傳感器在高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛系統(tǒng)(AD)中已經(jīng)非常普遍，它主要用來提高乘客和司機(jī)的安全性。如今，攝像頭(Camera)、雷達(dá)(Radar)和激光雷達(dá)(LiDAR)的組合，被用來掃描車輛環(huán)境、實時處理數(shù)據(jù)，這種方案可以比人類司機(jī)有更快、更準(zhǔn)確地反應(yīng)。

Yole Intelligence（全球知名市場研究與戰(zhàn)略咨詢公司）的分析師Pierrick Boulay介紹說，我們將在汽車上看到不同世代的傳感器和計算機(jī)，它們具備更高的性能，可以實現(xiàn)不同程度的自動駕駛。越來越多的傳感器被部署在車輛中，以提升汽車的主動安全性能，但是傳感器的數(shù)量不可能無限增加，這既是出于成本的原因，也是出于集成的原因，沒有人想要一輛看起來像機(jī)器人出租車的汽車。每一顆傳感器必須要像雷達(dá)一樣，可以完美集成或隱藏在汽車中。目前，傳感器可用于汽車的短程、中程或遠(yuǎn)程應(yīng)用，車載雷達(dá)通過安裝在不同的位置，可專用于中短程應(yīng)用和遠(yuǎn)程應(yīng)用。如今，車載激光雷達(dá)主要用于遠(yuǎn)程應(yīng)用，我們希望未來能看到短程激光雷達(dá)應(yīng)用在高速公路自動變道、城際駕駛，甚至城區(qū)道路駕駛中。以上幾個應(yīng)用需要實時監(jiān)控汽車周邊環(huán)境，避免汽車存在任何的盲區(qū)。我們將在汽車上看到不同世代的傳感器和計算機(jī)，它們具備更高的性能，能實現(xiàn)不同程度的自動駕駛。

攝像頭

根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2021年出產(chǎn)的每輛車平均搭載了2.6個攝像頭，預(yù)計到2027年，平均每輛汽車的攝像頭數(shù)量將上升到4.6個。今天展示的先進(jìn)原型車通常裝有11到12個攝像頭，根據(jù)出售給普通消費者的自動駕駛汽車(Consumer AV)的路線圖，這類車型平均每輛車搭載了20個以上的攝像頭，但是熱像儀成本高、分辨率低，它僅用在少數(shù)汽車型號上。主要的使用情況是檢測路上的行人或動物。只有在價格較低的情況下，此類攝像頭的增長才是可以預(yù)期的。一直到現(xiàn)在，熱像儀的價格仍然非常昂貴，但它們已經(jīng)開始在Waymo、Cruise 和 Zoox等AV（Autonomous Vehicles，自動駕駛汽車）中部署?？赡苓€需要幾年才能成為ADAS中的主流器件。

可見光成像儀的發(fā)展趨勢是分辨率的提升。幾年前，前視ADAS攝像頭的分辨率僅有130萬像素，現(xiàn)在它的分辨率提高到了800萬像素，且未來還有望近一步提高。當(dāng)然，這并非唯一的趨勢——攝像頭的幀率也在提升，如今的幀率已達(dá)到每秒60幀，一些玩家還在探索更高的幀率。同時，攝像頭的動態(tài)范圍也很重要，以便能在低光照條件下進(jìn)行操作，保證汽車能在離開隧道時可以從低光照快速過渡到強(qiáng)光照。另外，交通信號燈是由LED制成的，LED的驅(qū)動方式會誘發(fā)光的閃爍，可能會被運行中的攝像頭誤判。對此，我們還可以通過提升攝像頭的參數(shù)，來抵消光線閃爍帶來的影響。

可見光攝像頭可能無法在夜間或惡劣天氣條件下提前檢測到危險，而熱像儀在這些環(huán)境下非常有效。我們會在汽車上看到熱像儀越來越多地參與協(xié)同工作。但目前這些遠(yuǎn)紅外(FIR)或短波紅外(SWIR)攝像頭的價格仍然太貴了，而且需要進(jìn)一步改進(jìn)性能，才能在汽車中完美部署。

沒有任何一種單一模式能解決AV技術(shù)的挑戰(zhàn)。攝像頭可以提高分辨率、速度和動態(tài)范圍，但問題出現(xiàn)在下游的實時計算能力方面。比如，事件相機(jī)(Event-Based Camera)帶來了額外的性能，但也要求開發(fā)商必須重新考慮自己的系統(tǒng)。無論如何，攝像頭必須與4D雷達(dá)、LiDAR和慣性/GNSS裝置協(xié)同工作。有一件事是肯定的——ADAS和AV技術(shù)的進(jìn)步——這將需要更多攝像頭和更多樣化的攝像頭類型。

雷達(dá)

根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，全球車載雷達(dá)市場規(guī)模在2021年達(dá)58億美元，預(yù)計到2027年將以14%的年復(fù)合增長率增長到128億美元，推動其增長的主要驅(qū)動因素與汽車安全功能有關(guān)，比如AEB(自動緊急制動)功能，該功能可與ADAS前視攝像頭來協(xié)同工作。多年來，雷達(dá)一直被用于汽車后部的盲點檢測。最近，推動雷達(dá)的一個新驅(qū)動力與十字路口的安全有關(guān)。為了解決這一問題，OEM廠商越來越多地采用前角雷達(dá)。另一驅(qū)動因素與艙內(nèi)感應(yīng)有關(guān)，雷達(dá)將用于兒童存在檢測，即使車內(nèi)的孩童被毯子蓋住，CPD(車內(nèi)兒童檢測系統(tǒng))也能檢測到他們。

最初，雷達(dá)在轉(zhuǎn)向數(shù)字波束形成(全場景照明)之前使用模擬波束形成和機(jī)械轉(zhuǎn)向操作。在數(shù)字波束形成時代，引入了MIMO(多輸入多輸出系統(tǒng))技術(shù)，在保持合理物理尺寸的同時，還增加了虛擬孔徑。目前，業(yè)內(nèi)所有參與者都提供MIMO縮放(從0.2k到2k像素)，以實現(xiàn)低于1°角分辨率的4D成像雷達(dá)。盡管如此，外形尺寸和成本仍然很重要。所以我們預(yù)計會出現(xiàn)一個“甜蜜點”。除非使用超過77GHz的頻率，否則雷達(dá)中RF的演進(jìn)可能會即將結(jié)束。在下一代雷達(dá)中，重點將轉(zhuǎn)向雷達(dá)信號計算。這就是業(yè)界開始研究雷達(dá)信號的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法的原因。

激光雷達(dá)

根據(jù)Yole Intelligence的數(shù)據(jù)，到2027年，汽車LiDAR市場預(yù)計將達(dá)到20億美元，高于2021年的3800萬美元。造成這種趨勢變化的原因是因為LiDAR內(nèi)部的組件類型正在發(fā)生變化。例如，在發(fā)射端由EEL(邊發(fā)射激光器)過渡到VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器), 接收端探測器從PD(光電二極管)/APD(雪崩二極管)過渡到SPAD(單光子雪崩二極管)/SiPM(硅光電倍增管)，芯片端從FPGA過渡到ASIC。這些變化正在提高掃描范圍、分辨率，從而提高LiDAR的數(shù)據(jù)質(zhì)量。關(guān)于LiDAR的類型，也存在從“具有機(jī)械運動部件的混合固態(tài)LiDAR”到“沒有機(jī)械運動部件的純固態(tài)LiDAR”的過渡。在未來5到10年內(nèi)，我們還預(yù)計會出現(xiàn)基于光學(xué)的LiDAR，它使用FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)原理進(jìn)行測距和光學(xué)掃描。

本文翻譯自《國際電子商情》姊妹平臺EE Times Europe，參考原文：Cameras, Radars, LiDARs: Sensing the Road Ahead.

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