FLIR造可擴展熱像儀助自動駕駛汽車騰飛

高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛汽車（AV）的出現(xiàn)將徹底改變未來人們的出行和運輸方式，為社會提供更大程度的行動自由。同時，這項技術(shù)將通過消除人為失誤與日益加劇的分心駕駛所帶來的威脅，來提升安全性并降低事故率。據(jù)麥姆斯咨詢報道，目前每年因車禍造成的傷亡人數(shù)超過100萬，而人為失誤是造成這些事故的主要原因，不難看出汽車行業(yè)正在競相創(chuàng)造這項革命性技術(shù)。從本質(zhì)上講，自動駕駛汽車技術(shù)意味著人類作為方向盤后的決策者將被取代，但要確保在所有條件和駕駛場景下的安全行駛，仍存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。與此同時，汽車工程師們正在努力開發(fā)一套賦能ADAS的傳感器，可使自動緊急制動（AEB）等任務隨時隨地都有效。為了實現(xiàn)這一愿景，工程師和設計師們意識到：目前沒有一種萬能的傳感器可以提供安全的駕駛。相反，一套互為補充的傳感器系統(tǒng)可以通過提供關(guān)鍵信息和冗余度來優(yōu)化駕駛性能，從而始終確保安全。隨著汽車領域多種傳感器技術(shù)和可靠的計算機智能以前所未有的速度發(fā)展，我們都應該努力確保自動駕駛汽車比人類駕駛汽車更安全。

SAE的自動駕駛分級

自動駕駛對熱傳感器的迫切需求美國汽車工程師學會（SAE）將L3級定義為：該級別自動駕駛汽車能夠檢測周圍環(huán)境，并為自身做出明智決策。另外，如果自動化水平達到L4級和L5級，汽車就幾乎不需要人類的關(guān)注。能否大規(guī)模應用L3級及以上級別自動駕駛汽車取決于：價格合理的傳感器技術(shù)、處理輸入傳感器數(shù)據(jù)所需的計算能力以及執(zhí)行駕駛命令所需的人工智能，這些命令可在真實環(huán)境中保證駕駛的安全可靠。如今，ADAS和自動駕駛汽車傳感器技術(shù)主要包括攝像頭、超聲波傳感器、雷達和激光雷達（LiDAR）。

原始設備制造商（OEM）與諸多汽車行業(yè)公司目前正在尋求，比現(xiàn)有傳感器具備更高安全水平且更寬廣運行域的傳感器。熱成像技術(shù)目前正受到人們的關(guān)注，因為這項技術(shù)可為可見光相機創(chuàng)建一個冗余成像系統(tǒng)，以提升各類駕駛場景下的性能。對于自動駕駛來說，非常需要使用熱像儀，否則在極具挑戰(zhàn)的照明條件、夜間駕駛、眩目光照、雜亂的城市環(huán)境以及惡劣天氣（如雨、霧和雪）等情況中還將很難實現(xiàn)。熱成像利用了所有物體均可輻射熱能的事實，消除了成像對可見光源的依賴（對于熱像儀來說，白天和夜間駕駛成像幾乎沒有區(qū)別）。公路及附近的一切物體都在發(fā)射、反射和傳播熱或長波紅外（LWIR）能量。利用這種額外的電磁波譜帶將大幅提升交通安全性，遠超只有兩只眼睛和耳朵的人類所擁有的感知能力。

FLIR熱傳感器可在炫目光照下清晰地看清路面情況

根據(jù)所使用的鏡頭和相應的視場，熱傳感器不僅可以在黑暗中探測和分類物體，還可穿透太陽強光和大多數(shù)霧氣進行探測和分類，探測距離超過普通大燈照射距離的四倍。熱像儀尤其擅于探測人體（生物）、無生命物體與背景雜波干擾之間的差異，可作為探測區(qū)分行人、寵物與野生動物的基本技術(shù)。FLIR熱像儀對溫度差異非常敏感，精度可達0.05攝氏度。有了這種精確的靈敏度，VGA熱像儀（640 x 512像素）可以清晰地成像場景中的所有事物，特別是駕駛員絕對不想撞到的生物。這使得熱成像成為可顯著減少行人死亡率的關(guān)鍵技術(shù)；2016年美國交通死亡人數(shù)高達5987人，其中75%發(fā)生在夜間。

FLIR熱傳感器可遠距離分類行人，其探測距離是普通大燈照射距離的四倍

可見光相機與熱像儀的結(jié)合，將確保自動駕駛汽車比人類駕駛汽車更安全。這種互補型傳感器技術(shù)與現(xiàn)有的ADAS和自動駕駛汽車傳感器套件相結(jié)合，將通過改善態(tài)勢感知來幫助這些系統(tǒng)做出更好、更安全的決策。如果一輛缺少熱成像功能的無人駕駛出租車（Robo-taxi）出現(xiàn)在你家門口，你會乘坐這輛無人駕駛汽車嗎？我想我不會！

FLIR熱傳感器可清晰地區(qū)分人類與動物

熱像儀成本下降，將引領新興市場一種常見誤解是，熱傳感器主要應用于軍事領域，對于汽車集成來說過于昂貴。直到目前，一臺擁有VGA分辨率的熱像儀的價格都高達數(shù)千美元以上，這使得汽車市場無法大規(guī)模采用熱像儀。由于熱成像技術(shù)的進步（改進制造工藝、制造規(guī)模顯著增加），目前可以大規(guī)模生產(chǎn)用于SAE L2級及以上級別的經(jīng)濟型熱傳感器，且每臺價格僅需幾百美元。熱像儀的重要組件包括傳感器（微測輻射熱計）、透鏡、電子器件和外殼。影響制造投入的因素主要包括硅晶圓、代工成本和良率。從根本上說，熱成像傳感器的制造和硅基計算芯片類似?？捎每偝杀境钥射N售芯片的數(shù)量來計算每個傳感器的成本。不幸的是，與可見光相機不同，紅外圖像傳感器不遵循摩爾定律。這是因為隨著像素的縮小并接近要探測的波段時（LWIR傳感器探測8~14微米波長的輻射），由于性能權(quán)衡的制約，熱像儀傳感器的像素大小是受限制的?？梢姽庀鄼C的像素大小通常是1~3微米，而熱像儀的像素不會比它們所感知到的光波小很多（8~14微米）。因此，同等分辨率的熱像儀將比可見光相機更昂貴。然而，熱像儀憑借其特殊的對比度，無需百萬像素的分辨率就可提供出色的分類性能。據(jù)麥姆斯咨詢介紹，在過去的十年中，F(xiàn)LIR已經(jīng)將LWIR熱像儀的像素幾何尺寸從50 x 50微米縮小到12 x 12微米，面積減少了83%。除了這一點，再加上晶圓級封裝、生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及制造工藝的優(yōu)化，使得FLIR能夠在熱成像傳感器市場上實現(xiàn)最低成本（參考下圖）。

全球平均終端用戶價格與熱像儀市場規(guī)模的相關(guān)分析圖

FLIR對小像素設計與良率的持續(xù)改進，以及預期產(chǎn)量的顯著增加，有望進一步降低成本。根據(jù)目前的發(fā)展計劃，未來幾年預計還可將成本再縮減兩倍左右。這與OEM對激光雷達系統(tǒng)降低10倍的目標成本相比較來說，熱像儀的成本優(yōu)勢顯著。SAE L2級和L3級自動駕駛汽車大規(guī)模采用熱像儀預計將從2022年或2023年開始，至2030年期間的年增長率將達到200%~300%。隨著改進計劃的實施與汽車制造規(guī)模的擴大，熱像儀將成為ADAS和自動駕駛汽車傳感器套件中的經(jīng)濟型組件，適于大規(guī)模OEM使用。利用數(shù)據(jù)和機器學習，促進汽車全行業(yè)的熱像儀集成在快速發(fā)展的自動駕駛技術(shù)領域，對于訓練和部署可使車輛在各類條件下安全駕駛的功能硬件來說，數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。經(jīng)驗豐富的OEM和數(shù)十家科技公司正競相為自動駕駛汽車配備用于收集必要數(shù)據(jù)的傳感器，以訓練各種目標分類，并測試各自系統(tǒng)。為了簡化熱成像的集成，F(xiàn)LIR在2018年初推出了汽車開發(fā)工具包（FLIR ADK）。除FLIR ADK硬件外，F(xiàn)LIR還為開發(fā)人員提供了包含14000多張帶注釋的熱成像圖的免費起始數(shù)據(jù)集。開發(fā)人員可以熟悉熱成像圖，并開始訓練ADAS和自動駕駛汽車計算機系統(tǒng)對熱成像數(shù)據(jù)執(zhí)行分類和分析。

FLIR的免費熱成像圖起始數(shù)據(jù)集，開發(fā)人員可用其做算法訓練

在未來幾年至幾十年中，汽車市場將發(fā)生翻天覆地的變化，即將到來的技術(shù)變革將超越手機的普及。然而，目前ADAS和自動駕駛汽車市場仍處于早期開發(fā)階段，很難準確地預測我們交通方式發(fā)生重大改變的準確時間；但隨著汽車工業(yè)向SAE L3級（條件自動化）、L4級（高水平自動化）、L5級（完全自動化）的發(fā)展，很顯然，熱傳感器將需要更高性能的ADAS和自動駕駛平臺。隨著在ADAS和自動駕駛汽車中加入熱像儀，世界將變得更加安全、行人和動物的死亡率將減少、車禍也將減少，L3 - L5級自動駕駛汽車的能力將得到擴展。

FLIR ADK是一款即時可用、IP-67級熱像儀，配備USB接口和直觀的圖形用戶界面（GUI）