在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，自動(dòng)駕駛技術(shù)正逐步從科幻走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，為人們的出行帶來(lái)全新變革。而在自動(dòng)駕駛的復(fù)雜技術(shù)體系中，傳感器融合技術(shù)宛如一顆璀璨的明珠，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，致力于解決自動(dòng)駕駛車(chē)輛如何精準(zhǔn) “看清” 周?chē)h(huán)境這一關(guān)鍵難題。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)要在復(fù)雜多變的道路環(huán)境中安全、高效地行駛，宛如一位經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員，需要時(shí)刻精準(zhǔn)感知周?chē)囊磺?。這其中涵蓋其他車(chē)輛的行駛速度、方向及距離，行人的位置與動(dòng)向，交通標(biāo)志和信號(hào)燈的指示，還有道路的坡度、曲率以及是否存在障礙物等豐富信息。而傳感器，便是賦予自動(dòng)駕駛汽車(chē)這種 “感知超能力” 的核心部件，不同類(lèi)型的傳感器猶如汽車(chē)的各類(lèi) “感官”，各自發(fā)揮著獨(dú)特作用。

攝像頭，恰似自動(dòng)駕駛汽車(chē)的 “眼睛”，能夠捕捉車(chē)輛周邊豐富的視覺(jué)信息。常見(jiàn)的車(chē)載攝像頭可分為前視、后視、環(huán)視等多種類(lèi)型。前視攝像頭助力汽車(chē) “遠(yuǎn)眺” 前方道路，清晰識(shí)別交通標(biāo)志、車(chē)道標(biāo)線，敏銳察覺(jué)前方車(chē)輛與行人;后視攝像頭則在倒車(chē)場(chǎng)景中大展身手，為駕駛員提供后方視野，輔助安全倒車(chē);環(huán)視攝像頭通過(guò)多個(gè)分布于車(chē)身四周的微型攝像頭協(xié)同工作，為車(chē)輛構(gòu)建出 360° 的鳥(niǎo)瞰圖，讓駕駛員對(duì)車(chē)輛周邊環(huán)境一目了然。以安森美 AR0820AT 這一先進(jìn)的車(chē)用 CMOS 數(shù)字圖像傳感器為例，其具備 3848H x 2168V 有源像素陣列，不僅能在線性或高動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)精準(zhǔn)捕獲圖像，還針對(duì)微光及嚴(yán)苛條件下的高動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景性能進(jìn)行了優(yōu)化，憑借 2.1μm DR - Pix BSI 像素和片上 140dB HDR 捕獲能力，為獲取車(chē)輛周邊清晰圖像立下汗馬功勞。然而，攝像頭也存在 “短板”，在夜間光線昏暗、雨霧天氣等低能見(jiàn)度環(huán)境下，其性能會(huì)大打折扣，就如同人在大霧中難以看清遠(yuǎn)處物體一般。

毫米波雷達(dá)，可看作自動(dòng)駕駛汽車(chē)的 “聽(tīng)覺(jué)”，通過(guò)發(fā)射和接收毫米波來(lái)感知周?chē)h(huán)境。它在檢測(cè)物體的速度和距離方面表現(xiàn)卓越，并且擁有較強(qiáng)的抗干擾能力，不易受惡劣天氣和光照條件的影響，在雨、雪、霧天也能穩(wěn)定工作。在 ADAS 功能中，毫米波雷達(dá)堪稱(chēng)關(guān)鍵角色，相較于攝像頭，它能更精準(zhǔn)地 “看清” 物品，分辨率和性能更優(yōu)，指向性良好。例如 TI 公司的 TIDA - 020047 雙器件毫米波級(jí)聯(lián)雷達(dá)參考設(shè)計(jì)，完美適配汽車(chē) 4D 成像雷達(dá)需求，通過(guò)巧妙結(jié)合兩個(gè) 76GHz 至 81GHz 雷達(dá)收發(fā)器、一個(gè)雷達(dá)處理器、兩個(gè) CAN - FD PHY、一個(gè)以太網(wǎng) PHY 和一個(gè)低噪聲電源，成功攻克 ADAS 功能中 “看清” 難題。不過(guò)，毫米波雷達(dá)也并非十全十美，它在識(shí)別非金屬物體時(shí)存在一定困難。

激光雷達(dá)，猶如自動(dòng)駕駛汽車(chē)的 “觸覺(jué)” 延伸，利用光脈沖測(cè)量車(chē)輛與周?chē)矬w的距離，進(jìn)而構(gòu)建出高精度的三維環(huán)境地圖。其具有距離、角度和速度分辨率極高，抗干擾能力強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，能夠獲取大量對(duì)自動(dòng)駕駛極為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和信息，包括物體的距離、角度、速度以及反射強(qiáng)度，從而生成物體的多維圖像。飛行時(shí)間(ToF)激光雷達(dá)在短距離汽車(chē)用例中表現(xiàn)出色，無(wú)需掃描即可獲取豐富細(xì)節(jié)，在汽車(chē)環(huán)境中，高分辨率 ToF 攝像頭借助 3D 感應(yīng)技術(shù)掃描汽車(chē)周?chē)偷孛鎱^(qū)域，無(wú)論光照條件如何，都能敏銳檢測(cè)到路緣石、墻壁或其他障礙物，為自助泊車(chē)等功能提供有力支持。英飛凌的 IRS2877A 作為 REAL3 ToF 激光雷達(dá)系列中面向汽車(chē)應(yīng)用的佼佼者，采用 9 x 9 mm2 塑料 BGA 封裝，憑借 4 mm 的微型感光區(qū)，實(shí)現(xiàn)了 640 x 480 像素的 VGA 系統(tǒng)分辨率，僅需一個(gè) ToF 攝像頭，便能打造出功能強(qiáng)大的 3D 面部識(shí)別駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。然而，激光雷達(dá)成本較高，且在大雨、大雪等極端天氣下，其性能會(huì)受到一定影響。

既然每種傳感器都有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與局限性，那么如何充分發(fā)揮它們的長(zhǎng)處，實(shí)現(xiàn) 1 + 1 > 2 的效果呢?這就輪到傳感器融合技術(shù)登場(chǎng)了。傳感器融合，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將來(lái)自多種傳感器的數(shù)據(jù)源巧妙合并，創(chuàng)造出比單個(gè)傳感器單獨(dú)工作時(shí)更準(zhǔn)確、更可靠的信息。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，傳感器融合技術(shù)主要有數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合這三種實(shí)現(xiàn)方式。

數(shù)據(jù)層融合，是在最底層對(duì)各種傳感器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理。通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，從而獲取對(duì)環(huán)境最為全面、準(zhǔn)確的信息。這種融合方式處理的數(shù)據(jù)量龐大，但能提供極高的準(zhǔn)確度，常用于實(shí)時(shí)環(huán)境建模等場(chǎng)景，比如通過(guò)攝像頭和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)融合構(gòu)建車(chē)輛周?chē)木_三維模型。

特征層融合，則是先對(duì)各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，例如從攝像頭數(shù)據(jù)中提取物體的形狀、顏色等視覺(jué)特征，從雷達(dá)數(shù)據(jù)中提取物體的速度、距離等特征，然后再將這些特征信息進(jìn)行有機(jī)整合分析。特征層融合常用于較為復(fù)雜的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，它能夠有效減少冗余數(shù)據(jù)，大幅提高數(shù)據(jù)處理效率。例如，將攝像頭提供的物體形狀特征與毫米波雷達(dá)提供的速度特征相結(jié)合，可生成更為精準(zhǔn)的物體輪廓，有助于更準(zhǔn)確地識(shí)別和跟蹤目標(biāo)物體。

決策層融合，是對(duì)不同傳感器獨(dú)立處理后得出的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行決策整合。每個(gè)傳感器根據(jù)自身采集的數(shù)據(jù)做出判斷，然后系統(tǒng)綜合這些判斷結(jié)果，進(jìn)行最終決策。這種融合方式具有高度的抽象性和智能化，不僅能有效應(yīng)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)之間的沖突，還能基于多重信息進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，顯著提高系統(tǒng)的綜合響應(yīng)能力。在緊急剎車(chē)、避障等高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景中，決策層融合發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，例如當(dāng)攝像頭檢測(cè)到前方有障礙物，毫米波雷達(dá)也確認(rèn)該障礙物的存在及距離時(shí)，系統(tǒng)綜合兩者決策，迅速做出緊急剎車(chē)或避讓的指令。

通過(guò)傳感器融合技術(shù)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)能夠?qū)z像頭的豐富視覺(jué)信息、毫米波雷達(dá)的精準(zhǔn)測(cè)距測(cè)速能力以及激光雷達(dá)的高精度三維建模優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境全方位、高精度的感知。這不僅大大提升了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性，還為車(chē)輛在復(fù)雜交通場(chǎng)景下做出精準(zhǔn)決策提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在城市道路中，面對(duì)頻繁出現(xiàn)的行人、車(chē)輛以及復(fù)雜的交通標(biāo)志和信號(hào)燈，融合后的傳感器系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別和分析各種信息，幫助車(chē)輛安全、順暢地行駛;在高速公路上，傳感器融合技術(shù)助力車(chē)輛實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前方車(chē)輛的速度和距離，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航等高級(jí)駕駛輔助功能，有效提升駕駛的舒適性和安全性。

盡管傳感器融合技術(shù)為自動(dòng)駕駛帶來(lái)了諸多顯著優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍然面臨著一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。首先，不同傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率、時(shí)間戳以及數(shù)據(jù)格式各不相同，這就需要進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)同步和高效的數(shù)據(jù)融合處理，以確保最終融合的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映車(chē)輛周?chē)膶?shí)時(shí)狀態(tài)。其次，隨著傳感器數(shù)量的增加和數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算能力提出了極高要求，需要強(qiáng)大的車(chē)載算力來(lái)支撐實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)處理。再者，傳感器融合系統(tǒng)的成本也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，如何在保證高性能的前提下，降低傳感器和融合系統(tǒng)的成本，是推動(dòng)自動(dòng)駕駛技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用亟待解決的關(guān)鍵難題。此外，傳感器融合技術(shù)的跨平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化工作尚不完善，不同廠商的傳感器和融合算法之間缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這給系統(tǒng)的互聯(lián)互通和兼容性帶來(lái)了諸多障礙。

展望未來(lái)，隨著科技的持續(xù)進(jìn)步，傳感器融合技術(shù)有望取得重大突破。一方面，傳感器的性能將不斷提升，成本逐步降低，例如激光雷達(dá)有望在保持高精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)成本的大幅下降，使其更廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)自動(dòng)駕駛車(chē)輛。另一方面，人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)將與傳感器融合技術(shù)深度融合，進(jìn)一步提高融合算法的智能化水平和處理效率。此外，隨著 5G 等高速通信技術(shù)的普及，車(chē)與車(chē)(V2V)、車(chē)與基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)之間的通信將更加順暢，這將為傳感器融合技術(shù)帶來(lái)更豐富的數(shù)據(jù)來(lái)源，拓展車(chē)輛的感知范圍，提升自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在復(fù)雜交通環(huán)境下的應(yīng)對(duì)能力。

傳感器融合技術(shù)作為自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)，為自動(dòng)駕駛汽車(chē) “看清” 周?chē)h(huán)境提供了強(qiáng)有力的支持。盡管目前面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，它必將在未來(lái)的智能交通領(lǐng)域綻放更加絢爛的光彩，引領(lǐng)自動(dòng)駕駛技術(shù)邁向新的高度，為人們帶來(lái)更加安全、便捷、高效的出行體驗(yàn)。