熱像儀在自動駕駛汽車中的應用

熱像儀成為ADAS和自動駕駛生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的一員，僅僅只是時間問題。隨著熱像儀成本穩(wěn)步下降，這一天的到來只會提前而不會推遲。據(jù)麥姆斯咨詢報道，先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛汽車（AV）平臺必須為所有駕駛條件做好準備。道路情況復雜且不可預測，汽車配備的有效智能傳感器系統(tǒng)不僅能量產(chǎn)，而且具有收集和解釋大量信息的能力，才能確?？刂栖囕v的人工智能每次都做出正確決策。然而，目前世界各地測試道路上部署的自動駕駛傳感器技術無法完全滿足SAE（美國汽車工程師學會）定義的L3級及以上級別車輛的安全要求。完全安全的ADAS和AV平臺需要傳感器提供足以用于探測和分類算法的場景數(shù)據(jù)，才能滿足L5級對自動導航提出的所有要求。這對工程師和開發(fā)人員來說非常具有挑戰(zhàn)性。

SAE的自動駕駛分級

可見光攝像頭、聲納和雷達目前已用于L2級量產(chǎn)車輛，激光雷達（LiDAR）已成為L3級和L4級自動駕駛測試平臺的重要成員，但這還不夠?，F(xiàn)有技術還無法在所有條件下探測到道路的所有重要數(shù)據(jù)，也無法提供確保絕對安全所需的冗余數(shù)據(jù)。

熱像儀或是被忽視的重要傳感器去年，Uber公司在亞利桑那州發(fā)生的事故表明AV系統(tǒng)在各種條件下“看到”行人并做出反應面臨極大的挑戰(zhàn)。無論是在黑暗的鄉(xiāng)間小路，還是在道路錯綜復雜的城市，特別是在大霧或晴天炫光等惡劣天氣。在這些不常見但真實存在的場景中，熱像儀卻能夠?qū)h處的潛在危險進行最有效地快速識別和分類，以幫助車輛做出相應的反應。對于可見光攝像頭來講，在光線不足、夜間駕駛、晴天眩光和惡劣天氣時進行分類具有挑戰(zhàn)性。由于熱像儀探測的電磁波波長比可見光攝像頭長，該技術不會出現(xiàn)在夜間或白天無法探測并可靠分類潛在道路危險的問題，即使是道路前方200多米外的車輛、行人、自行車騎行者、動物和其他物體也能明察秋毫。

在亞利桑那州坦佩市進行的Uber事故再現(xiàn)中，一臺大視場角FLIR ADK對280英尺外的行人進行分類，是剎車距離的兩倍此外，熱像儀為可見光攝像頭、激光雷達或雷達系統(tǒng)提供冗余但獨立的數(shù)據(jù)。例如，來自行人的雷達或激光雷達信號可被附近車輛的競爭信號或雜亂環(huán)境中的其他物體掩蔽。如果行人在兩輛車之間穿過或被樹葉部分遮擋，則幾乎探測不到來自行人的反射信號，反饋回來的數(shù)據(jù)會讓負責通知車輛運動的智能系統(tǒng)“凌亂”。相形之下，熱像儀則能夠通過與周圍環(huán)境對比，穿透遮擋區(qū)探測到人或動物的熱量。這種獨特的優(yōu)勢，輔以機器學習分類技術，使人或動物能夠從背景中分離出來，從而保證車輛正常行駛。

應用在ADAS和AV平臺的傳感器系統(tǒng)

熱像儀不僅僅是“夜視”低光條件下的可見光攝像頭也就是大眾所談及的“近紅外”攝像頭，需要一些可見光才能運行，而熱像儀則不同。通常，可見光攝像頭需要紅外LED照亮前方區(qū)域。雖然這對于長達165英尺（50米）的距離有效，大致相當于典型車輛前燈的光照范圍，但極大地限制了典型乘用車完全停止、防止事故所需的反應時間。

熱像儀對熱量的感知能力可提高車輛對遮擋物后方行人的分類能力

FLIR為自動駕駛帶來實惠好用的熱像儀L3級及以上自動駕駛車輛能否大規(guī)模投放路面，對傳感技術價格敏感，也對傳感器處理數(shù)據(jù)的計算能力以及執(zhí)行驅(qū)動命令所需的人工智能有所要求，在現(xiàn)實世界才能提供安全可靠的運輸。對熱成像傳感器常見的誤解是：具有軍事背景的熱成像傳感器集成到量產(chǎn)汽車，太昂貴了！隨著熱成像技術的進步，制造技術的改進和產(chǎn)量的提高，為L2級及更高級別自動駕駛汽車提供價格合理的量產(chǎn)熱成像傳感器不再是天方夜譚。FLIR Systems公司（簡稱：FLIR）推出的Lepton熱像儀，僅在過去幾年就生產(chǎn)了近200萬臺，已經(jīng)解決了量產(chǎn)問題。FLIR已取得的經(jīng)驗對提高熱像儀產(chǎn)量意義重大。此外，F(xiàn)LIR還通過Tier 1汽車供應商提供超過50萬臺車用熱像儀，主要用于豪華型汽車的夜間探測系統(tǒng)。直到最近，數(shù)千美元的熱像儀分辨率可達到VGA或更高，這也是ADAS和AV場景所需的基本分辨率?，F(xiàn)在，隨著產(chǎn)量提高和技術改進，價格會降低一個數(shù)量級。對更小像素的設計和良率的持續(xù)改進，有望進一步降低成本。根據(jù)目前的研發(fā)計劃，預計在未來幾年內(nèi)成本將降低50%。相比整車廠商對激光雷達系統(tǒng)提出降價90%才能滿足成本目標來說，熱像儀的成本優(yōu)勢是明顯的。

全球熱像儀銷量和平均終端價格預測（由Maxtech提供）

L2級和L3級自動駕駛汽車大量采用熱像儀預計會出現(xiàn)在2022年或2023年，之后至2030年每年的增長率將達到200%-300%。隨著按改進計劃進行的措施和汽車制造規(guī)模的擴大，熱像儀將成為ADAS和AV平臺經(jīng)濟實惠的選擇。使用熱像儀的準入門檻將不斷降低為了使ADAS開發(fā)人員能夠快速理解熱像儀集成在傳感器套件中的優(yōu)勢，F(xiàn)LIR的OEM部門最近發(fā)布了免費的開源機器學習熱像數(shù)據(jù)集（點擊此處）。該數(shù)據(jù)集匯集了白天和夜間場景下行人、汽車、其他車輛、自行車和狗的14000多張注釋熱圖像，使開發(fā)人員方便測試和設計卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）。利用數(shù)據(jù)集，他們可以快速感受到熱探測帶來的全面、冗余系統(tǒng)優(yōu)勢。

FLIR提供免費開源熱像數(shù)據(jù)集

熱像儀的獨特能力可以提高L1-L5級自動駕駛汽車的安全性。熱像儀在自動駕駛汽車的大規(guī)模采用已成定勢，讓我們翹首以盼這一天的早日到來！