目前,自動駕駛的安全事故原因絕大多數出現在傳感器這個重要環節,將各類傳感器融合在一起,能否就能起到1+1>2的效果呢?
傳感器是汽車感知周圍的環境的硬件基礎,在實現自動駕駛的各個階段都必不可少。自動駕駛離不開感知層、控制層和執行層的相互配合。攝像頭、雷達等傳感器獲取圖像、距離、速度等信息,扮演眼睛、耳朵的角色。目前自動駕駛的安全事故原因絕大多數出現在傳感器這個重要環節,將各類傳感器融合在一起,能否就能起到1+1>2的效果呢?
多傳感器融合是必然趨勢
通過增加傳感器的數量,并讓多個傳感器融合來提高自動駕駛能力。多個同類或不同類傳感器分別獲得不同局部和類別的信息,這些信息之間可能相互補充,也可能存在冗余和矛盾,而控制中心最終只能下達唯一正確的指令,這就要求控制中心必須對多個傳感器所得到的信息進行融合,綜合判斷。
在使用多個傳感器的情況下,要想保證安全性,就必須對傳感器進行信息融合。多傳感器融合可顯著提高系統的冗余度和容錯性,從而保證決策的快速性和正確性,是自動駕駛的必然趨勢。
當然,要實現傳感器融合,也是有前提條件的。硬件層面,數量要足夠,也就是不同種類的傳感器都要配備,才能夠保證信息獲取充分且有冗余;軟件層面,算法要足夠優化,數據處理速度要夠快,且容錯性要好,才能保證最終決策的快速性和正確性。
傳感器融合的技術概述
每種傳感器都有自己無法克服的缺陷,因此數量的增加無法解決實際的問題。真正的解決之道是綜合不同傳感器采集到的信息。而目前的雷達技術在分辨率上也有些不合格,可以說每種傳感器都有自己的軟肋。
想做到完美的傳感器融合,就要接受不同傳感器的輸入,并利用綜合信息更準確的感知周邊環境,其得出的結果比不同傳感器各自為戰要好得多。將不同傳感器進行融合還能換來一定程度的冗余,即使某個傳感器出了問題也不會影響車輛的安全。
目前車輛上搭載的大多數ADAS系統都是獨立運作的,這就意味著它們不會與其他車輛上的系統交換信息。此外,車上的后置攝像頭、360度全景系統、雷達和前置攝像頭都有自己的獨立任務,它們之間幾乎沒有交流。
給車輛安裝這些獨立系統后,司機就能獲知更多信息,車輛也能實現少數自動駕駛功能。不過,我們也可以對這些傳感器進行融合,實現更為強悍的功能。
后置攝像頭+超聲波距離傳感器這項配置在現售車輛上早已不再新鮮,倒車時它能用警報聲提醒我們車輛離周邊物體還有多遠。
在這套新系統中,后置攝像頭能讓司機看清車輛后方情況,而機器視覺算法則負責探測車輛后方物體或馬路牙子。超聲波距離傳感器則是輔助設備,它能在在沒有任何照明的夜晚幫司機順利倒車入庫。
前置攝像頭+多模前置雷達能產生意想不到的效果。前置雷達能探測到150米范圍內物體的移動速度和距離,而且它幾乎不受天氣情況影響。攝像頭則負責發現并辨別前方物體,比如讀取街道上的交通標識和紅綠燈。
雖然一些ADAS功能只靠單個傳感器或獨立系統就能實現,但一旦遇到不可預知的情況,車輛就會變得手忙腳亂。反觀能支持更復雜自動駕駛功能的傳感器融合,就可大幅降低車輛的誤報和漏報率。
傳感器融合的體系結構
對自動駕駛汽車而言,沒有必須將哪幾類傳感器數據融合在一起的說法。傳感器數據間的融合可以有多種組合。處于中間過程的傳感器融合將會產生各種假設和轉變。
因為多傳感器的使用會使需要處理的信息量大增,這其中甚至有相互矛盾的信息,如何保證系統快速地處理數據,過濾無用、錯誤信息,從而保證系統最終做出及時正確的決策十分關鍵。