來源 | 巫婆塔里的工程師@知乎

自動駕駛系統(tǒng)包括環(huán)境感知和定位，行為預測和規(guī)劃控制。作為自動駕駛感知算法工程師，我這里就只說說環(huán)境感知方面需要的知識吧。

下面是我在自動駕駛感知專欄中的一篇概述文章，專欄里也包含了各個子領域的介紹性文章。

1 前言

本專欄主要關注自動駕駛中的環(huán)境感知任務，內容包括感知技術的起源，現(xiàn)狀以及最新的發(fā)展趨勢。感知任務大多涉及算法設計，因此專欄的介紹也以算法為主線，特別是深度學習的算法。此外也會涉及一些數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)測試，算法部署以及量產(chǎn)感知系統(tǒng)的分析。

自動駕駛中的環(huán)境感知包含了自動駕駛和環(huán)境感知兩個概念。首先，什么是自動駕駛呢？下面是維基百科上對自動駕駛汽車的定義。

自動駕駛汽車，又稱無人駕駛車、電腦駕駛車、無人車、自駕車，為一種需要駕駛員輔助或者完全不需操控的車輛。作為自動化載具，自動駕駛汽車可以不需要人類操作即能感測其環(huán)境及導航。

上述定義里有幾個關鍵詞。首先是 汽車，我們這里所說的自動駕駛技術涉及的是汽車，而不是飛機火車之類的交通工具。其次是 感知環(huán)境和導航，也就是說自動駕駛汽車可以自主的采集和理解周邊環(huán)境信息，并根據(jù)設定的目的地進行決策和行進。最后是 需要駕駛員輔助或者完全不需操控，這里涉及到自動駕駛系統(tǒng)的分級，是一個非常重要的概念，下面稍微展開說一下。

自動駕駛技術不是從0到1的質變，而是一個漸變迭代的過程。關于自動駕駛系統(tǒng)的分級，目前最常用的標準是由SAE（美國汽車工程師學會）制定的。不同機構制定的標準會略有不同，但是基本的概念是一致的。下表對L0（人工駕駛）到L5（完全自動駕駛）六個級別進行了總結。 這些定義可能有些難懂，但是與車輛上不同的功能結合起來就容易理解了。比如說，汽車中現(xiàn)在標配的防抱死制動系統(tǒng)（ABS）和車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）就都屬于L1級別。此外，定速巡航、自適應巡航（ACC）以及車道保持輔助 （LKA）也屬于L1級別的范疇，因為它們只能在一個方向上（橫向或縱向）操控車輛。如果同時實現(xiàn)了 ACC和LKA，那么這輛車就來到了L2級別。對于L2及其以下級別的系統(tǒng)來說，車輛的駕駛員都需要監(jiān)控周圍環(huán)境并隨時做好接管的準備。這一點非常關鍵，這也是很多L2級別的車輛出現(xiàn)交通事故的主要原因，也就是駕駛員對系統(tǒng)期望過高，在駕駛過程中沒有時刻保持對周邊環(huán)境的關注。如果一個車輛配備了某種Pilot系統(tǒng)，比如Traffic Jam Pilot，那么就達到了L3級別。這就意味著，在某些特定的場景下（比如高速公路，堵車等），駕駛員不需要時刻監(jiān)控當前路況，可以松手，松腳，松眼，只需要在系統(tǒng)提示時接管車輛即可。在這種限定的情況下，駕駛員已經(jīng)成為了乘客。對于L4級別的系統(tǒng)，目前只存在于演示車輛中。我們平時看到的諸如“某廠家的車輛在某道路上實現(xiàn)了XX小時無人工接管的自動行駛”，這都屬于L4級別的范疇，與L3最大的區(qū)別是不需要人工接管了，在限定場景下可以實現(xiàn)車輛的完全自主行駛。L5級別就是把“限定場景”這個條件也去掉了。這個級別的車輛最大的特點就是沒有方向盤了，所有人都是乘客，車輛的所有操控權都屬于系統(tǒng)。

了解了自動駕駛是什么以后，我們再來看看自動駕駛系統(tǒng)是怎么實現(xiàn)的。一般來說， 自動駕駛系統(tǒng)包含感知，決策和控制這三個主要模塊。粗略來說，這三個模塊對應生物系統(tǒng)的眼睛，大腦和四肢。感知系統(tǒng)（眼睛）負責了解周圍障礙物和道路的信息，決策系統(tǒng)（大腦）根據(jù)周圍的環(huán)境以及設定的目標決定下一步需要執(zhí)行的動作，而控制系統(tǒng)（四肢）則負責執(zhí)行這些動作，比如轉向，加速，剎車等。進一步來說， 感知系統(tǒng)里又包括了環(huán)境感知和車輛定位兩個任務。環(huán)境感知負責檢測各種移動和靜止的障礙物（比如車輛，行人，建筑物等），以及收集道路上的各種信息（比如可行駛區(qū)域，車道線，交通標志，紅綠燈等），這里需要用到的主要是各種傳感器（比如攝像頭，激光雷達，毫米波雷達等）。車輛定位則根據(jù)環(huán)境感知得到的信息來確定車輛在環(huán)境中所處位置，這里需要高精度地圖，以及慣性導航（IMU）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的輔助。