本章节从环境感知的三个二级技术分支出发，分析视觉传感器、雷达传感器、多模态融合传感器在全球的专利申请趋势、各国技术分布情况及创新实力。
其中，专利申请趋势分析指该二级技术分支在近十年间全球的专利申请情况；各国技术分布情况指世界范围内，该二级技术分支专利申请专利数量排名前十的国家，以及该二级技术分支下分的三级技术分支在这些国家的专利申请情况；创新实力排名指该二级技术分支在全球范围内排名前十的创新主体专利申请情况。
1、视觉传感器专利申请趋势分析
4-1-1 视觉传感器专利申请趋势
由图4-1-1可知，视觉传感器在近十年的研发热度持续上升，在2019年达到顶峰773件，这与图像识别技术近年来的飞速发展密不可分，但是，随着视觉传感器在自动驾驶中存在一定技术瓶颈，单一依靠视觉传感器的自动驾驶存在一定的安全问题，因此在近两年的研发创新有所下降，专利申请量也随之下滑。
2、视觉传感器各国技术分布情况
4-1-2 视觉传感器各国技术分布
视觉传感器主要有五个技术分支，分别是图像读取、数据处理及相关算法，基于视觉的智能驾驶系统，视觉传感器部件及电路，图像通信和基于视觉的测距方法。由图4-1-2可知，视觉传感器的研发主要集中在图像读取、数据处理及相关算法，基于视觉的智能驾驶控制系统，视觉传感器部件及电路这三个方面。基于神经网络的图像处理技术让视觉传感器的识别精度达到了新的高度，以中国、日本、美国、韩国、德国为首的神经网络技术发展较为领先的国家在视觉传感器领域申请的专利数量也较多。
图像读取、数据处理及相关算法方面，专利数量排名前三的国家分别是中国、日本和美国，专利数量分别为1782件、325件和318件，我国在这一领域专利数量遥遥领先，主要涉及车道判断、障碍物判断、交通场景识别、动态物体识别以及行动轨迹预测等技术的创新和改进。
基于视觉的智能驾驶控制系统方面，专利数量排名前三的国家分别是日本、中国和韩国，专利数量分别是310件、261件和229件，相关专利技术主要涉及到风险预警、三维环境地图、盲区预警等方面。
视觉传感器部件及电路方面，专利数量排名前三的国家分别是中国、日本和美国，专利数量分别为496件、439件和172件。主要涉及了行为监视装置、图像捕获装置、以及多种摄像头的改进。
综上所述，图像处理、数据读取及相关算法是视觉传感器领域的创新热点，这与神经网络的发展密不可分。而基于视觉的测距方法和图像通信是视觉传感器研发的薄弱环节，这也是造成依靠视觉的自动驾驶出现安全问题的主要原因。我国在视觉传感器领域的技术创新具有极大的优势，特别是在图像读取、数据处理及相关算法方面的专利数量领先世界其他各国较多；在基于视觉的测距方法和图像通信这两个薄弱环节需要加大研发投入，增强视觉传感器的安全性。
3、视觉传感器创新实力分析
4-1-3 视觉传感器创新主体排名
图4-1-3为视觉传感器领域的全球创新主体排名。由图可知，在视觉传感器领域专利数量排名前三的企业分别是现代、电装和丰田，专利数量分别为207件、203件和178件。在专利数量排名前十的企业中，来自德国和日本的企业均为3家，来自美国的企业有2家，来自韩国和加拿大的企业分别为1家。
由此可见，在视觉传感器领域，德国和日本有实力的创新主体较多，其次是美国。我国在视觉传感器领域还未有实力较强的创新主体，因此要加强在本领域的创新投入。
1、雷达传感器专利申请趋势分析
4-2-1 雷达传感器全球申请趋势
雷达传感器的专利申请量在近十年，特别是2015年-2020年，呈现出平稳上升的趋势，并在2020年达到峰值2845件，其专利数量总数也远超于视觉传感器和多模态融合传感器。雷达传感器在自动驾驶中起到了重要的作用，在障碍物测距、碰撞预警、车辆路径规划以及辅助驾驶方面都有广泛的应用。因此，随着自动驾驶的功能需求的不断增多，雷达传感器的研发投入也不断增大，相关专利数量也呈现出持续上升的趋势。
2、雷达传感器各国技术分布情况
4-2-2雷达传感器各国技术分布图
雷达传感器主要分为激光雷达传感器、超声波雷达传感器和毫米波雷达传感器。在雷达传感器方面专利数量排名前五的国家分别是中国、美国、德国、日本和韩国，这些国家在涉及自动驾驶的相关技术领域均处于世界前列。
激光雷达传感器方面，专利申请数量排名前五的国家分别是美国、中国、德国、日本和韩国，专利数量分别为4202件、3049件、1672件、766件和562件，中美在激光雷达传感器方面的创新优势较为明显。专利主要涉及的技术点有雷达测距、雷达防撞、雷达引导等方面。国内外的研究自动驾驶研究路线主要集中在激光雷达方面，因此其专利数量也是最多的。
毫米波雷达方面，专利申请数量排名前五的国家分别是中国、日本、美国、德国和韩国，专利申请数量分别是3008件、1075件、858件、641件和195件，我国在此技术分支的专利数量远超于其他国家。在环境感知中常作为辅助传感器使用，专利主要涉及环视探测、雷达点云数据识别、动态目标探测等方面。
超声波雷达方面排名前三的国家分别是中国、德国和日本，专利数量分别是573件、84件和54件。超声波雷达主要应用于防碰撞预警，相较于前两种雷达，超声波雷达的适用范围较小，因此相关技术的创新也较少，但我国在超声波雷达技术的相关专利数量远高于世界其他各国，具有极大优势。
综上所述，我国在雷达传感器方面，特别是在毫米波雷达和超声波雷达方面，具有较强的创新实力，在加强研发投入的同时，也要注重将科研成果产业化。在激光雷达方面，专利数量与美国相比有一定差距，可以继续增强研发力度。激光雷达和毫米波雷达作为环境感知技术的研发热点，各个国家在这两个方面均有较多创新成果，我国在研发的同时也要注意其他国家的技术研发发展。
3、雷达传感器创新实力分析
4-2-3 雷达传感器全球创新主体排名
图4-2-3为雷达传感器领域的全球创新主体排名。由图可知，排名前三的创新主体分别为博世，英飞凌和慧摩，专利数量分别为631件、371件和342件。在排名前十的创新主体中，来自德国、中国和日本的分别有三家，来自美国的企业有1家。
此外，值得一提的是，慧摩（Waymo LLC）是Alphbet在中国注册的全资子公司，公司基于Google实验室研发无人驾驶领域的软件及传感器，其专利数量排名世界第三，远超同为中国企业的华为和大疆科技，一定程度上反应了国外企业对于中国无人驾驶领域市场的重视。
在雷达传感器领域，德国、中国和日本的研发创新实力较强。中国企业中，雷达传感器方面进入世界前十的企业均为科技公司，没有汽车制造企业，可见汽车制造企业在此方面也要加大研发力度。
1、多模态融合传感器专利申请趋势分析
4-3-1 多模态融合传感器申请趋势图
多模态融合传感器的专利申请数量相对较少，在近十年的专利申请量整体呈现出上升趋势。在2018年-2020年间，多模态融合传感器的专利申请数量增长幅度较大，在2020年申请量达到峰值，有1399件。由于单一依靠视觉的传感器在安全性方面存在问题，但基于雷达的传感器成本较高，因此在自动驾驶技术趋于完善，由研发转向商用的大环境下，同时考虑技术效果和成本，多模态融合传感器在环境感知方面具有技术优势，具有良好的发展前景。
2、多模态融合传感器各国技术分布情况
4-3-2 多模态融合传感器各国技术分布图
由图4-3-2可知，美国、中国、日本、德国和韩国在多模态融合传感器的技术研发总体创新实力较强，而在多模态融合传感器的三个技术分支中，多模态智能驾驶控制系统和多模态数据处理算法及系统中的技术创新较多，多模态传感器部件方面的相关技术专利数量较少。
在多模态智能驾驶控制系统中，专利数量排名前三的国家分别是美国、日本和中国，专利数量分别为1077件、816件和671件。多模态智能驾驶控制系统的研发主要涉及结合视觉传感器和雷达传感器两种模态的智能驾驶控制系统和辅助驾驶控制系统两个技术方向。
在多模态数据处理及算法中，专利数量排名前三的国家分别为美国、中国和德国，专利数量分别为970件、611件和215件。相关专利主要涉及两种模态的数据获取和数据处理，以及传感器融合系统等方面。
在多模态传感器部件方面，申请量排名前三的国家分别是中国、美国和日本，专利数量分别是247件、233件和149件。专利主要涉及了传感器系统部件，传感器信息获取部件以及信息结果展示部件等技术点。
综上所述，我国在多模态融合传感器技术分支的创新实力处于世界前列，但是相较于美国还有较大的提升空间，在智能驾驶控制系统方面可以加强研发力度，通过政策支持、校企合作等方式增强创新成果的产出。
3、多模态融合传感器创新实力分析
4-3-3 多模态传感器全球创新主体排名
图4-3-3为多模态传感器的全球创新主体排名。如图所示，全球专利数量排名前三的企业分别为本田、英伟达和通用汽车，专利数量分别为774件、534件和225件。在排名前十的企业中来自美国的企业有4家，来自日本和韩国的企业分别有2家，来自中国和德国的企业分别有一家。
多模态传感器技术的发展与计算机技术以及神经网络密不可分，在排名前十的企业中，来自美国的英伟达、高通和辉达均为科技公司，这三家来自美国的企业的研发创新都集中在环境感知的软件方面，特别是辉达的专利集中在多模态神经网络在自动驾驶环境感知方向的创新和优化。而来自中国的华为也在多模态软件方面有大量的创新。
由此可见，多模态传感器技术越来越受到创新主体的重视，相关研究成果也不断产出，而中国企业还需在此方面加强研发，在技术竞争中掌握话语权。
