傳統的汽車，由于是人為控制，對外界環境的感知、認知以及對汽車的控制都是由駕駛員來完成。或者一些稍微高級的汽車，配有高級輔助駕駛，可由駕駛員和輔助駕駛系統配合著完成這些“任務”。但對于自動駕駛和無人駕駛汽車，因為是車輛本身占據了汽車部分甚至是全部的控制權，此時便要依靠安裝在汽車上各種各樣的傳感器協同工作，保證行車安全。

目前來看，企業應用于自動駕駛汽車的傳感器主要有以下幾種：圖像傳感器、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達以及生物傳感器。它們依據各自不同的產品屬性，在自動駕駛汽車行駛過程中各主不同的功能，以保證自動駕駛汽車的正常運行。本文將帶大家認識目前自動駕駛汽車上幾種主要的傳感器。

圖像傳感器

圖像傳感器又叫感光元件，是一種可以將光學圖像轉換成電子信號的設備，在自動駕駛汽車上屬于基礎部件一類，獲取圖像時，前期需與數字攝像頭結合使用，后期則需要圖像數據處理系統的支持，方能為汽車提供直觀、真實的可視圖像信息。其具體工作原理為：

物體在外界照明光的照射下，經成像物鏡成像，形成二維光強分布的光學圖像，再通過圖像傳感器轉換成電子信號。之后，這些電子信號經圖像數據處理系統的放大和同步控制處理，發送給圖像顯示器，便可以看到物體的二維光學圖像，從而為自動駕駛汽車提供準確的駕駛環境信息。

攝像頭中的圖像傳感器

圖像傳感器的工作原理

在汽車領域，圖像傳感器主要應用在汽車視覺系統中，如倒車影像、前視、俯視、全景泊車影像、車鏡取代、行車記錄儀、正向碰撞警告、車道偏離警告、交通信號識別、行人檢測、自適應巡航控制、盲點檢測及夜視等，以保證視覺系統在各種天氣、路況條件下，能夠清晰識別車道線、車輛、障礙物、交通標志等。

根據元件的不同，圖像傳感器可分為CCD、CMOS和CIS三種。早期，作為固態圖像傳感器，CCD由于有體積小、分辨率高、靈敏度高、圖像質量高等優勢，一直統領著圖像傳感器市場。不過，CCD高畫質背后也帶來了一些問題，譬如成本高，由此出現了成本更低、功耗更低的CMOS傳感器。

與CCD相比，CMOS具有讀取信息方式簡單、輸出信息速率快、耗電省、集成度高、價格低等特點，在推出后很快受到了多家知名廠商的青睞。并隨著技術的發展，CMOS不斷縮小與CCD的差距，現逐漸發展成市場的核心。

而另一種圖像傳感器CIS，則多用在掃描儀中，其景深、分辨率以及色彩表現目前都趕不上CCD感光器件。

激光雷達

激光雷達是目前自動駕駛汽車上應用最廣泛的傳感器之一，主要通過向目標物體發射激光束和接收從目標對象上反射回來的激光束來測算目標的位置、速度等特征量，感知車輛周圍環境，并形成精度高達厘米級的3D環境地圖，為下一步的車輛操控建立決策依據。

與其他汽車傳感器相比，激光雷達的優勢在于其探測范圍更廣，探測精度更高。但是，激光雷達的缺點也很明顯：在雨雪霧等極端天氣下性能較差，采集的數據量過大，十分昂貴。特別是激光雷達線束多少直接與測量精度有關，線束越多，測量越精準，但同時價格也越昂貴。

傳統機械式激光雷達

以Velodyne的產品為例，其64線束的激光雷達價格大約是16線束的10倍，而百度的無人駕駛汽車曾使用的一臺64位激光雷達，價值70萬余人民幣，非常昂貴，不僅一般的企業難以承受，搭載了這種激光雷達的自動駕駛汽車，也非一般人能消費得起的。因此，現在激光雷達領域的企業都在努力開發新產品、新技術，力爭使激光雷達朝著小型化、低成本化方向發展。其中，一個已經在試行的方法是固態激光雷達。

Quanergy S3固態激光雷達傳感器

所謂固態激光雷達即去除了機械式激光雷達里面的機械旋轉部件，采用電子方案來達到全范圍探測，而傳統的激光雷達則是通過機械旋轉達到全范圍探測，因此體積通常較大。

速騰聚創16線混合固態激光雷達RS－LiDAR

此外還有一種方法是混合固態激光雷達，介于固態激光雷達和機械式激光雷達兩者之間。從外觀上，混合固態激光雷達幾乎看不到傳統激光雷達的旋轉部件，但其實內部仍存在一些機械旋轉部件，只是這套機械旋轉部件做的非常小巧，并且藏在機身內部。

技術上來講，目前傳統激光雷達技術已經很成熟，而固態激光雷達和混合固態激光雷達尚處于起步階段，因此各企業當前在自動駕駛汽車使用的激光雷達，多以機械式激光雷達為主。而從整個激光雷達行業來看，高精度車載激光雷達產品生產商主要集中在國外，如美國的Velodyne、Quanegy，德國的IBEO，國內近幾年也開始出現一些專注于車載激光雷達的企業，以及一些從其他領域轉行而來的激光雷達企業，因看中自動駕駛汽車廣闊發展前景，紛紛投身車載激光雷達產品的研發，目前來看成果顯著。

毫米波雷達

同激光雷達一樣，毫米波雷達也是現在應用于自動駕駛汽車ADAS系統的一種主流傳感器。其波長介于厘米波和光波之間，波長短、頻帶寬，具有穿透霧、煙、灰塵的能力強，可全天候工作，體積小巧緊湊，識別精度高等優點，能幫助自動駕駛汽車準確地“看”到與附近車輛之間的距離，從而為司機提供變道輔助、自主控制車速、碰撞預警等幫助，提高駕駛舒適度，降低事故發生率。且價格方面，毫米波雷達單價遠低于激光雷達，是一種相對容易得到的傳感器技術。

目前特斯拉的主力車型上搭載的都是毫米波雷達

按照目前的主流分類，汽車毫米波雷達頻率主要包括77GHz和24GHz兩種，其中前者波長更短，探測距離更遠，因此多用于前方車輛檢測；而后者則通常用在車輛周圍的檢測，如盲點檢測。此外，也有一些其他頻段的毫米波雷達，如日本的60GHz以及臺灣使用的79GHz。

從整個毫米波雷達行業發展來看，無論系統還是器件，核心技術目前仍掌握在國外企業手中，如系統領域的博世、大陸、德爾福等，器件方面的飛思卡爾、英飛凌、意法半導體等。不過，近幾年國內也涌現出了一些毫米波雷達相關公司，加速了行業的發展。有專家認為，相對于攝像頭方面的激烈競爭，毫米波雷達更有創新性，潛在的市場空間更大，機會更多。特別是77GHz，未來有望成為毫米波雷達主流，而在國內，加快開發國產的77GHZ毫米波雷達芯片并盡快車載應用，將是我國汽車毫米波雷達產業的機遇。

超聲波雷達

在上圖特斯拉的Autopilot系統中，除使用到了毫米波雷達，其實還用到了超聲波雷達。據了解，在特斯拉裝備的自動駕駛輔助套件中，同時用到了攝像頭、超聲波雷達和毫米波雷達三種傳感器。其中，超聲波主要用于泊車測距、輔助剎車等，量程較短。

采用超聲波雷達測距時，超聲波發射器先向外面某一個方向發射出超聲波信號，在發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反射回來，超聲波接收器在收到反射波的時刻立即停止計時。計時器通過記錄時間，就可以測算出從發射點到障礙物之間的距離。

超聲波雷達在汽車上的應用

在倒車輔助過程中，超聲波傳感器通常需同控制器和顯示器結合使用，從而以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛安全性。

使用效果上，超聲波雷達穿透性強，測距的方法簡單，成本低。不過，由于超聲波是一種機械波，其使用效果會受傳播介質的影響，例如受天氣情況的影響，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。另外，當汽車高速行駛時，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距實時變化，誤差較大，影響測量精度。

生物傳感器

汽車科技的快速發展，讓汽車技術迭代加速，一些新的技術、產品也由此而生，如生物識別。所謂生物識別技術是指通過人類生物特征進行身份認證的一種技術，這些生物特征通常包括指紋識別、虹膜識別、視網膜識別、面部識別、DNA識別等具有唯一性的、可以測量或自動識別驗證、遺傳性或終身不變的特點。其中，指紋識別和面部識別目前已應用在自動駕駛汽車上，生物傳感器也由此得來。

生物傳感器是一種對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器，由于其感應對象是人體特征，而人體特征具有不可復制的唯一性，可以說比其他很多方法能更好地保證行車安全，同時還可解放駕駛者雙手、增加駕駛樂趣。

2017 CES上，大陸集團就推出了這么一項車載生物特征識別技術。據了解，通過該面部識別技術乘員可對座椅位置、后視鏡角度、音樂播放、溫度調節以及導航等多種車載功能進行個性化設置。且只有在駕駛員通過指紋傳感器完成身份驗證后，駕駛員才能啟動發動機，大大提升了車輛安全性。而除了大陸，博世、FCA集團的克萊斯勒也都有類似的技術。

小結：以上幾種傳感器都是目前自動駕駛系統研發過程中，應用比較廣泛的傳感器。從功能上來看，它們各有自己的優缺點，能分別從不同的方面保證自動駕駛汽車行車安全。不過，其中部分技術目前在國內尚不是很成熟，產品需要依賴進口，這就要求國內相關企業加速產品、技術研發，提升自身產品競爭力的同時，還可以推動國內自動駕駛汽車技術的快速發展。