无人驾驶作为高度集成的系统,所使用的传感器种类繁多、技术跨度较大,如果要做分类,个人认为可以简单分为服务于感知系统的和服务于定位系统的。展开来看,常见的有激光雷达、相机、毫米波、超声波;组合导航(IMU)轮速计等,但再细分,其实又可以分出很多子类。这里讲一下常用的几种感知传感器。
激光雷达按线数分有1、4、8、16、32、40、64、128线等,按工作原理分有机械旋转式和固态式,而固态又分为 MEMS 型、Flash 型、相控阵型。因为机械式技术相对成熟,可选择的产品丰富,目前大部分还是在用机械旋转式。但可以预见的是固态激光雷达是未来的趋势,预计未来1~2年,使用的人会越来越多。
LiDAR 产品,常见关注的技术指标有:测距精度、反射率区分度、有效测距范围、抗干扰能力等;激光雷达的优点是不依赖环境光源、测距精度高,可以达到 cm 级,缺点是会受雨水、阳光影响,且因为是主动发射激光,具有镜面效应。
相机按工作原理分为 RGB 相机、红外相机、事件相机。RGB相机可以构成单目、双目的应用;红外相机分为被动式与主动式;事件相机是一种比较新型的产品。
单目的测距精度一般会比较低为米级~十米级不等,但测距范围可以做到很大,只要能检测到目标就能估计出距离,图森未来在这点已经做到了1千米,而双目可以显著提高测距精度,但测距范围受基线长度影响,一般可以做到 300~400m 米的距离。
毫米波是目前最成熟的车载传感器,按测距范围可以划分成短距、中距和长距,按频段划分国内有24GHz和77GHz两种,77G相对于24G来说,角分辨率会更高一些。具有极好的可靠性和天气适应性,但没有高度信息,且测量精度较低。
传感器有了,为了能得到更高质量的标定结果和算法融合结果,往往还需要做一些处理,主要是不同传感器的时间同步和同步触发。
为了能够统一所有传感器的时间,一般可以将卫星时间作为所有传感器的时间源,同样处理器也使用卫星时间作为时间源。但如何实现呢?不同传感器有不同的特点,首先是处理器,处理器之间可以通过 NTP 进行时间同步,处理器和卫星的同步可以通过PPS实现。对于相机往往内部会有一个时钟,通过内部时钟,是可以对传输耗时进行补偿的,然后通过处理器时间和补偿时间,可以推算出实际的曝光时间。如果相机自身支持 PTP 或其他时间同步协议,则让其与对应的服务自协商进行精密时间同步即可。对于激光雷达,大多数都支持 PPS 时间同步,只要给他提供稳定的 PPS 信号即可。而 PPS 信号是可以由组合导航产生的,这往往是其最基本的功能,很容易实现。这样,所有传感器的时间就都统一为卫星时间了,时间的高精度统一,对于编队行驶尤其重要。有了时间同步的基础,就可以实现同步触发了。
对于相机来说,可以通过发送触发信号,让其在特定时间进行曝光,这种信号可以是软件的,也可以是硬件的,但硬件信号的精度无疑是远远高于软件信号的精度的。对于激光雷达来说,一般都会有相位同步的功能,对于机械式雷达,可以控制其在特定时刻旋转到特定角度。同理,组合导航的PPS信号是一切触发源的基础。
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