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不知何時，自動駕駛技術(shù)從電影中跳出來，直接被拉到人們視野中。不過，去年特斯拉卻因為幾起自動駕駛事故，官網(wǎng)不得不把自動駕駛字眼改為輔助駕駛。本期《汽車總動員》討論的不是自動駕駛，而是被稱為自動駕駛汽車“眼睛”的雷達(dá)。
目前主流的“眼睛”有四類——毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、攝像頭。他們各自都有自己的特點，比如攝像頭的優(yōu)點就很突出：精度高，距離遠(yuǎn)，直觀方便；可是缺點也同樣突出：受到天氣的影響太大。倘若霧霾一來，或是陰雨綿綿，估計就只能兩眼一抹黑了。
然而它們原理和現(xiàn)狀都如何呢？
毫米波雷達(dá)
首先我們要明白啥是毫米波，毫米波實質(zhì)上就是電磁波。毫米波的頻段比較特殊，其頻率高于無線電，低于可見光和紅外線，頻率大致范圍是 10GHz—200GHz。這是一個非常適合車載領(lǐng)域的頻段。目前，比較常見的車載領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)頻段有三類。
1，24—24.25GHz 這，目前大量應(yīng)用于汽車的盲點監(jiān)測、變道輔助。雷達(dá)安裝在車輛的后保險杠內(nèi)，用于監(jiān)測車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進行變道。這個頻段也有其缺點，首先是頻率比較低，另外就是帶寬（Bandwidth）比較窄，只有 250MHz。
2，77GHz，這個頻段的頻率比較高，國際上允許的帶寬高達(dá) 800MHz。據(jù)介紹，這個頻段的雷達(dá)性能要好于 24GHz 的雷達(dá)，所以主要用來裝配在車輛的前保險杠上，探測與前車的距離以及前車的速度，實現(xiàn)的主要是緊急制動、自動跟車等主動安全領(lǐng)域的功能。
3，79GHz—81GHz，這個頻段最大的特點就是其帶寬非常寬，要比 77GHz 的高出 3 倍以上，這也使其具備非常高的分辨率，可以達(dá)到 5cm。
原理：振蕩器會產(chǎn)生一個頻率隨時間逐漸增加的信號，這個信號遇到障礙物之后，會反彈回來，其時延是 2 倍距離 / 光速。返回來的波形和發(fā)出的波形之間有個頻率差，這個頻率差和時延是呈線性關(guān)系的：物體越遠(yuǎn)，返回的波收到的時間就越晚，那么它跟入射波的頻率差值就越大。
將這兩個頻率做一個減法，就可以得到二者頻率的差頻（差拍頻率），通過判斷差拍頻率的高低就可以判斷障礙物的距離。
根據(jù)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)機構(gòu)調(diào)查，國內(nèi) 2014 年汽車毫米波雷達(dá)銷量約為 120 萬顆，2015 年約為 180 萬顆。主要應(yīng)用為盲點檢測和后方車輛提醒的中短距雷達(dá)（24Ghz），每車需要兩顆。
2015 年中國汽車銷售量為 2459.8 萬輛，如果 2015-2020 年我國的乘用車復(fù)合增速為 4%，到 2020 年乘用車全年銷量將近約為 3000 萬輛。到 2020 年，如果中國汽車銷售量中有 15%裝配汽車毫米波雷達(dá)的話，按每輛車裝配 2 個，預(yù)計 2020 年的毫米波雷達(dá)需求量近 900 萬個，未來五年復(fù)合增速約為 50%。
目前中國市場中高端汽車裝配的毫米波雷達(dá)傳感器全部依賴進口，市場被美、日、德企業(yè)壟斷，價格昂貴，自主可控迫在眉睫。國內(nèi)企業(yè)怎么破局？前不久的 IC CHINA 2017 上，與非網(wǎng)記者參加了一個加特蘭 77GHz CMOS 雷達(dá)芯片發(fā)布會，其產(chǎn)品是是全球首家采用 CMOS 工藝并實現(xiàn)量產(chǎn)的 77GHz 雷達(dá)收發(fā)芯片，不由得讓人覺著歐美大廠壟斷的今天，也有國產(chǎn)企業(yè)開始發(fā)出自己的聲音。
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激光雷達(dá)
激光雷達(dá)不是單純的指發(fā)射激光的探測器就是激光雷達(dá)，工作在紅外和可見光波段的，以激光為工作光束的雷達(dá)稱為激光雷達(dá)。而激光雷達(dá)的工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測信號(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號進行比較,作適當(dāng)處理后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息,如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。
從本質(zhì)上說激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)都是利用回波成像來構(gòu)顯被探測物體的，就相當(dāng)于人類用雙眼探知而蝙蝠是依靠超聲波探知的區(qū)別。但激光雷達(dá)會比較容易受到自然光或是熱輻射的影響，在自然光強烈或是輻射區(qū)域的時候，激光雷達(dá)將會被消弱很多而且激光雷達(dá)的造價成本高，對工藝水平要求也比較高。而毫米波雷達(dá)而言，雖然抗干擾能力較強，但是距離和精確度確實硬傷，而且在行車環(huán)境下，處于多重波段并存的環(huán)境下對毫米波的影響是極大的。毫米波對于較遠(yuǎn)處的探測能力也是極為有限的。
簡單來說，激光雷達(dá)精度更高，但價格昂貴。
據(jù)國外調(diào)研機構(gòu)的分析預(yù)測，2015 年全球汽車激光雷達(dá)市場規(guī)模約為 6 千 2 百萬美元，預(yù)計 2020 年全球市場規(guī)模將達(dá)到 2.7 億美元左右。2016～2020 年將以 34%年復(fù)合成長率增長。
2016 年以來，看好激光雷達(dá)在無人駕駛汽車的應(yīng)用前景，促使許多公司包括創(chuàng)業(yè)公司都試圖挑戰(zhàn)激光雷達(dá)。國外領(lǐng)先公司有 Velodyne、Quanergy、LeddarTech、ConTInental 等，國內(nèi)有北科天繪、禾賽科技、思嵐科技、華達(dá)科捷、速騰聚創(chuàng)等，火爆的無人駕駛市場促使激光雷達(dá)市場競爭加劇。
業(yè)內(nèi)人士普遍預(yù)計，汽車激光雷達(dá)市場快速增長將可能在 2018 年至 2019 年徹底到來。
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超聲波雷達(dá)
超聲波發(fā)射器向外面某一個方向發(fā)射出超聲波信號，在發(fā)射超聲波時刻的同時開始進行計時，超聲波通過空氣進行傳播，傳播途中遇到障礙物就會立即返射傳播回來，超聲波接收器在收到反射波的時刻就立即停止計時。在空氣中超聲波的傳播速度是 340m/s，計時器通過記錄時間 t，就可以測算出從發(fā)射點到障礙物之間的距離長度（s），即：s＝340t/2。
超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強，測距的方法簡單，成本低。
但是它在速度很高情況下測量距離有一定的局限性，這是因為超聲波的傳輸速度容易受天氣情況的影響，在不同的天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同，而且傳播速度較慢，當(dāng)汽車高速行駛時，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距實時變化，誤差較大。另一方面，超聲波散射角大，方向性較差，在測量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)時，其回波信號會比較的弱，影響測量精度。但是，在短距離測量中，超聲波測距傳感器具有非常大的優(yōu)勢。
目前來看，寶馬最新的 i 系列和 7 系列已經(jīng)支持使用車鑰匙遙控汽車自動泊車，在操作過程中用戶只需要發(fā)出前進或后退兩個指示，汽車就會持續(xù)使用超聲波傳感器檢測車位和障礙物，自動操作方向盤和制動器，實現(xiàn)自動泊車。大眾第三代超聲波半自動泊車系統(tǒng)，泊車輔助系統(tǒng)通常使用 6-12 個超聲波雷達(dá)，車后部的 4 個短距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測倒車時與障礙物之間的距離，一側(cè)的長距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測停車位空間。
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車載攝像頭
車載攝像頭是 ADAS 系統(tǒng)的主要視覺傳感器，借由鏡頭采集圖像后，有攝像頭內(nèi)的感光組件電路及控制組件對圖像進行處理并轉(zhuǎn)化為電腦能處理的數(shù)字信號，從而實現(xiàn)感知車輛周邊的路況情況，實現(xiàn)前向碰撞預(yù)警，車道偏移報警和行人檢測等 ADAS 功能。
車載攝像頭的大致原理如下：1)圖像處理，將圖片轉(zhuǎn)換為二維數(shù)據(jù)；2)模式識別，通過圖像匹配進行識別，如車輛、行人、車道線、交通標(biāo)志等；3)利用物體的運動模式，或雙目定位，估算目標(biāo)物體與本車的相對距離和相對速度。
硬件方面，車載攝像頭主要由 CMOS 鏡頭(包括 lens 和光感芯片等)，芯片，其他物料(內(nèi)存，sim 卡，外殼)組成，分為單目攝像頭、后視攝像頭、立體攝像頭和環(huán)視攝像頭，目前市場上主要是單目攝像頭為主。
軟件方面，以 mobileye 為例，主要體現(xiàn)在芯片的升級和處理平臺的升級，工作頻率從 122Mhz 提升到 332Mhz，訪問方式的改變使速率提升一倍，圖像由 640*480 彩色像素提升為 2048*2048(Input)和 4096*2048(output)等。
除了極少數(shù)廠商具備垂直一體化的能力，絕大部分廠商都將業(yè)務(wù)集中于產(chǎn)業(yè)中的某個或者某幾個環(huán)節(jié)。
從市場集中度來看，光學(xué)鏡片主要是中國臺灣的廠商在主導(dǎo)，大陸廠商在紅外截止濾光片上有一定優(yōu)勢，圖像傳感器主要是歐美和韓國廠商為主，模組環(huán)節(jié)大陸、韓國、中國臺灣、日本廠商份額居前，國內(nèi)廠商成長迅速。光學(xué)鏡頭行業(yè)集中度很高，前五大廠商占據(jù)了 60%市場份額，舜宇光學(xué) 2015 年出貨量已占全球的 9.4%，成為全球第二。
單目攝像頭還是未來的主流，伴隨著 360 度全景停車和環(huán)視系統(tǒng)的發(fā)展，未來單輛車載攝像頭預(yù)期達(dá)到 6 個以上，其中 1 個前視，1 個后視和 4 個環(huán)視。根據(jù) MRRSE 報告，2014-2020 全球車載攝像頭的出貨量將會以 11.3%年復(fù)合率增長，預(yù)計到 2020 年，全球車載攝像頭銷售將達(dá)到 8300 萬只。
未來五年內(nèi)，雙目攝像頭的產(chǎn)品化，小型化的問題有可能逐漸突破，例如特拉斯的雙目，三目的計劃。
圖形信息處理的芯片，算法的進步，算法主要基于深度學(xué)習(xí)的角度，芯片的發(fā)展主要體現(xiàn)在 mobileye 的 EyeQ 產(chǎn)品的升級，期待 EyeQ5 的研發(fā)與投入生產(chǎn)。
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