智能车传感技术

智能车的传感器技术汇报人：雷威指导老师：彭永胜传感器的作用传感器是一种变换器，可以将来自外界的各种信号转变成计算机能够识别的电信号。在智能车辆技术中，传感器负责采集车辆所需要的信息，包括感知汽车自身，汽车行驶的周围环境及驾驶员本身的状态等，为智能车的安全行驶提供及时、准确、可靠的决策依据。因此，在智能车辆技术中，传感器就相当于系统的感受器官，快速、精确地获取信息，是实现车辆安全行驶的保证。传感器技术作为促进汽车智能化发展的关键技术之一，承担着重要的角色，已被广泛用于智能车的防碰撞、车道保持、自巡航等系统中。智能汽车设计中涉及到的传感器主要有三种：光电式传感器、图像传感器和测速传感器。1.图像传感器技术

技术特点图像传感技术是在光电技术基础上发展起来的，利用光电器件的光—电转化功能，将其感光面上的光信号转换为与光信号成对应比例关系的电信号“图像”的一门技术，该技术将光学图像转换成一维时序信号，其关键器件是图像传感器。使用特点图像传感器又称为成像器件或摄像器件，可实现可见光、紫外线、X射线、近红外光等的探测，是现代视觉信息获取的一种基础器件。因其能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展（光谱拓宽、灵敏度范围扩大），能给出直观、真实、多层次、多内容的可视图像信息。图像传感器的类型按感光波长：可见光，红外可见光传感器将可见光作为被测量，并转化成输出信号的器件。特性1.暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光照度增强曾线性变化2.内置双敏感源，自动衰减近红外，光谱响应接近人眼函数曲线3.内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路，输出电流大，工作电压范围宽，温度稳定性好。4.可选光学纳米材料封装，可见光透过，紫外线截止、近红外相对衰减，增强了光学滤波效果。红外传感器红外传感器是一种以红外线为介质来完成测量功能的传感器。工作原理1)待测目标：根据其红外辐射特性来对红外系统进行设定2)大气衰减：待测物的红外辐射通过大气层时会受到多种物质的影响发生衰减现象3)光学接收器：用于接受部分红外辐射并将其传输至红外传感器4)辐射调制器：又称为调制盘或斩波器，用于将红外辐射调制成交变的形式以提供待测物的方位信息，并滤除干扰信号5)红外探测器：是红外系统的核心，用于探测红外辐射6)探测器制冷器：用于给系统制冷以提高工作效率7)信号处理系统：将信号进行放大、滤波等处理以提取所需信息并将有效信息输送至显示设备8)显示设备：是红外系统的终端设备，用于有效信息的显示按成像器件：CCD，CMOSCCD图像传感器（电荷耦合原件）从结构上可以分为两类：一类是用于获取线图像的，称为线阵CCD；另一类是用于获取面图像的，称为面阵CCD。（1）线阵CCD图像传感器对于线阵CCD，它可以直接接收一维光信息，而不能直接将二维图像转换为一维的电信号输出，为了得到整个二维图像的输出，就必须用行扫描的方法来实现。（2）面阵CCD图像传感器面阵CCD图像传感器的感光单元呈二维矩阵排列，能检测二维平面图像。由于传输与读出方式不同，面阵图像传感器有许多类型，常见的传输方式有行传输、帧传输和行间传输三种。CMOS传感器（金属氧化物半导体元件）CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特点，最近几年在宽动态、低照度方面发展迅速。CMOS即互补性金属氧化物半导体，主要是利用硅和锗两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能。CCD与CMOS的对比CCD提供很好的图像质量、抗噪能力和相机设计时的灵活性。尽管由于增加了外部电路使得系统的尺寸变大，复杂性提高，但在电路设计时可更加灵活，可以尽可能的提升CCD相机的某些特别关注的性能。CCD更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制不太严格的应用领域，如天文，高清晰度的医疗X光影像、和其他需要长时间曝光，对图像噪声要求严格的科学应用。CMOS是能应用当代大规模半导体集成电路生产工艺来生产的图像传感器，具有成品率高、集成度高、功耗小、价格低等特点。CMOS技术是世界上许多图像传感器半导体研发企业试图用来替代CCD的技术。经过多年的努力，作为图像传感器，CMOS已经克服早期的许多缺点，发展到了在图像品质方面可以与CCD技术较量的水平。CMOS的水平使它们更适合应用于要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量要求不是特别高的场合。按使用方式：单目，双目(立体)，全景单目视觉技术通过单个相机实现所有路面场景感知的技术。立体视觉技术从2个（或多个）视点观察同一景物，以获得在不同视角下的感知图像。通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差（即视差）来获取景物的三维信息。全景视觉技术全景摄像机是一款水平接近180度的全景监控设备，它采用三个高清720p摄像机进行采集，全景分辨率最高可以达到2800×720，后端采用高端图形工作站进行图像处理。1.2图像传感器的结构原理成像物镜将外界照明光照射下的(或自身发光的)景物成像在物镜的像面上（焦平面）,并形成二维空间的光强分布(光学图像)。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器称为图像传感器。图像传感器输出的一维时序信号经过放大和同步控制处理后，送给图像显示器，可以还原并显示二维光学图像。当然，图像传感器与图像显示器之间的信号传输与接收都要遵守一定的规则，这个规则被称为制式。1.2.1相机的结构和工作原理摄像头以隔行扫描的方式采样图像，当扫描到某点时，就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度对应的电压值，然后将此电压值通过视频信号端输出。具体而言（参见图1），摄像头连续地扫描图像上的一行，就输出一段连续的视频信号，该电压信号的高低起伏正反映了该行图像的灰度变化情况。当扫描完一行，视频信号端就输出一个低于最低视频信号电压的电平（如0.3V），并保持一段时间。这样相当于紧接着每行图像对应的电压信号之后会有一个电压“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脉冲，它是扫描换行的标志。然后扫描新的一行，如此下去，直到扫描完该场的信号，接着会出现一段场消隐信号。其中有若干个复合消隐脉冲（简称消隐脉冲），在这些消隐脉冲中，有一个消隐脉冲远宽于其他的消隐脉冲（即该消隐脉冲的持续时间远长于其他的消隐脉冲的持续时间），该消隐脉冲又称为场同步脉冲，标志着新的一场的到来。摄像头每秒扫描25帧图像，每帧又分奇、偶两场，故每秒扫描50场图像。图11.2.2双目视觉结构和工作原理立体视觉系统由左右两部摄像机组成。如右所示，图中分别以下标L和r标注左、右摄像机的相应参数。世界空间中一点A(X，Y，Z)在左右摄像机的成像面CL和CR上的像点分别为al(ul，vl)和ar(ur，vr)。这两个像点是世界空间中同一个对象点A的像，称为“共轭点”。知道了这两个共轭像点，分别作它们与各自相机的光心Ol和Or的连线，即投影线alOl和arOr，它们的交点即为世界空间中的对象点A(X，Y，Z)。这就是立体视觉的基本原理。1.2.3全景视觉中的相机布置和图像处理要求对于无人驾驶平台的应用，一般采用鱼眼镜头相机成像和折反射全景成像这两种成像技术。采用鱼眼镜头相机成像，需要安装两个鱼眼镜头相机，一个捕捉车辆前方180°视场范围的视觉信息，一个捕获车辆后方180°视场范围的视觉信息，从而达到全景视觉效果。1.2.4红外相机的结构和成像特点红外遥感是指借助对红外线敏感的探测器，不直接接触物体，来记录物体对红外线的辐射、反射、散射等信息，通过分析，揭示出物体的特征及其变化的科学技术。红外遥感技术中能获得图像信息的仪器有：使用红外线胶片的照相机，具有红外摄影功能的数码相机，热像仪等。虽然它们都利用红外线工作，但成像原理和所成的图像的物理意义有很大的区别。红外摄影通常指利用红外线胶片和数码相机进行的摄影；前者属于光学摄影类，后者属于光电摄影类。2.激光雷达技术2.1激光雷达概述雷达属于主动传感器，即雷达对物体的感知信息来源于自身，而摄像机作为被动传感器则是被动接受外界环境中物体的信息，因此相对于