姓名：高岩 学号：13020199025
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【嵌牛导读】：随着自动驾驶发展势如破竹，环境感知技术将快速发展。虽然传感器仅仅是自动驾驶汽车的一部分，但是依托自动驾驶汽车市场的巨大体量，汽车传感器市场前景十分广阔。
【嵌牛鼻子】：无人驾驶，传感器，摄像头
【嵌牛提问】：人工智能与传感器的关系；我们的生活是否可以离开传感器？
【嵌牛正文】：
随着交通拥堵日益加剧，催生了高级驾驶辅助系统 (ADAS) 系统以及无人驾驶，这就需要汽车对周围的环境了如指掌，因为车辆接管了汽车部分甚至是全部的控制权，所以此时汽车便要依靠安装在汽车上各种各样的传感器协同工作，保证行车安全。
一、全球传感器市场分析
市场规模分析
目前来看，企业应用于自动驾驶汽车的传感器主要有以下几种：图像传感器（摄像头）、超声波雷达、激光雷达以及毫米波雷达。当前最先进的智能汽车采用了 17 个传感器（仅指应用于自动驾驶功能），预计 2030年将达到 29 个传感器。
二、车载摄像头：摄像头产业的下一蓝海
因为自动驾驶汽车单车需要更多摄像头，因此给摄像头产业带来数倍市场空间。车道偏离预警（LDW）、前向碰撞预警（FCW）、交通标志识别（TSR）、 车道保持辅助（LKA）、行人碰撞预警（PCW）、全景泊车（SVP）、驾驶员疲劳预警等众多功能都可借助摄像头实现，有的功能甚至只能通过摄像头实现，通过优化算法可以实现更多的功能。
摄像头在无人驾驶遇到的难题包括：
对于极端恶劣的天气情况会有失效的可能；
距离小于长距雷达，在测距上缺乏优势；
更多的应用需要更强的处理芯片；
高画质视频产生的数据流需要更高速数据传输手段（应用以太网、LVDS等）带来成本上升。
特斯拉从一辆白色拖挂车底下穿过事故为例：
2 0 1 6年5 月 7 日下午 3 点Joshua开着一辆特斯拉 Model S 行驶于美国佛罗里达州高速公路上，正面撞上了一辆 18 轮大卡车的侧面，他当场死亡。
从上图来分析，特斯拉汽车的摄像头是因为白色拖挂汽车拐弯，导致其遮挡了视线，同时也有强光的原因导致摄像头致盲。如下图，摄像头致盲效果。强光或者是大面积遮挡物都会影响到前视摄像头的图像识别。
1.全套ADAS功能单车将安装6个以上摄像头
根据不同ADAS功能的需要，摄像头的安装位置也有不同。主要分为前视、后视、侧视以及内置。实现自动驾驶时全套ADAS功能将安装6个以上摄像头，也带来了车载摄像头传感器巨大的市场空间。
2.车载摄像头价格持续走低，未来单车多摄像头将成为趋势。
摄像头成本相对低廉，价格也从 2010 年的 300 多元持续走低，到 2014 年单个摄像头价格已降低至 200 元左右。相对于车载雷达等传感器价格更加低廉，易于普及应用。 特斯拉 Autopilot 2.0 的硬件系统中就包含 8 个摄像头，未来单车多摄像头将成为趋势。
无人驾驶汽车前视摄像头使用频率最高，单一摄像头可实现多重功能。 通过算法开发优化，单一前视摄像头可以实现多重功能，如行车记录、车道偏离预警、前向碰撞预警、行人识别等。未来也有望通过算法整合，实现更多 ADAS 功能。前视摄像头一般为广角镜头，安装在车内后视镜上或者前挡风玻璃上较高的位置，以实现较远的有效距离。 特斯拉 Autopilot 2.0 的硬件系统中有 3 个前视摄像头，分别为正常、长焦、广角摄像头， 3 个摄像头可覆盖更远距离和更宽的视野范围，探测精准度还安全性将大大提高。特斯拉的这种做法也有望被后来者效仿。
3.侧视摄像头代替后视镜将成为趋势。
由于后视镜的范围有限，当另一辆在斜后方的车位于这个范围之外就“隐身”，这个范围之外的部分就叫做盲区。因为盲区的存在，大大增加了交通事故发生的几率。而在车辆两侧加装侧视摄像头可以基本覆盖盲区，当有车辆进入盲区时，就有自动提醒驾驶员注意，这就是盲区监测系统。
汽车后视镜盲区
4.全景泊车系统调用车身周围多个摄像头，助泊车开启“上帝视角”。
全景泊车系统通过安装在车身周围的多个超广角摄像头，同时采集车辆四周的影像，经过图像处理单元矫正和拼接之后，形成一副车辆四周的全景俯视图，实时传送至中控台的显示设备上。驾驶员坐在车中即可以“上帝视角”直观地看到车辆所处的位置以及车辆周报的障碍物，从容操纵泊车入位或通过复杂路面，有效减少刮蹭、碰撞等事故的发生。
5.车载摄像头应用广和成本低的特性，将成为未来汽车智能化中使用最多的传感器。
行业相关政策也同时驱动着车载摄像头的发展。美国国家公路交通安全局要求 2018年5月1日以后生产的所有轻型车辆必须安装倒车后视摄像头。多家咨询机构都对未来全球车载摄像头的市场需求做了测算。HIS测算车载摄像头全球出货量将从2014年2800万枚增长至2020年的8270万枚。StrategyAnalytic预测2020年车载摄像头需求量将突破1.1亿颗，平均每辆车装配1颗以上。
6.摄像头的快速成长带动产业链中其他环节的直接受益
车载摄像头市场预测（下图）
车载摄像头的快速成长将带动产业链中其他环节的直接受益，摄像头主要组成部分是镜头、CMOS传感器、模组组装及其他部件。2014年摄像头整体的市场规模约为201亿美元，其中模组约为77亿元，CMOS约为72.5亿元，分别占了摄像头产业价值的30%。
车载镜头模组实物图（左下图）/车载镜头模组参与企业（右下图）
（1）镜头厂商：镜头作为车载摄像头的核心原件，其品质由焦距、视场角、光圈、畸变、相对照度、分辨率等指标进行衡量。根据全球知名的调研机构TSR发布的调查报告显示，在全球镜头厂商的出货中，位列第一是仍然是大立光学，2014年出货902196KPS，占比31.5%,2015年出货1102376KPS,占比34.5%,排名第二的舜宇光学占比9.4%。而在车载摄像头市场，舜宇光学的镜头出货量则是全球第一，市场占有率达到30%左右，是市场绝对的龙头。据产业调研了解，对于安全等级更高的前置ADAS摄像头，舜宇光学的市占率超过一半。
（2）CMOS传感器：CMOS传感器是车载摄像头的感光元件，与同类的CCD感光元件相比，CMOS以牺牲画质，来降低传感器生产成本和功耗，广泛用于摄像头领域。CMOS成本和光敏上的优势成为车载摄像头的主流。车载摄像头CMOS最主要的两个指标是光敏度和动态性。1）高光感能力使图像即便在较暗环境下仍然能有效识别出不同物体；2）高动态范围能在亮度差别极大的环境下识别亮部和暗部的景物。
整体市场上CMOS市场不管在总体上还是车载方面都是寡头竞争的局面，Sony、OmniVision和Samsung近70%的市场，索尼常年占据市场占有率第一的龙头位置。但索尼的CMOS优势是在静态下品质更高，而车载摄像头CMOS对动态要求更高，车载CMOS市占率较高的是Aptina和OmniVision。国内在芯片端一直是短板，目前格科微、思比科等CMOS设计公司在快速崛起。CMOS封装企业晶方科技、长信科技，以及芯片制造企业中芯国际在也将在车载CMOS需求量大幅上升的背景下获得新的增长点，其中晶方科技目前已经成为Ominivision的封装企业，受益较大。
摄像头整体CMOS市场份额（左下图）/车载摄像头CMOS市场份额（右下图）
（3）模组组装商主要为手机摄像头模组封装制造，市场集中度较低，市占率最高的Sunny约为8.3%。手机摄像头模组组装的特性为劳动密集型，消费级电子的进入壁垒较低，目前竞争较为激烈，整体毛利率约为13%。车载摄像头的模组是比工业级更高的车载级安全要求，工艺壁垒较高。国内目前从事车载摄像头的企业主要为台湾同致电子、深圳豪恩、厦门辉创、苏州智华等，主要提供后视和环视的摄像头。欧菲光目前已全面进入车载摄像头模组制造中。
三、雷达：测距测速必不可少的传感器
雷达通过发射声波或者电磁波对目标物体进行照射并接收其回波，由此获得目标物体的距离、距离变化率（径向速度）、大小、方位等信息。雷达最先应用于军事中，后来逐渐民用化。随着汽车智能化的发展趋势，雷达开始出现在汽车上，主要用于测距、测速等功能。汽车雷达可分为超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达等，不同雷达的原理不尽相同，性能特点也各有优势，可用于实现不同的功能。
（1）超声波雷达
超声波雷达是利用传感器内的超声波发生器产生 40KHz的超声波，再由接收探头接收经障碍物反射回来的超声波，根据超声波反射接收的时间差计算与障碍物之间的距离。超声波雷达成本较低，探测距离近精度高，且不受光线条件的影响，因此常用于泊车系统中。
自动泊车功能离不开超声波雷达。 宝马 i 系列和 7 系列已经支持使用车钥匙遥控汽车自动泊车，在操作过程中用户只需要发出前进或后退两个指示，汽车就会持续使用超声波传感器检测车位和障碍物，自动操作方向盘和制动器，实现自动泊车。大众第三代超声波半自动泊车系统，泊车辅助系统通常使用 6-12 个超声波雷达，车后部的 4 个短距超声波雷达负责探测倒车时与障碍物之间的距离，一侧的长距超声波雷达负责探测停车位空间。
（2）激光雷达： 功能强大 成本大幅降低可期
激光雷达是军转民的高精度雷达技术。 激光雷达的应用一开始主要为军事领域，受到了各国军事部门的极大关注。相比普通雷达，激光雷达可提供高分辨率的辐射强度几何图像、距离图像、速度图像。按用途和功能划分，有跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、水下激光雷达等，可适应不同战场环境。在民用领域中，激光雷达因其在测距测速、三维建模等领域的优越性能也被广泛应用。
激光雷达性能精良，是无人驾驶的最佳技术路线。 激光雷达相对于其他自动驾驶传感器具有非常优越的性能：
1）分辨率高。 激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常激光雷达的角分辨率不低于 0.1mard 也就是说可以分辨 3km 距离上相距 0.3m 的两个目标，并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达 0.1m；速度分辨率能达到 10m/s 以内。如此高的距离、速度分辨率意味着激光雷达可以利用多普勒成像技术获得非常清晰的图像。
2）精度高。 激光直线传播、方向性好、光束非常窄，弥散性非常低，因此激光雷达的精度很高。
3）抗有源干扰能力强。 与微波、毫米波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强。
激光雷达可以分为一维激光雷达、二维激光雷达、三维激光扫描仪、三维激光雷达等。 其中一维激光雷达主要用于测距测速等，二维激光雷达主要用于轮廓测量、物体识别、区域监控等，三维激光雷达可以实现实时三维空间建模。
车载三维激光雷达一般安装在车顶，可以高速旋转，以获得周围空间的点云数据，从而实时绘制出车辆周边的三维空间地图；同时，激光雷达还可以测量出周边其他车辆在三个方向上的距离、 速度、加速度、角速度等信息，再结合 GPS 地图计算出车辆的位置，这些庞大丰富的数据信息传输给 ECU 分析处理后，以供车辆快速做出判断。
不同类型激光雷达的功能及应用场景
三维激光雷达逐渐发展为自动驾驶的标配。 三维激光雷达功能强大，是无人驾驶的最佳解决方案，从最早的谷歌豆荚车到层出不穷的车企测试案例，激光雷达已经逐渐发展为标配。不难发现，随着企业自动驾驶方案的选择和规划，车用激光雷达的商业化正悄然发生。
Velodyne 64 线激光雷达成为无人驾驶的标志性特征。 2012 年 5 月，谷歌改装版丰田普锐斯自动驾驶汽车在内华达州上路测试，出场时头顶转个不停的 Velodyne 64 线，很快就成了自动驾驶汽车的标志性特征。与此同时，谷歌对外宣布项目研究目标——实现无人驾驶并且量产。从正面看，拆解后的 Velodyne 64 线整个激光收发器可以视为上下两部分，每部分都有三个并排透镜，两侧透镜是激光发射处，中间是接收处。转到产品背后会发现，两侧凸镜后各有 16 个一组的二极管，中间透镜对应 32 个接收器，可以把光信号变成电信号。
Velodyne 64 线激光雷达解剖图
在保证质量的前提下，成本的降低将反推智能驾驶的产业进程。 激光雷达凭借其超高精准度，被认为是无人驾驶的必然选择； 2016 年以来，激光雷达巨头 Velodyne 与 Quanergy纷纷表态未来其激光雷达成本将大幅度降低，以此来满足无人驾驶汽车量产的需要。
Velodyne 车用激光雷达产品未来有望将成本控制在 200 美元以内。Velodyne 的激光雷达输出的是原始数据，需要经过二次处理，以 64 线激光雷达，每秒的点云数据量是 130 万，这需要桌面级显卡支持才能流畅工作。而桌面级显卡字眼需要昂贵的显存和散热设计，而且价格昂贵，高达 7 万美元。
（1）激光雷达三大厂商
无人驾驶给激光雷达民用开拓了全新的市场，而激光雷达的核心技术主要掌握在Velodyne、 Ibeo 和 Quanergy 三家企业手中。
1）Velodyne：并不提供算法产品，而是向车企输出激光雷达原始数据。 Velodyne 是一家硅谷公司，在参加了两届 DARPA 无人驾驶汽车挑战赛后，于 2007 年开始专注研究激光雷达，用一款 Velodyne 64 线激光雷达产品进入 360° 高性能激光雷达领域。于是就有了2011 年谷歌无人驾驶汽车在湾区测试时，吸引人们目光的“大花盆”。
Velodyne 目前已经量产销售的激光雷达有三款，分别是 HDL-64E(64 线 )、
HDL-32E(32 线)、 VLP-16(16 线)。除了谷歌、百度、 Uber 等无人驾驶汽车使用 64线产品，一些车企在车上使用 32 线和 16 线产品测试。例如 2016 年 1 月 CES 上，福特就展示了安装 velodyne HDL-32 的混动版蒙迪欧自动驾驶研究车。荷兰 NAVYA的两部全自动驾驶 ARMA 公交穿梭车测试了 VLP-16 和 HDL-32，最后选用了 32 线。
为了满足车企把激光雷达隐蔽安装到车身的要求， Velodyne 带来了一款专为车企设计的小体积激光雷达。 32 线产品的体积过大，小体积 16 线产品线数不足，采集的信息颗粒粗糙，对软件运算端负担太大。因此 1 月借由福特公布的 Solid-State Hybrid Ultra PuckTM Auto，线数增加到 32 线，但是体积和原 16 线一致。
Velodyne32 线新款固态混合超级冰球传感范围为 200 米，可以满足车企 ADAS 和全自动驾驶需要， 2025 年成本将控制在 200 美元以内。目前供给车企的 Pack1.5 投放寿命为 6-8 个月，车企测试后 Velodyne 会根据反馈重新调整设计。明年初推出改良后的 pack2.0 进行第二轮测试，在 2018 年初或年中推出 pack3.0 作为正式商用版本。公司对这款产品 2020 年目标量产定价为每个 500 美元， 2025 年将成本控制在 200美元以内。
2） Ibeo：与 Velodyne 不同， Ibeo 的产品包括了硬件和软件在内的整套解决方案。 成立于 1998 年的公司， 2000 年被传感器制造商 Sick AG 收购。 2000 年至 2008 年研发了激光扫描技术、并且开始了若干自动驾驶项目的尝试。公司和欧洲委员会共同研发了十字路口安全的驾驶辅助产品，在全球范围售卖。 2009 年公司脱离 Sick AG 独立， 2010 年和法雷奥合作开始量产可用于汽车的产品 ScaLa。
目前已有的 Ibeo 全自动驾驶测试车上，常用的多点布局组合是 miniLUX 和 LUX 两款产品。LUX 有 4 线和 8 线两款， 8 线在垂直方向增加了 4 条激光光束，获得信息较 4 线产品更加丰富。两款产品可以用在高速公路自动驾驶和城市自动驾驶，功能上可用于 ACC和行人检测，利用多回声技术适应不同天气的需要，绘制车辆周围 360° 的环境图景。miniLUX 主要用来检测车侧和车后障碍。用于车辆侧面时，主要可以在转向时用作侧面保护，车道变更时的盲点监测，以及复杂的自动停车。用于车后，可以作为全 3D泊车支持和车尾传感器。
Ibeo 已经成熟的产品 ScaLa B2 是与法雷奥合作的一款 4 线激光雷达，一般用于汽车紧急制动时的核心检测传感器。去年搭载法雷奥 Cruise4U 系统的半自动驾驶汽车完成了环法路试。车上就搭载了与 Ibeo 合作量产的 ScaLa， ScaLa 被嵌入了这辆大众车的前脸保险杠，用来取代毫米波雷达做 AEB(自动刹车系统)中的测距模块。
3） Quanergy：激光雷达领域的新晋创业公司。 2014 年 5 月，获得来自三星电子风险投资，特斯拉创始人及清华企业家协会天使基金的种子投资。 2014 年 12 月，完成 3000 万美元的 A 轮融资。 2015 年 Quanergy 得到了德尔福的战略投资。德尔福收购了 Quanergy部分股权，两家公司的工程师正在努力研发 Lidar 系统。 Quanergy 负责技术开发，德尔福有可能负责产生。
2014 年 9 月第一款产品 M8-1 投入使用，已经应用在奔驰，现代等公司的实验车型上面，在路试过程中为软件模块积累经验。当时 M8-1 的单个标价是 1,000 美元。为了覆盖车身周围的全部区域，用于展示的奔驰车一共安装了 3 个样品，两个位于车顶，一个位于车头前方。
2016CES 上， Quanergy 展示了新产品 S3，大小接近名片盒。官方公布的信息并不多， 8 线激光雷达，探测距离 10cm-150m，扫描频率 30Hz。据介绍，新产品只需在车辆前后对角线各装一个，就能覆盖 360 度视域范围，未来售价有望减至 100 刀。
（3）国产毫米波汽车雷达将爆发
毫米波是指波长在 1mm 到 10mm 之间的电磁波，波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。毫米波雷达在导弹制导、目标监视和截获、炮火控制和跟踪、高速通信、卫星遥感等领域都有广泛的应用。近些年，随着毫米波雷达技术水平的提升和成本的下降，毫米波雷达开始应用于汽车领域。
不同波长雷达的应用场景
国内外主流汽车毫米波雷达频段为24GHz（用于短中距离雷达，15-30米）和77GHz（用于长距离雷达，100-200米）。24Ghz的波长虽超过了1cm，有12.5mm长，一般这个波长附近的雷达叫微波雷达，也叫做毫米波雷达。24Ghz雷达和77Ghz相比，直线性差一些，但周围的金属物也是能够检测出来的。参照这样的特性，车辆周围的车辆检测使用24Ghz，前方车辆检测使用77GHz。
（1）毫米波雷达优势：结构简单、价格便宜、体积小巧成本适中，可以分辨出障碍物的大小和距离，并能识别行人低成本，夜间不受影响测距精度高，方向性强，响应快，不受地面杂波影响不受天气情况和夜间影响，可以探测远距离物体（100米以上）。
（2）毫米波雷达劣势是会受到天气和温度变化影响，最大测量距离只有几米和人眼一样 会受到视野的影响，也会受到恶劣天气影响会受到天气条件限制，只能探测近距离物体，难以识别行人成本很高，不能全天候工作，遇浓雾、雨天气无法工作成本较高，行人的反射波较弱，难以探测。
（3） 77GHz毫米波雷达关键技术主要由国外电子公司掌控。毫米波雷达系统主要包括天线、收发模块、信号处理模块，而 MMIC芯片和天线 PCB 板是毫米波雷达的硬件核心。目前毫米波雷达关键技术主要被 Bosch、Continental、 Denso、 Autoliv 等零部件巨头垄断，特别是 77GHz 产品技术只有 Bosch、Continental、Denso、Delphi 等少数几家公司掌握。Bosch 的所有的车载雷达都采用 77GHz的频率，预计 2016 年将出产第一千万个 77GHz 毫米波雷达。 Continental 的雷达产品较全面，其中主力产品是 24GHz。
低成本 CMOS 解决方案有望加快市场开启。 目前 77GHz 毫米波雷达系统单价大约在 250欧元左右，高昂的价格限制了毫米波雷达的车载化应用。毫米波雷达的收发器芯片普遍使用 SiGe 双极型晶体管等特殊半导体，但是随着半导体技术的进步，被广泛用于数字电路且成本相对较低的 CMOS，也可被用于毫米波电路。
（3）车载毫米波雷达国产化大潮将至
在汽车主动安全领域，汽车毫米波雷达传感器因为能够全天候工作，不受光线、雾霾、沙尘暴等恶劣天气的影响，已成为业界公认的主流选择，拥有巨大的市场需求，因而也是汽车电子厂商当前的主要研发方向。
根据国内产业机构调查，国内2014年汽车毫米波雷达销量约为120万颗，2015年约为180万颗。主要应用为盲点检测和后方车辆提醒的中短距雷达（24Ghz），每车需要两颗。
到2020年，如果中国汽车销售量中有15%装配汽车毫米波雷达的话，按每辆车装配2 个，预计2020年的毫米波雷达需求量近900万个，未来五年复合增速约为50%。
车载毫米波雷达国产化在即， 24GHz 产品技术已获突破， 77GHz 产品正加紧研发。 前端单片微波集成电路（MMIC）是毫米波雷达的关键部件， MMIC 技术主要被国外零部件巨头垄断，国内在此领域尚处于起步阶段。但国内部分公司经过几年的研发， 24GHz 车载雷达技术已获得突破，产品即将问世。 77GHz 产品的研制由于受到国外的技术封锁，目前大多还处于研发试验阶段。我们预计，随着智能汽车行业的快速发展，将开启对毫米波雷达的大量需求，国内相关公司将加速研发， 77GHz 产品有望在未来三年内实现国产化。
可见，在未来的自动驾驶传感器中，国内厂商需要加倍努力。