摄像头、雷达和激光雷达:哪一种是自动驾驶车辆的正确选择?

自动驾驶点云算法

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我们已经正式进入了未来,自动驾驶车辆已经成为现实,不再只是未来派电影中的特色。虽然在这个时候人类驾驶员仍然是必要的,至少在一定程度上参与,但最终目标是让汽车完全自主。为了实现这一点,汽车必须配备正确的工具,使其能够“看到”周遭环境,识别任何潜在障碍物,然后根据这些信息采取相应行动。

自动驾驶的五个级别

1.驾驶员辅助–人类驾驶员操作汽车,但需要自动系统的辅助,以进行转向或加速(但不能同时)。

2.部分自动化–为转向和加速提供自动辅助,但驾驶员仍负责事关安全关键动作。

3.条件自动化–传感器监控周围环境,其他诸如刹车之类的动作是自动的。如果系统发生故障,驾驶员必须做好接管的准备。

4.高度自动化–车辆可以完全自主运行,但该模式只在特定条件下才能被激活。

5.全自动–驾驶员只需指定目的地,车辆自行完成其余动作。这个级别的车辆,不需要方向盘或踏板。

有三种类型的传感器为自动驾驶车辆提供这种”的能力——摄像头、雷达和激光雷达。每种传感器都有其自身的优势和劣势,汽车制造商必须意识到这些差异,以便更好决定安装哪种类型的传感器。

摄像

许多汽车已经配备了至少一个摄像头。自2018年以来,美国的汽车被要求安装倒车摄像头,提供变道警告的汽车也配备了前向摄像头。虽然安装这些摄像头是为了辅助驾驶员,但它们也可以直接向自动驾驶系统提供信息。摄像可以轻易地安装在车上的不同位置,立体视觉(即两个摄像机观看同一视图)可以用来捕捉汽车整个周遭环境的图像。广泛使3D立体摄像头呈现详细逼真的图像。今天摄像头能够探测、分类和测量道路上物体与车辆之间的距离,这样自动驾驶车辆就能够避免撞到行人或其他车辆。

自动驾驶车辆将摄像头作为传感器的缺点是,与人眼类似,可见光摄像头捕捉清晰图像的能力受到雨、雾、雪或其他任何降低能见度条件的影响。如果摄像头不能提供足够清晰的图像,系统将无法告诉车辆该做什么,这可能会导致事故。虽然热成像相机能够更好地处理恶劣的天气和光照条件,但这两种类型的摄像头都需要在车上安装4-6个产出最真实的图像。这会产生大量必须处理的数据,因此对硬件提出了较高要求

雷达

雷达传感器使用无线电波进行物体识别和探测。雷达可以探测物体并实时测量它们与汽车之间的距离和汽车的速度。

目前有远程(77 GHz)和短程(24 GHz)雷达传感器,作用不同短程雷达用于ADAS任务,如监控盲点、车道辅助和停车辅助。远程雷达帮助汽车与其他车辆之间保持安全距离,并提供制动辅助。

虽然雷达在恶劣天气条件下也能正常工作,但它确实有一些缺点。首先,它在检测行人方面只有90-95%的精度,虽然看似并不差,但这样的成绩不足以确保行人在自动驾驶车辆的路径上安全地穿过街道。其次,大多数雷达传感器都是二维的,只能水平扫描,因此无法准确判断物体的高度。这会给需要桥下或路标下穿过的车辆带来潜在的危险。

激光雷达

激光雷达传感器与雷达相似,但它们使用激光束而不是无线电波。激光雷达的亮点在于,除了提供物体与车辆之间的准确距离外,它还创建了一个3D点云,该点云可以绘制汽车周围的360度视图。

虽然激光雷达有可能实时提供周遭环境最准确和最有用的情况,但这是一种极其昂贵的选择,因此一些汽车制造商不愿采用。

那么,哪个选项是最好的?

当谈到在摄像头、雷达和激光雷达传感器之间进行选择时,答案通常是看情况”。要实现完全自主,汽车需要三种传感器的结合。汽车制造商必须思考为达到某个特定功能,需要哪些传感器也需要问自己一些问题,比如

•传感器的期望功能是什么?例如,摄像头可能足以提供停车辅助,而雷达或激光雷达将紧急制动或碰撞避免等方面提供更有力的保障

各功能的具体要求是什么?如果需要远距离探测更多车辆,雷达摄像头更好。

•是否需要考虑极端条件?请记住,摄像头在能见度低的情况下表现欠佳,但红外摄像头、雷达和激光雷达受不利天气条件的影响较小。

•传感器需要提供的是驾驶员辅助功能还是自动化?摄像头足以提供辅助,雷达和激光雷达则能提供高级的功能

成本有何影响?激光雷达是最昂贵的选择,但提供最高分辨率和最精确的测绘结果

设计意味着什么?将4-6个摄像头安装在整个车辆上,是否会导致设计困难,通过在车顶安装一个激光雷达是否可以解决这个问题

到目前为止,还没有一个完美的解决方案能够满足全自动驾驶车辆的所有需求。由各汽车制造商决定哪种自动驾驶汽车技术组合将为其需求提供最佳解决方案,从而确保车辆在所需的自动驾驶水平下安全运行。有关自动驾驶汽车传感器的更多信息,请联系Foresight Automotive。

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