.2超声波传感器——应用最常见的是自动泊车辅助系统2020/5/42.2.2超声波传感器——应用前视摄像头、前置毫米波雷达和12个超声波传感器2020/5/42.2.3毫米波雷达——定义工作在毫米波频段的雷达。毫米波是指长度为1~10mm的电磁波,对应的频率为30~300GHz;主要用于自适应巡航控制系统、自动制动辅助系统、盲区监测系统、行人检测等2020/5/42.2.3毫米波雷达——特点探测距离远,250m以上探测性能好响应速度快适应能力强抗干扰能力强覆盖区域呈扇形,有盲点区域无法识别交通标志无法识别交通信号2020/5/42.2.3毫米波雷达——类型按工作原理分类:脉冲式、调频式连续毫米波雷达按探测距离分类:短程(60m)、中程(100m左右)和远程(200m)毫米波雷达按频段分类:24GHz、60GHz、77GHz和79GHz毫米波雷达2020/5/42.2.3毫米波雷达——类型77GHz毫米波雷达与24GHz毫米波雷达相比具有以下不同(1)77GHz毫米波雷达探测距离更远(2)77GHz毫米波雷达的体积更小(3)77GHz毫米波雷达所需要的工艺更高(4)77GHz毫米波雷达的检测精度更好(5)77GHz毫米波雷达的射频芯片不容易获取2020/5/42.2.3毫米波雷达——测量原理调频式连续毫米波雷达是利用多普勒效应测量得出目标的距离和速度2020/5/42.2.3毫米波雷达——工作过程2020/5/42.2.3毫米波雷达——布置正向布置,与路面夹角的最大偏差不超过5°侧向布置,前45°夹角,后30°夹角布置高度,500(满载)~800mm(空载)2020/5/42.2.3毫米波雷达——主要指标2020/5/42.2.3毫米波雷达——主要指标2020/5/42.2.3毫米波雷达——主要指标2020/5/42.2.3毫米波雷达——应用自适应巡航控制系统(找网上相关视频播放)2020/5/42.2.3毫米波雷达——应用前向碰撞预警系统2020/5/42.2.3毫米波雷达——应用自动制动辅助系统2020/5/42.2.3毫米波雷达——应用盲区监测系统2020/5/42.2.3毫米波雷达——应用自动泊车辅助系统2020/5/42.2.3毫米波雷达——应用变道辅助系统:盲区监测、变道预警、后向碰撞预警2020/5/42.2.3毫米波雷达——应用后向碰撞预警系统2020/5/42.2.3毫米波雷达2020/5/42.2.4激光雷达——定义激光雷达是工作在光波频段的雷达,它利用光波频段的电磁波先向目标发射探测信号,然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较,从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息,实现对目标的探测、跟踪和识别2020/5/42.2.4激光雷达——定义2020/5/42.2.4激光雷达——特点探测范围广:可达300m以上。分辨率高:距离分辨率可达0.1m;速度分辨率能达到10m/s以内;角度分辨率不低于0.1mard信息量丰富:探测目标的距离、角度、反射强度、速度等信息,生成目标多维度图像可全天候工作:不依赖于外界条件或目标本身的辐射特性与毫米波雷达相比,产品体积大,成本高。不能识别交通标志和交通信号灯2020/5/42.2.4激光雷达——组成激光雷达系统由收发天线、收发前端、信号处理模块、汽车控制装置和报警模块组成2020/5/42.2.4激光雷达——测距原理脉冲测距法2020/5/42.2.4激光雷达——测距原理干涉测距法2020/5/42.2.4激光雷达——测距原理相位测距法2020/5/42.2.4激光雷达——类型机械激光雷达:带有控制激光发射角度的旋转部件,体积较大,价格昂贵,测量精度相对较高,一般置于汽车顶部2020/5/42.2.4激光雷达——类型固态激光雷达:依靠电子部件来控制激光发射角度,无须机械旋转部件,故尺寸较小,可安装于车体内激光雷达公司Quanergy在2016年发布的号称全球首款的固态激光雷达S3,可以达到厘米级精度,30Hz扫描频率,0.1°的角分辨率2020/5/42.2.4激光雷达——类型混合固态激光雷达:没有大体积旋转结构,采用固定激光光源,通过内部玻璃片旋转的方式改变激光光束方向,实现多角度检测的需要,并且采用嵌入式安装32线混合固态UltraPuckAuto;16线机械式VLP-162020/5/42.2.4激光雷达——类型单线束激光雷达2D数据只能测量距离2020/5/42.2.4激光雷达——类型多线束激光雷达:4线束、8线束、16线束、32线束、64线束、128等,其细分可分为2.5D激光雷达及3D激光雷达2.5D:垂直视野范围一般不超过10°3D:可达到30°甚至40°以上2020/5/42.2.4激光雷达——类型奥迪A8为了实现L3级别的自动驾驶,在汽车的进气格栅下布置了4线束激光雷达2020/5/42.2.4激光雷达——类型美国威力登(Velodyne)公司开发的128线束激光雷达的探测距离约是HDL-64E的3倍,达到300m,分辨率则是10倍,尺寸缩小了70%。该产品是为L5级别自动驾驶而开发的2020/5/42020/5/42.2.4激光雷达——主要指标(1)距离分辨率:是指两个目标物体可区分的最小距离(2)最大探测距离:通常需要标注基于某一个反射率下的测得值,例如白色反射体大概70%反射率,黑色物体7%~20%反射率(3)测距精度:是指对同一目标进行重复测量得到的距离值之间的误差范围(4)测量帧频:测量帧频与摄像头的帧频概念相同,刷新率越高,响应速度越快2020/5/42.2.4激光雷达——主要指标(5)数据采样率:是指每秒输出的数据点数,等于帧率乘以单幅图像的点云数目(6)角度分辨率:是指扫描的角度分辨率,等于视场角除以该方向所采集的点云数目(7)视场角:又分为垂直视场角和水平视场角,是激光雷达的成像范围(8)波长:波长会影响雷达的环境适应性和对人眼的安全性2020/5/42.2.4激光雷达——主要指标6.激光雷达的主要指标2020/5/42.2.4激光雷达——应用IBEOLUX(4线束)激光雷达是德国IBEO公司借助高分辨率激光测量技术,推出的第一款多功能的汽车智能传感器。它拥有110°的宽视角,0.3~200m的探测距离,绝对安全的1等级激光2020/5/42.2.4激光雷达——应用(1)行人保护:能检测0.3~30m视场范围内所有的行人(2)自适应巡航控制系统的启和停:可在0~200km/h的速度范围内实现自动行驶(3)车道偏离预警:可以检测车辆行驶前方的车道线标识和潜在的障碍,同时也可以计算车辆在道路中的位置(4)自动紧急制动:实时检测车辆行驶前方的所有静止的和移动的物体,并且判断它们的外形,当要发生危险时,自动紧急制动2020/5/42.2.4激光雷达——应用(5)预碰撞处理:通过分析所有的环境扫描数据,不管即将发生什么样的碰撞,会在碰撞发生前100ms发出警告(6)交通拥堵辅助:消除频繁启停,实现低速下的自动跟车和车道保持(7)低速防碰撞功能:在30km/h下,LUX(4线束)激光雷达检测并分析前方的路况,车辆会在发生碰撞前自动停驶2020/5/42.2.4激光雷达——应用(1)高精度电子地图和定位2020/5/42.2.4激光雷达——应用(2)障碍物检测与识别2020/5/42.2.4激光雷达——应用(3)可行空间检测2020/5/42.2.4激光雷达——应用(4)障碍物轨迹预测2020/5/42.2.5视觉传感器——定义视觉传感器主要由光源、镜头、图像传感器、模/数转换器、图像处理器、图像存储器等组成,其主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的原始图像2020/5/42.2.5视觉传感器——定义把光源、摄像机、图像处理器、标准的控制与通信接口等集成一体的视觉传感器,常称为一个智能图像采集与处理单元2020/5/42.2.5视觉传感器——特点(1)信息量极为丰富:不仅包含有视野内物体的距离信息,而且还有该物体的颜色、纹理、深度和形状等信息(2)多任务检测:在视野范围内可同时实现道路检测、车辆检测、行人检测、交通标志检测、交通信号灯检测等(3)实时获取场景信息:提供的信息不依赖于先验知识,比如GPS导航依赖地图信息,有较强的适应环境的能力2020/5/42.2.5视觉传感器——特点(4)应用广泛:可以前视、后视、侧视、内视等2020/5/42.2.5视觉传感器——类型单目双目三目环视2020/5/42.2.5视觉传感器——类型

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