《智能网联汽车技术（第2版）》教案 项目二 2-2

PAGE8项目2PAGE8项目2智能传感器技术项目2智能传感器技术PAGE7项目2智能传感器技术PAGE7课题任务二安装与调试智能传感器课时2课时（90min）教学目标知识目标：熟悉智能传感器在先进驾驶辅助系统中的应用技能目标：能正确更换与测试视觉传感器思政育人目标：（1）养成团结协作、认真负责的职业素养。（2）弘扬科学严谨、精益求精的工匠精神。教学重难点教学重点：视觉传感器的特点、组成、工作原理、技术指标及应用教学难点：视觉传感器的工作原理及应用教学方法情景模拟法、问答法、讨论法、任务驱动法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：传授新知（38min）第2节课：问题导入（3min）传授新知（10min）

任务实训（25min）

任务评价（5min）作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务

【教师】课前预习任务：收集相关资料，回答下列问题1.什么是视觉传感器？它的成像原理是什么？2.视觉传感器有哪些类型？3.什么是传感器融合？传感器融合的方案有哪些？4.列举2～3个智能网联汽车的智能传感器配置实例。【学生】完成任务工单通过课前预习，培养学生养成良好的学习习惯，提高学生自我主动学习能力考勤

（2min）【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务导入

（5min）【教师】讲述智能网联公交2018年12月，工信部发布了《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》，提出要加快车载视觉系统、激光/毫米波雷达、多域控制器、惯性导航等感知器件的联合开发和成果转化。2020年2月，国家发展改革委等11部门联合发布了《智能汽车创新发展战略》，提出要构建跨界融合的智能汽车产业生态体系，增强产业核心竞争力，推进车载高精度传感器、车规级芯片、智能操作系统、车载智能终端、智能计算平台等产品研发与产业化，建设智能汽车关键零部件产业集群。【学生】聆听、思考通过讲述使学生了解科技动向，理解课程意义，明确学习目标，端正学习态度传授新知

（30min）【教师】讲解新知2.2.1视觉传感器视觉传感器又称成像装置或摄像装置，是指通过对摄像头拍摄到的图像进行处理，对目标进行检测，并输出数据和判断结果的智能传感器。1.特点1）信息量丰富2）适应能力强3）融合人工智能技术2.组成视觉传感器主要由镜头、图像传感器、模数转换器、图像处理器、图像存储器等部件组成，如图2-14所示。3.成像原理图像传感器是视觉传感器的核心部件，主要有CCD（电荷耦合器件，chargecoupleddevice）和CMOS（互补金属氧化物半导体，complementarymetaloxidesemiconductor）两种类型。1）CCD成像原理CCD采用的光电二极管捕获光子并产生光生电子，形成光电流；控制电路将光电流进行放大、滤波后转换成数字信号；再通过成像电路（如DSP）进行处理，最终将图像信息编码为特定数据格式的图像文件。CCD可分为两类线阵CCD：用于获取线阵图像，采用线扫描方法来获得整个二维图像的输出。面阵CCD：用于获取表面图像，可以直接检测二维平面图像。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】询问同学们什么是像素？随机邀请同学进行回答【学生】聆听、思考、回答【教师】总结同学回答，讲解思政之窗，融入课程思政CCD上装有大量光敏元件，每个光敏元件称为一个像素（pixel）。CCD像素数目越多，单一像素尺寸越大，收集到的图像就越清晰，其提供的画面分辨率也就越高。俗话说：众人拾柴火焰高。凝聚更多一起干的力量，才能让目标更快地实现。因此，为了早日实现中华民族伟大复兴的中国梦，我们每个人都应该“撸起袖子加油干”。【学生】聆听、思考、体会【教师】讲解新知２）CMOS成像原理CMOS采用的光电二极管是硅和锗两种半导体光敏元件，它同样可以捕获光子并产生光生电子，并通过处理芯片将所产生的光电流记录和解读成影像。CMOS与CCD的差异：CCD先传送后放大输出，CMOS先放大再整合输出。CMOS虽然成像质量不如CCD，但因其具有耗电少（仅为CCD芯片的1/10左右）、体积小、质量小、集成度高、价格低等优点，被广泛应用于大部分成像设备。４.类型根据镜头和布置方式的不同，视觉传感器可分为单目、双目、三目、环视和红外夜视等类型。1）单目视觉传感器外观：如图所示。安装位置：在智能网联汽车前挡风玻璃上部作用：探测车辆前方环境，识别道路、车辆、行人等测距精度：低于激光雷达和毫米波雷达特点：视角越宽，可精确检测的距离越近；视角越窄，可精确检测的距离越远优点：成本低廉、帧速率高、信息丰富、检测距离远、算法成熟度高缺点：易受光照、气候等环境影响，无法识别没有明显轮廓的障碍物2）双目视觉传感器外观：如图所示。安装要求：两个摄像头之间的距离为10～20cm工作环境温度：-40℃～85℃特点：镜头间距越小，检测距离越近，标定和安装难度越小；镜头间距越大，检测距离越远，标定和安装难度越大缺点：相对成本较高3）三目视觉传感器外观：如图所示，它实质上是三个不同焦距单目摄像头的组合。组成：最远测量距离视场角作用窄视野摄像头250m28°检测前车道线、交通灯主视野摄像头150m52°一般的道路状况监测宽视野摄像头60m150°检测平行车道、行人和非机动车行驶的状况优点：可以获得覆盖范围更大的视场角，也可以有效获得道路状况、行人和交通灯等信息缺点：安装工作量及调试难度较大，对算法要求较高4）环视视觉传感器组成：包含4个鱼眼摄像头，能够实现3600环境感知安装位置：朝向地面用途：用于车身5～10m内的障碍物检测、自主泊车时的车位线识别等优点：可以获得足够大的视野缺点：图像的畸变严重5）红外夜视视觉传感器红外线通常是指波长为0.78～1000μm的电磁波，红外波段的短波段与可见光部分相邻，长波段与微波相连，如图2-18所示。工作原理：利用红外成像原理，将视场内物体的红外线聚焦到红外探测器上，红外探测器再将强弱不等的辐射信号转换成相应的电信号，然后经过放大和视频处理，形成可供人眼观察的红外图像，如图2-19所示。类型：类型作用被动式利用目标发出的红外线形成红外图像主动式通过主动向外发射强红外线，再由反射光学系统的物镜组接收，从而在红外成像管的光电阴极表面形成红外图像用途：用于车身5～10m内的障碍物检测、自主泊车时的车位线识别等优点：可以获得足够大的视野缺点：图像的畸变严重5.应用视觉传感器应用在车道偏离预警系统、车道保持辅助系统、前向碰撞预警系统、交通标志识别系统等先进驾驶辅助系统中。安装位置如图2-20所示。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】除了雷达和视觉传感器，同学们还知道哪些传感器？自由发言【学生】聆听、思考、讨论、回答【教师】总结学生发言，扫码播放智能传感器视频，讲解相关知识2.2.2智能传感器融合技术1.智能传感器融合的定义智能传感器融合指将来自多个智能传感器的信息或数据，按照一定的规则进行分析和综合，从而完成所需要的决策，由此所进行的信息处理过程。智能传感器的融合需要做到软件同步和硬件同步。1）软件同步包括时间同步和空间同步两部分。时间同步：各智能传感器根据基准时间，为采集的数据加上时间戳信息，从而实现所有数据时间戳一致的目的。但由于各智能传感器有不同的采集周期，因此很难保证时间戳一致。空间同步：将各智能传感器在不同坐标系下的测量值转换到同一坐标系中。2）硬件同步硬件同步是指通过同一种硬件同时发布信息采集命令，从而实现各智能传感器信息采集的时间同步。2.智能传感器融合的结构体系智能传感器的融合是无人驾驶安全出行的前提，目前智能传感器融合的体系可分为分布式、集中式和混合式等结构。结构特点分布式对通信带宽的需求低，计算速度快，可靠性和延续性好，但跟踪的精度却远没有集中式高集中式数据处理精度高、算法灵活，但是因计算的数据量较大，所以对处理器的要求高，可靠性较低，故难以实现混合式适应能力较强，稳定性强，但结构较为复杂，对通信和计算的要求较高3．智能传感器融合的方案1）激光雷达与视觉传感器融合2）激光雷达与毫米波雷达融合3）视觉传感器与毫米波雷达融合在智能网联汽车中，视觉传感器与毫米波雷达的融合有图像级融合、目标级融合和信号级融合三个层次【学生】聆听、思考、理解、记忆讲解视觉传感器知识，使学生理解视觉传感器的特点、组成和工作原理先提问后讲解，突破难点的同时融入课程思政，实现专业教育与思政教育的有机统一通过讲解，使同学们了解视觉传感器的类型，明确不同类型视觉传感器的特点和应用场合借助提问，了解学生的知识面通过讲解，使同学们理解智能传感器融合技术，体会团队协作的重要性，培养学生团结协作精神第二节课问题导入

（3min）【教师】请同学们结合智能传感器融合方案，找出身边的应用案例，自由发言【学生】聆听、思考、讨论用问题导入，使学生养成仔细观察，认真思考的习惯，引导学生学会用知识解决问题，实现学以致用传授新知

（10min）【教师】总结同学们的回答，讲解智能传感器的配置实例2.2.3智能传感器的配置实例1．奥迪A8轿车2．沃尔沃XC90自动驾驶汽车3．特斯拉ModelS纯电动汽车【学生】聆听、思考、理解、记忆通过案例讲解，使学生了解智能传感器的应用任务实训

（25min）【教师】发布实训任务——安装与调试视觉传感器1．实训目标（1）能够按照要求安装视觉传感器。（2）能够识读视觉传感器安装电路图。（3）能够完成视觉传感器的调试。2．实训器材视觉传感器、视觉传感器安装调试实训台、维修工具套装。3．实训步骤详见教材（4）其他小组根据阐述内容进行提问，小组内部讨论后派代