项目2任务1 车辆环境感知技术

课堂导入：车载雷达观看下方视频并进行讨论和思考，回答右侧的问题？蝙蝠依靠什么技能定位猎物？项目二环境感知与控制执行技术车辆环境感知技术任务1建议课时：6主讲人：01能说出常见车载雷达的结构、特点及应用，并能对其工作原理进行描述02能对常见车载雷达的性能进行比较分析03能说出常见视觉传感器的作用及组成04能对CCD和CMOS摄像头传感器的差异进行比较分析05能说出常见红外夜视摄像头传感器的类型、特点并对其工作原理进行解释重点难点①各类车载雷达的结构、原理及特点②各类视觉传感器的结构、原理及特点①各类车载雷达的原理及特点②各类视觉传感器的原理及特点车载雷达通过对被测目标发射电磁波并接收其回波来获得目标至雷达的距离、方位、距离变化率等信息。车载雷达车载雷达的主要任务对道路基础设施和道路目标物的距离、方位和形状进行检测将环境数据发送到车辆控制单元、和车载计算平台实现驾驶辅助或自主式自动驾驶车载雷达车载雷达的类型（a）超声波雷达

（b）毫米波雷达

（c）激光雷达车载雷达1.车载超声波雷达一、车载超声波雷达什么是超声波？超声波是指频率高于人类听觉上限频率（约20000Hz）的声波。什么是超声波雷达？超声波雷达是利用超声波的特性进行障碍物和距离检测的设备，在信号发射时将交流的电信号转换成超声波信号，在信号接收时将超声接收器中获取的超声波信号转换为电信号。1.车载超声波雷达结构一、车载超声波雷达观看下方视频并进行讨论和思考，回答右侧的问题？什么是超声波雷达？一、车载超声波雷达一、车载超声波雷达2.车载超声波雷达工作原理车载超声波雷达一般采用渡越时间法对目标物进行测距。当在超声波雷达测量范围内时，则有L=vt/2。（播放动画资源“车载超声波雷达原理”）一、车载超声波雷达2.车载超声波雷达工作原理车载超声波雷达一般采用渡越时间法对目标物进行测距。当在超声波雷达测量范围内时，则有L=vt/2。（播放动画资源“车载超声波雷达原理”）L探头到障碍物表面的距离V超声波在空气中的传播速度t从发射到接收所需的传播时间车载超声波雷达工作过程信号处理器超声波发射器超声波接收器超声波换能器被测目标物一、车载超声波雷达电信号超声波脉冲电信号分析被测目标物方位和距离CAN总线或FlexRay总线电子控制系统以太网车载计算平台一、车载超声波雷达3.车载超声波雷达特点BDAC传播速度仅为光波的百分之一，并且指向性强，能量消耗缓慢结构简单、体积小、成本低，信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，可实时控制对色彩、光照度不敏感对外界光线和电磁场不敏感一、车载超声波雷达4.车载超声波雷达应用倒车雷达A盲区检测B自动泊车C自动驾驶D二、车载毫米波雷达车载毫米波雷达是指工作频率介于微波和光之间，选择在30～300GHz频域的雷达。分类脉冲式毫米波雷达脉冲式毫米波雷达二、车载毫米波雷达1.车载超声波雷达结构二、车载毫米波雷达1.车载超声波雷达结构10条发射天线TX12条发射天线TX24条接收天线RX1至RX4天线阵列组成二、车载毫米波雷达2.车载毫米波雷达工作原理毫米波雷达采用调频连续波，当发射的连续调频信号遇到前方目标时，会产生与发射信号有一定延时的回波，再通过雷达的混频器进行混频处理，计算公式如下。（播放动画资源“车载超声波雷达原理”）

S相对距离C光速T信号周期

频率差

调频带宽

多普勒频率

发射信号的中心频率

相对速度二、车载毫米波雷达2.车载毫米波雷达工作原理毫米波雷达采用调频连续波，当发射的连续调频信号遇到前方目标时，会产生与发射信号有一定延时的回波，再通过雷达的混频器进行混频处理，计算公式如下。（播放动画资源“车载超声波雷达原理”）

车载毫米波雷达工作过程信号处理器电压控制振荡器无线发射模块CAN总线或FlexRay总线电子控制系统以太网车载计算平台无线接收模块YYYYY毫米波信号毫米波信号基带信号二、车载毫米波雷达二、车载毫米波雷达3.车载毫米波雷达特点抗干扰能力强A工作在高频段具有抗低频干扰特性响应速度快B传播速度与光速一样，调制简单环境适应性强C具有很强的穿透能力，恶劣天气仍能工作测量范围大D检测角度为15°～150°，测量范围在250m左右二、车载毫米波雷达4.车载毫米波雷达应用安装位置雷达配置配置说明实现功能前置长距离（中间一个或左右侧各一个）适于车速无限制国家，如德国。为了拓宽探测角，有时安装两个长距离雷达自适应巡航、前方碰撞预警、自动紧急制动、行人碰撞预警、行人保护中间距离（中间一个）适于车速有限制的国家，一个中短距离雷达，可以满足探测角要求自适应巡航、前方碰撞预警、自动紧急制动、行人碰撞预警、行人保护后置中间短距离（左右各一个）安装在左侧和右侧尾部，以满足车辆侧面盲区视角探测要求盲区检测、车道变换辅助、追尾碰撞预警三、车载激光雷达车载激光雷达工作在红外和可见光波段，是一种以激光为工作光束、使用光电探测技术手段的探测设备。搜索和发现目标测量运动参数测量目标反射率测量散射截面功能激光雷达根据扫描机构的不同，有单线（二维）和多线（三维）两种，多线一般为8线、16线和32线。三、车载激光雷达1.车载激光雷达类型单线激光雷达结构简单，测距速度快，系统稳定可靠易出现数据失真和虚报的现象多线激光雷达得到空间范围内的深度信息能有效捕获目标的基本特征和局部细节测量精度和可靠性很高按有无机械旋转部件分为普通的机械式旋转激光雷达、固态激光雷达、混合固态激光雷达。三、车载激光雷达1.车载激光雷达类型机械激光雷达激光束扫描范围大（动态3D扫描）缺点：大、重、贵固态激光雷达最高水平的性能、可靠性、寿命和成本效益混合固态激光雷达数据采集速度快、分辨率高、对温度和振动的适应性强机械式激光雷达主要由激光发射器、激光接收器、伺服电机、圆光栅等组成。三、车载激光雷达2.车载激光雷达的结构根据所发射激光信号的不同形式，激光测距方式可分为：三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理01脉冲测距法02干涉测距法03相位测距法三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——脉冲测距法三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——脉冲测距法光脉冲经障碍物反射回来的时间原理

公式测得距离比较远，发射功率较高脉冲越窄，性能越好特点三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——干涉测距法三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——干涉测距法利用光波的干涉特性实现距离的测量原理两列有相同频率、相同振动方向的光相互叠加，并且这两列光的相位差固定条件技术成熟测量精度好测量距离小特点三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——相位测距法三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——相位测距法利用发射波和返回波之间形成的相位差来测量距离原理

公式精度高体积小结构简单昼夜可用特点三、车载激光雷达4.车载激光雷达工作原理信号采集处理系统控制系统接收系统发射系统障碍物三、车载激光雷达5.车载激光雷达特点抗干扰能力强、隐蔽性好、激光不受无线电波干扰等全天候工作，不受光照条件限制激光束发散角小、能量集中、有更好的分辨率和灵敏度以及探测精度高可探测分子量级的目标且体积小能够360°检测物体可获得幅度、频率和相位等信息，可以探测从低速到高速的目标三、车载激光雷达6.车载激光雷达应用安装位置雷达位置实现功能前置中部自适应巡航、前方碰撞预警、自动紧急制动、行人碰撞预警、行人保护左右角盲区检测、车道变换辅助后置左右角盲区检测、车道变换辅助中部追尾碰撞四、三种类型车载雷达性能比较

类型性能指标超声波雷达毫米波雷达激光雷达探测角度30°15°～150°15°～360°探测距离10m250m200m车速探测能力一般强弱目标物识别能力一般较强很强夜间环境适应能力强强强恶劣天气适应能力一般强弱成本很低适中目前很高四、三种类型车载雷达性能比较1外观结构车载超声波雷达：接收器、收发器、压电晶片、金属板、振子等车载毫米波雷达：集成电路板、中间壳体、天线阵列等车载激光雷达：光发射器、激光接收器、伺服电机、圆光栅等2技术特点车载超声波雷达：渡越时间法车载毫米波雷达：调频连续波车载激光雷达：测算激光发射信号与激光回波信号的往返时间来计算距离3功能/应用车载超声波雷达：倒车、盲区检测车载毫米波雷达：自适应巡航、前方碰撞预警等车载激光雷达：行人保护、前方碰撞预警、追尾碰撞等休息一下……车载视觉传感器的概念得到数据车载视觉传感器视觉传感设备的组成光源图像传感器镜头模数转换器图像处理器图像储存器车载视觉传感器视觉传感设备的组成车载视觉传感器视觉传感设备的分类（播放动画资源“摄像头传感器类型”）按芯片类型分CMOS摄像头CCD摄像头车载视觉传感器视觉传感设备的分类普通摄像头A红外摄像头B紫外摄像头C按照响应频率范围分车载视觉传感器五、CCD和CMOS摄像头传感器CCD图像传感器CMOS图像传感器五、CCD和CMOS摄像头传感器1CCD摄像头传感器CCD是一种特殊的半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。电子线路矩阵聚光镜片微小光敏物质（决定画面分辨率）光电二极管（生成数字图像信号）组成五、CCD和CMOS摄像头传感器CMOS图像传感器是利用CMOS工艺制造的图像传感器，它主要利用了半导体的光电效应。2CMOS摄像头传感器应用领域自动测量摄像摄影视觉识别自动控制五、CCD和CMOS摄像头传感器CCD和CMOS摄像头主要因芯片的不同，而具有以下差异：3CCD和CMOS摄像头传感器的差异制造方式工作原理视觉扫描方法感光度分辨率噪声成本六、红外夜视摄像头传感器（1）为什么摄像头能够在夜间拍摄画面？（2）为什么人在夜间看不见物体？红外摄像头传感器不受黑暗环境的影响，可用于识别黑暗环境中的行人、动物等，增强了视觉识别的可靠性。六、红外夜视摄像头传感器被动式A通过接收目标物自身发出的红外信号进行夜视感知主动式B主动发射红外信号并接收反射信号进行夜视感知六、红外夜视摄像头传感器1被动红外夜视摄像头传感器—工作原理（播放动画资源“被动红外夜视摄像头传感器原理”）被动红外夜视摄像头传感器采用的是被动红外热成像技术基于目标与背景和辐射率差别利用辐射测温技术对目标逐点测定辐射强度形成可识别的目标物热图像六、红外夜视摄像头传感器1被动红外夜视摄像头传感器—特点1探测距离远，无需补光源2远处行人、动物探测较清晰3度依赖物体热量4其他物体的远处成像较模糊，画面辨识度低5成本高六、红外夜视摄像头传感器主动红外夜视摄像头传感器采用的是主动红外成像技术。2主动红外夜视摄像头传感器—工作原理（播放动画资源“主动红外夜视摄像头传感器原理”）1LED红灯发出波长为780～1100nm的红外光照射景物2CCD等成像器件转换景物反射的红外辐射图像3图像转换为可识别图像六、红外夜视摄像头传感器2主动红外夜视摄像头传感器—特点价格适中成像清晰可视距离适中需要有屏蔽或过滤对方车灯照射光源的能力对可见光反射较差的材料成像差七、摄像头传感器应用1普通摄像头的应用（播放微课资源“普通摄像头传感器应用场景”）摄像头安装位置主要分为前视、环视、后视、侧视和内视。安装位置摄像头类型实现功能功能描述前视单目摄像头/双目摄像头车道偏离预警、车道保持辅助、前方碰撞预警、自动紧急制动、交通标志识别、交通信号灯识别、智能远光控制、行人碰撞预警、行人保护、自适应巡航探视角为45°～55°；双目摄像头有测距功能，可实现自适应巡航，但需要装在两个位置，成本较单目高环视广角摄像头全景泊车、车道偏离预警广角镜头，在车四周装配4个环视摄像头进行图像拼接，实现全景图像，利用人工智能算法可实现道路感知七、摄像头传感器应用1普通摄像头的应用（播放微课资源“普通摄像头传感器应用场景”）摄像头安装位置主要分为前视、环视、后视、侧视和内视。安装位置摄像头类型实现功能功能描述后视广角摄像头自动泊车、后视泊车辅助广角或鱼眼镜头，主要为倒车后视摄像头侧视广角摄像头盲区检测广角镜头。盲点检测主要使用超声波雷达，但目前也有使用摄像头代替内置广角摄像头驾驶员疲劳检测广角镜头，装在车内后视镜处七、摄像头传感器应用2红外摄像头的应用（播放动画资源“红外线摄像头传感器应用场景”）123456789夜视系统前方碰撞预警盲区检测智能远光灯控制车道偏离预警行人碰撞预警行人检测驾驶员疲劳检测车道变换辅助134567892（）1.车载雷达只能用来检测被测目标到雷达之间的距离。（）2.车载超声波雷达只能将交流信号转换成超声波信号。（）3.现在，汽车上主要用的是脉冲式毫米波雷达传感器类型。（）4.车载毫米波雷达频率越高，检测的分辨率就越低。（）5.车载毫米波雷达有两组发射天线分别用于检测远处和近处目标。（）6.车载超声波雷达的测量距离在20m以下。一、判断题（）7.车载视觉传感器可以用来制作高精度地图。（）8.CMOS和CCD同为半导体，但是CMOS集成在半导体单晶材料上；CCD是集成在金属氧化物水温半导体材料上。（）9.视觉