長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)機(jī)器一直依賴(lài)各種傳感器來(lái)執(zhí)行其目標(biāo)任務(wù)并獲得所需的性能和可靠性。傳感器融合提供了一種更全面的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果，并在這些應(yīng)用和其他應(yīng)用中做出適當(dāng)?shù)臎Q策，并提供其他好處。實(shí)際上，傳感器融合是數(shù)據(jù)融合的一個(gè)子類(lèi)別，也稱(chēng)為多感官數(shù)據(jù)融合或傳感器-數(shù)據(jù)融合。

在人工智能領(lǐng)域，傳感器融合，以及大型語(yǔ)言模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)，以及高帶寬內(nèi)存（HBM）等其他使能技術(shù)繼續(xù)快速發(fā)展。隨著這些技術(shù)的每一次進(jìn)步，可以更好地利用單個(gè)傳感器類(lèi)型的固有優(yōu)勢(shì)，并克服或至少避免其弱點(diǎn)。例如，在機(jī)器感知方面，激光雷達(dá)可以準(zhǔn)確檢測(cè)物體，但它不具備攝像頭或雷達(dá)傳感的范圍或經(jīng)濟(jì)性。相機(jī)很容易被灰塵、陽(yáng)光、雨、雪或黑暗弄瞎。雷達(dá)無(wú)法讀取標(biāo)志或觀察不同顏色的光。

傳感器融合的各種設(shè)計(jì)方法包括：

• 中心化與去中心化

• 不同級(jí)別的抽象

• 不同的融合級(jí)別

• 傳感器融合范式（統(tǒng)計(jì)、概率或基于知識(shí)）

• 融合時(shí)間（晚或早）

傳感器融合對(duì)自主機(jī)器的好處

在自主機(jī)器中，傳感器融合在動(dòng)態(tài)環(huán)境中提供冗余、更高的準(zhǔn)確性、更好的分辨率和魯棒性。然而，添加更多傳感器意味著添加更多必須實(shí)時(shí)適當(dāng)管理的數(shù)據(jù)。這需要合適的軟件將傳感器的輸出融合在一起。

圖 1.傳感器的正確選擇必須伴隨著軟件的正確選擇，才能實(shí)現(xiàn)傳感器融合的承諾優(yōu)勢(shì)。（圖片：傳感器融合)

通過(guò)正確設(shè)計(jì)/選擇信號(hào)處理算法，可以最大限度地減少單個(gè)傳感器的噪聲、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和其他不確定性。此外，還可以實(shí)現(xiàn)傳感器輸入的容錯(cuò)。通過(guò)觀察一個(gè)傳感器的輸出與其他傳感器的輸出不一致來(lái)識(shí)別傳感器故障，為使用傳感器融合提供了額外的優(yōu)勢(shì)和理由。

實(shí)際用例

 通過(guò)傳感器融合，一些現(xiàn)代用例要么變得實(shí)用，要么得到大幅改進(jìn)。示例包括自動(dòng)駕駛汽車(chē)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等。

例如，在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中，激光雷達(dá)、雷達(dá)和光學(xué)傳感（攝像頭）的傳感器融合是其發(fā)展中最重要的三種傳感器技術(shù)。實(shí)施它們的最終目標(biāo)是重現(xiàn)人類(lèi)可靠判斷的能力，能夠根據(jù)傳感器的信息和從以前的經(jīng)驗(yàn)中吸取的教訓(xùn)來(lái)做出瞬間決策。

在全電動(dòng)捷豹 I-Pace SUV 中，每個(gè)可見(jiàn)的安裝位置都有多個(gè)傳感器。為了始終如一地獲得所需信息量，Waymo 工程師得出結(jié)論，單一類(lèi)型的傳感器無(wú)法在所有作條件下提供足夠的細(xì)節(jié)。

自主移動(dòng)機(jī)器人、固定機(jī)器人、空中機(jī)器人和海洋機(jī)器人都使用傳感器融合。對(duì)于機(jī)器人作，精確的三維輸入使機(jī)器人能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)不斷變化的條件。高分辨率測(cè)繪對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)的安全高效移動(dòng)至關(guān)重要，特別是在協(xié)作機(jī)器人（在人類(lèi)附近作甚至與人類(lèi)交互的協(xié)作機(jī)器人）情況下，以降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)并優(yōu)化工作流程效率。

雖然單個(gè)無(wú)人機(jī)可以使用傳感器融合，但當(dāng)該技術(shù)用于創(chuàng)建使用大量空中無(wú)人機(jī)作為協(xié)調(diào)、智能的集體而不是單個(gè)單位發(fā)揮作用時(shí)，該技術(shù)會(huì)變得更加令人印象深刻。