李健
无人驾驶汽车原理浅述
无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内的以计算机系统为主
的智能驾驶仪来实现无人驾驶。
无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智
能汽车。
无人驾驶汽车图片
它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，
控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。
集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和
智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和
国民经济领域具有广阔的应用前景 。
概念概述
Google无人驾驶汽车的原理
第二代谷歌无人第二代谷歌无人车车是基于雷克是基于雷克萨萨斯斯RX 450HRX 450H混合混合动动力力SUVSUV改造的改造的
激 光 发 射 器
雷 达
摄 像 头
处 理 器
2
3
4
1
Google无人驾驶汽车的原理
车顶车顶有一个巨大的激光有一个巨大的激光传传感器感器
Google无人驾驶汽车的原理
激光发射器是Google car中最为昂贵的器材，
它可以一边旋转一边不间断的发射64束射程可
达120m的激光束并接受，根据接受到的时间差
别，计算出物体与汽车的距离，从而绘制出周
围的3D地形图，发射与接受的频率十分迅捷，
几乎达到实时传送，综合数据可以得到物体形
状大小运动轨迹。
Google无人驾驶汽车的原理
无人无人车车““眼眼””中的道路情况中的道路情况
Google无人驾驶汽车的原理
一个一个雷达雷达传传感器感器
Google无人驾驶汽车的原理
车载雷达可以弥补激光发射器的一
些盲点，可以准确得到汽车运行的
相对速度。
Google无人驾驶汽车的原理
后后视镜视镜前前还还有一个有一个带摄带摄像像头头的的传传感器感器
Google无人驾驶汽车的原理
Google car拥有两个摄像头，两者保持着一
定的距离，如同人类的双眼视差，可以帮
助汽车确定自己的位置以及行进速度，摄
像头有激光发射器不可替代的作用，可以
辨识道路上的信号灯与信号标示，保证自
身运行遵循交通规则。
Google无人驾驶汽车的原理
收集的数据通收集的数据通过过数据数据线传线传到到处处理器理器进进行分析行分析
Google无人驾驶汽车的原理
处理器会整合上述所有的传感器，所有数据流与
Google地图整合后形成一幅实时周边地形图。
Google无人驾驶汽车的原理
经过车载处经过车载处理器理器处处理理过过世界的世界的样样子，粉色代表与行子，粉色代表与行驶驶路路线线不会相交不会相交
的物体，的物体，绿绿色代表阻色代表阻挡挡在路在路线线上的物体上的物体
国内对无人驾驶汽车的研究
国防科技大学自主研制
的红旗 H Q 3无人车
1
红旗HQ3无人驾驶轿车不仅环境识别速度快，适应性强，能实
时处理岔道、斑马线和虚线；对车体姿态变动，自然光照变化
及树木、路桥阴影都具有较强的自适应力。而且拥有较强的命
令执行系统，能够忠实地执行“大脑”发出的各种控制命令，
在高速公路上，最高速度已达到150公里 /小时。目前，该系
统已实现了小型化并和原车很好地融为了一体，在车厢内根本
看不到自主驾驶系统的其它任何部件，并保持了车厢的原来风
格。红旗HQ3无人（自主）驾驶系统已获得了进一步提升和应
用，这标志着该产品已向实用化方向迈出了一大步。2011年7
月14日首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶
试验
百度无人驾驶汽车
2
百度无人驾驶汽车可自动识别交通指示牌和行车信息，具备雷
达、相机、全球卫星导航等电子设施，并安装同步传感器。车
主只要向导航系统输入目的地，汽车即可自动行驶，前往目的
地。在行驶过程中，汽车会通过传感设备上传路况信息，在大
量数据基础上进行实时定位分析，从而判断行驶方向和速度，
百度无人驾驶车国内首次实现城市、环路及高速道路混合路况
下的全自动驾驶。
中外路线差异
技术路线不同：谷歌的无人驾驶汽车走的是基于导航技
术的路线，投入很高，也有很多创新技术的应用。而国
防科技大学的无人驾驶汽车HQ3，其“大脑”是藏在后备
厢里的计算机设备，车辆没有GPS等导航设备，完全是利
用自身的“环境传感器” 来识别道路标线，进而依靠车
载的智能行为决策和控制系统，实现正常汇入高速公路
的密 集车流中自主驾驶。估计中国的无人驾驶技术路线
未来将会与国外逐渐趋同。 研发主体不同：欧美无人驾
驶技术多为信息和汽车行业推动，中国的无人驾驶研发
主体多为高校和国防单位。虽然中国车企已经和高校联
合，提前投入到智能辅助驾驶系统的研发中，但作为终
极技术的无人驾驶，目前只有个别主流车企开始研发。
无人驾驶汽车产业化瓶颈
一般无人驾驶汽车使用的激光扫描仪无法穿越固体障碍物，
如果有行人突然出现在车道上，扫描仪是无法及时检测的。无
人驾驶汽车不仅需要留意周边的其他车辆，还必须能够检测到
周围的路人、车道、停止线、交通标识、交通灯等等一系列因
素；也需要有预测诸如目前行驶的车 道是否会在几百米之外
终止、 前方道路上是否有停泊车辆等问题的能力。此外，当
路面上有积雪 时，无人驾驶汽车经常会面临无法“看清”道
路标志及其他线索的难题，而电脑必须利用这些信息才能进行
正确的定位。
解决方法概述
参考一些国内关于计算机视觉导航的研究，研究方向主要可以从此入手。
1）基础矩阵是对来自同一景物的两幅未标定的图像进行分析的基本工具，而对于基础矩
阵的估计是诸如摄像机标定，运动分析等视觉应用的第一步。似然估计的最优修正来初
始LM算法，最终给出基础矩阵的解，并选取模拟图像与真实图像分别对不同的算法进行
仿真对比实验，结果表明所给出的改进算法具有更高的精度与效率。
2)在视觉导航系统中，对目标的运动分析需要获得测量误差的具体描述，而在成像过程
当中，计算机视觉的传感器存在三类不同性质的误差：首先是光学系统的非线性畸变，
这可在摄像机标定过程中事先校正；其次是图像噪声，它主要影响特征检测的定位精度；
最后是由于传感器数字图像的空间量化效应带来的特征像素定位误差。
3)对于视觉导航系统，可以采用极线几何约束来求解航天器的位置和姿态，然而该方法
的求解精度及稳定性不高。建立了视觉导航系统的滤波模型，将中心差分卡尔曼滤波算
法应用到视觉导航系统中，并将该算法与极线几何约束的结果进行了仿真分析比较，结
果表明该算法具有更高的精度和稳定性，能够很好的估计航天器的相对位置与姿态信息。
参考文献
1.基于计算机视觉技术的无人机自动导航研究_陶琨
2.月球车导航中计算机视觉的应用_胡智勇
3.计算机视觉导航综述_吴琳
4.基于计算机视觉的相对导航运动估计研究_孟琳
5.基于计算机视觉的机器人导航综述_吴晓明
6.基于计算机视觉辅助的组合导航系统_白亮
7.基于计算机视觉的智能小车定位导航系统研制_吕磊
8.无人驾驶汽车的发展现状和展望_杨帆
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