用传感器来拯救生命：无人驾驶时代中汽车的智能意识

图1、无人驾驶时代中汽车的智能意识

自动驾驶汽车将成为汽车市场的主要颠覆者，而其安全性取决于他们用来观察世界的传感器系统。

刚开始时，人们认为自动驾驶汽车是不可思议的，是一个遥不可及的梦想。然而现在自动驾驶汽车终于开始走向现实世界。在今天的大多数机器人的应用情况下，错误可能会导致一个坏的部分，或者可能是一个未扫描的地板。但是，驾驶汽车时，电脑必须经常做出可能危及生命的决定。正因为如此，所提供的信息必须非常准确的，这意味着通常会使用多个冗余的传感器系统来解决不同的驾驶情况。

图2、无人驾驶汽车中将会集成多种传感器

下面列出了用于保持无人驾驶车辆安全的传感器系统。在某些情况下，甚至可以将这些传感器应用于人力驱动的汽车中，完成紧急制动，盲点识别和自适应巡航控制等任务，以匹配我们面前的车辆。值得注意的是，他们不仅需要在实验室工作一次甚至几次，而且还必须是汽车级的，能够承受千里之外的千变万化的冲击，并且每一次都能产生准确的结果。

视觉传感器（Vision sensors） - 如果您考虑以下我们作为人类是如何观察世界的：我们通过视觉收集了大量的信息。我们不仅可以查看和处理反射到我们眼睛上的光波，还可以使用它们来观察距离。视觉传感器（或者称为摄像头）在自动驾驶车辆中非常有用，能够承担检测行人甚至阅读路标等的任务。然而，它们可以在人眼通常能够处理的情况下被愚弄，比如在明亮的天空上有鲜艳的物体，甚至描绘与现实不同的情况的绘画物体。

图3、汽车前视系统的视觉范围

LiDAR - “光检测和测距（light detection and ranging）”的缩写，这种传感方法可以测量物体360°扫描时近红外光的反射。多个波束彼此成角度地发射，并且传感器阵列在设备的壳体内物理地旋转以产生其周围的三维图像。在物理上，这些设备通常类似于一种超大倒置的咖啡杯，可以在谷歌的Waymo汽车上看到最为着名的一款LiDAR，它在驾驶时扫描一个区域。

图4、激光雷达（LiDAR）

虽然有人认为LiDAR是自动驾驶汽车传感技术的黄金标准，但价格一直是其最主要的缺点。当Google在近十年前开始尝试这种技术时，这种类型的传感器套件最初花费高达75,000美元。但是，到2017年，其价格已经下降到了原来的十分之一。

固态LiDAR（Solid-state LiDAR ） - 随着在传感器单元内物理旋转红外激光器的LiDAR的兴趣不断增长，LiDAR公司也在开发没有移动部件的固态版本。重要的是，这些设备比“传统”汽车中的激光雷达（LiDAR）设备便宜得多。例如，Velodyne宣布将在2018年以每个数百美元的价格建造这些设备，创业公司Innoviz承诺在2018年也推出价格只有100美元的LiDAR传感器。

图5、激光雷达（LiDAR）的成本现在已经大幅降低

尽管比传统的LiDAR更便宜也更小，但是它们有一个缺点就是他们无法看到完整的360度，这意味着需要多个传感器才能完整地描绘汽车周围的环境。这种类型的固态器件也可以通过其他令人兴奋的方式实现，如AEye的版本，该版本使用视觉系统和传感器处理将LiDAR光束聚焦在所需区域中。

通常在许多自动驾驶车辆中发现，照相机，LiDAR和雷达阵列作为单个整体的观察系统来提供安全的冗余的360度范围的感测。

超声波（Ultrasound ） - 超声波传感器的工作方式是用以便人耳记录的高频率的声音来检测周围环境，然后测量该信号返回所需的时间。虽然你可能预期的范围是有限的，特斯拉的超声波传感器可以看到近500米的范围。 超声波（Ultrasound ）除了可以用于作为自动驾驶汽车的传感器之外，这些传感器还可用于“传统”车辆中，用于自停车和盲点检测等应用。

图6、雷达成像技术

雷达（Radar） - 雷达或无线电探测和测距，使用反射的无线电波感测周围物体，类似于LiDAR。自1900年代中期以来，这种技术已经应用于船舶和飞机的检测，现在已经小型化到可以用于家用汽车中。雷达传感器能够最好地拾取金属物体，将人类视为部分半透明，并将塑料或木材视为近乎透明。尽管有其缺点，但这种感应方法确实给汽车提供了远距离感应能力，可以透过灰尘，雾，雨和雪。

图7、雷达传感器具有多重优点

特斯拉的车辆完全放弃了LiDAR，而是使用雷达作为主要的传感方法。然而，这些车辆还配备了八个摄像头，以及超声波传感器来补充这个系统。另外，雷达技术目前正在用于自动驾驶车辆的自适应巡航控制和自动紧急制动中。

图8、无人驾驶汽车集成多种传感器

由于每种类型的汽车传感器都有其优点和缺点，所以这些传感器需要继续协同工作，以创建一个完整的车辆周围环境。虽然今天自动驾驶汽车的传感器套件可能花费数十万美元，但当大规模生产的力量全面铺开时，我们肯定会看到这些价格会持续下降。我们预计这种自动化的趋势将继续下去，车辆传感器将越来越多地补充驾驶员的感官，并最终完全取代他们/她们，这些传感器技术都是为了能让我们安全地行驶在道路上。

（完）