熱成像技術在高級駕駛輔助系統(tǒng)中的應用

ADAS系統(tǒng)的出現(xiàn)將掀起旅行和公路運輸貨物的革命，同時提高駕駛安全性。它有望為所有年齡人群提供更大的活動自由度，并且能提高汽車運行的效率。同時，它能通過消除人為錯誤和分心而駕駛威脅，從而降低事故率。

自動駕駛系統(tǒng)采用數(shù)種方法，但是核心處理途徑是先檢測隨后對物體進行分類，以確定車輛應采取的一系列措施。如雷達和激光雷達系統(tǒng)能夠檢測道路上或道路周圍的物體，但如配有用于分類和識別物體的紅外熱像傳感器，讓您對自己的態(tài)勢感知信心滿滿。

在本篇文章中，我們將向您介紹 ADAS系統(tǒng)中配有紅外熱像傳感器的諸多優(yōu)勢：

據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，雷達和激光雷達通常用于物體檢測、距離測量和測繪應用，而紅外熱像技術對物體分類、速度標志和紅燈檢測必不可少。在ADAS傳感器套件中加入紅外熱成像技術可提升駕駛系統(tǒng)和態(tài)勢感知能力。

關于紅外熱成像技術

紅外熱成像傳感器可檢測從物體發(fā)出或反射的紅外能量的相對差異。輻射的紅外能量始終存在于我們周圍，這與可利用的可見光量沒有絲毫關系。熱成像遠不止是另一種類型的夜視技術，借助熱成像技術能夠觀測熱量，而不是光，因此全天24小時皆可使用。任何能產生熱量的物體都可通過紅外熱成像觀察到。人和動物都具有熱信號，可被紅外熱成像技術所捕捉到。紅外熱成像技術在軍事和執(zhí)法領域的應用已有數(shù)十年的歷史。同時，因紅外熱成像能夠透過煙霧進行監(jiān)控，還是是一款經證實可用于消防和人員搜救的工具。因為熱像儀的檢測能力與可用光無關，即使直接正對太陽或太陽尚在地平線上時也能清晰地進行觀測。即使空氣中有濃煙或煙霧，太陽處于盲角，熱像儀仍然能夠清晰地檢測到目標。得益于技術進步，使得用于商業(yè)和消費應用領域的熱像設備-紅外熱像儀尺寸更小、重量更輕盈、價格更為經濟實惠。由于紅外熱像儀非常適合檢測熱量差異，能夠暴露人或動物的行蹤，透過煙霧、灰塵或在漆黑環(huán)境中進行觀測，這使得一系列全新的應用（包括ADAS）成為可能。

熱傳感器不會因迎面而來的車頭燈而失去檢測能力，其能夠在漆黑環(huán)境中對人和動物進行檢測和分類。（上圖左側為可見光照明，右圖為紅外熱成像傳感器照明）

紅外熱成像與ADAS系統(tǒng)

紅外熱成像傳感器可在多種照明條件下檢測到人，并可感知每個車輛的位置、行駛方向、與其它車輛的相對速度。在各種復雜駕駛環(huán)境下，功能強大的熱傳感器都可檢測到熱量, 并與簡單的物體識別算法相結合，使其成為唯一能夠在復雜環(huán)境下對人和動物進行檢測和分類的裝置。

無人駕駛所面臨的挑戰(zhàn)

公路駕駛可能遇到高速行駛和停停走走的情況，因此ADAS系統(tǒng)需要在近距離或遠距離都可檢測車輛、及潛在危險。如在鄉(xiāng)村道路上駕駛，行駛速度較慢，但是在路途中撞到動物和遭遇其它自然災害的可能性更大。在美國，每年有超過100萬只鹿撞到行駛車輛，帶來幾十億美元的損失。

采用紅外熱像傳感器的ADAS系統(tǒng)使車輛能夠在夜間檢測到車頭燈光外的行人。

由于在較為欠發(fā)達的地區(qū)公路照明系統(tǒng)不完善，在農村等區(qū)域夜間行駛極其依賴車燈照明，加之農村道路不像公路那樣筆直和可預測，因此在較差照明條件下?lián)碛袕V域態(tài)勢感知能力是一項挑戰(zhàn)。

當然，在城市道路中，照明條件也會影響檢測危險的能力。在白天，太陽斜角及造成的陰影可能會隱藏行人，而在夜間行駛遇到迎面而來的車頭燈，這都會妨礙對行人和道路危險的檢測。

熱像儀不受炫光或低陽光角的影響，因此其在可見光相機無法檢測的情況下仍能夠識別行人。

熱像儀使ADAS系統(tǒng)能夠透過灰塵、煙霧和濃煙檢測人、動物和車輛。（上圖左側為可見光的圖像，右側為紅熱熱成像的圖像）

系統(tǒng)冗余

在選擇用于ADAS應用的傳感器套件時，冗余是一項關鍵需求。雖然每種類型的傳感器都有其優(yōu)缺點，但是它們優(yōu)勢互補的方式（即在特定條件下增強優(yōu)勢、補償不足)有助于設計師打造一款足夠穩(wěn)健的系統(tǒng)，以提供自動駕駛所要求的完整態(tài)勢感知。

就其本質而言，ADAS系統(tǒng)中的許多傳感器之所以能夠創(chuàng)造系統(tǒng)冗余僅僅是因為它們在不同的電磁波譜范圍內運行。如果激光雷達系統(tǒng)的接收裝置被泥土或灰塵擋住，雷達系統(tǒng)應該可作為備用系統(tǒng)使用。如果照明條件（炫光、夜間）導致可見光相機出現(xiàn)問題，那么熱像儀可用作備用系統(tǒng)。這樣便表明該ADAS是一個真正冗余的系統(tǒng)。

系統(tǒng)集成 - 成本、可靠性與封裝

更廣泛地采用自動駕駛解決方案，不但要求該解決方案在技術層面上安全可靠，而且要求具有信價比高的特點，且能很好地組裝到汽車中。

超聲波、雷達和可見光相機已廣泛采用；這些技術比較可靠，而且得益于規(guī)模經濟，其價格經濟實惠。此外，它們可以放置在擋風玻璃后面或裝在汽車保險杠內，可用于簡潔美觀的封裝解決方案。

至于激光雷達，現(xiàn)行系統(tǒng)通常價格高昂、不太穩(wěn)定，且難于美觀地集成到汽車中。由于激光雷達在ADAS應用中的極大潛力，目前正投入大量努力，以期打造尺寸更小的固態(tài)裝置，這樣就可以降低成本、提高穩(wěn)定性。

紅外熱像傳感器用于汽車夜視應用，以檢測行人和動物已有十余年歷史。經證實，其可靠性極強，但是由于探測器尺寸和相對較低的產出量，與其他傳感器相比，價格并不低廉。僅被用于奢侈品牌和豪華型汽車中。

但最近的技術發(fā)展使得熱成像技術的成本下降和尺寸減小。用于新款FLIR Boson紅外熱像鏡頭的全新12μm FLIR傳感器FLIR ADK套件便是一個很好的例子。其經濟劃算，并且能夠美觀地封裝到汽車中。

結論

自動駕駛系統(tǒng)需要部署一個穩(wěn)健、高性能和擁有足夠冗余的傳感器套件，以便在盡可能廣泛的駕駛環(huán)境中提供安全性。當前系統(tǒng)的主要不足之處是在昏暗的照明條件下對人和動物進行檢測和分類的能力較差。熱像熱成像是經驗證的技術，10余年來幫助廣大駕駛員將檢測能力拓展至遠光燈的五倍之多。

無論白天黑夜、透過煙塵和霧靄、還是經過迎面而來的炫目的車頭燈。同樣的熱成像技術是在雜亂不堪的環(huán)境中檢測行人、騎車者和動物的最佳傳感器解決方案，從而為ADAS集成系統(tǒng)提供作出準確的自動化解決方案所需的關鍵信息。此外，得益于近來成本下降和尺寸減小，紅外熱成像傳感器成為未來ADAS系統(tǒng)中必不可少的部件。