高級(jí)輔助駕駛（ADAS）和自動(dòng)駕駛汽車（AV）的出現(xiàn)將徹底改變未來(lái)的交通和運(yùn)輸方式，為人們提供更大的行動(dòng)自由。同時(shí)，該技術(shù)將通過(guò)消除人為錯(cuò)誤和分心駕駛來(lái)提高安全性，降低交通事故發(fā)生率。由于交通事故，每年有超過(guò)一百萬(wàn)的人員傷亡，而主要是人為錯(cuò)造成的，因此很容易理解業(yè)界為什么競(jìng)相推出這些革命性的技術(shù)。
自動(dòng)駕駛技術(shù)（AV）意味著人類將被替代為車輪后面的決策者，但是想要在所有環(huán)境和駕駛場(chǎng)景下確保安全，仍然存在很多技術(shù)挑戰(zhàn)。同時(shí)，汽車工程師正在努力開發(fā)一套支持ADAS的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）等隨時(shí)隨地有效的任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，工程師和設(shè)計(jì)人員認(rèn)識(shí)到，沒(méi)有一種通用型傳感器可以提供安全駕駛。相反，一套互補(bǔ)和正交傳感器可以提供關(guān)鍵信息和冗余來(lái)優(yōu)化駕駛性能，確保始終安全。隨著多種傳感器技術(shù)和可靠計(jì)算機(jī)智能化演進(jìn)到汽車上，我們努力確保自動(dòng)駕駛汽車比人類駕駛更安全。
圖1:自動(dòng)駕駛的SAE水平
熱傳感器的需求
汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）將自動(dòng)駕駛 level 3 定義為汽車可以檢測(cè)周圍的環(huán)境，并且自行作出明智的決策。除此以外，在自動(dòng)駕駛level 4和level 5階段，車輛幾乎不需要人為關(guān)注。汽車是否大規(guī)模采用level 3 及以上的自動(dòng)駕駛技術(shù)取決于經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的傳感器技術(shù)，處理傳感器數(shù)據(jù)需要的計(jì)算能力，以及執(zhí)行驅(qū)動(dòng)命令需要的人工智能，可在現(xiàn)有條件下提供安全可靠的運(yùn)輸。如今，ADAS和AV傳感器技術(shù)包括攝像頭、超聲波傳感器、雷達(dá)，以及光探測(cè)和測(cè)距（LIDAR）。
OEM和眾多與汽車相關(guān)的公司正在尋求更高的安全性，并擴(kuò)展運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域，這些現(xiàn)有的傳感器可以提供?，F(xiàn)在，熱力傳感器成像的使用受到關(guān)注，因?yàn)樵摷夹g(shù)將為可見(jiàn)成像儀創(chuàng)建冗余成像系統(tǒng)，提升各種駕駛場(chǎng)景的能力。
面對(duì)具有挑戰(zhàn)性的照明條件，比如：夜間駕駛，太陽(yáng)眩光閃爍、雜亂的城市環(huán)境以及惡劣的天氣（比如：雨、霧和雪），自動(dòng)駕駛汽車很難應(yīng)對(duì)，除非使用熱像儀。熱成像利用所有物體散發(fā)熱能的事實(shí)，消除對(duì)可見(jiàn)光源的依賴（對(duì)于熱成像儀來(lái)說(shuō)，白天和夜晚的駕駛看起來(lái)相同）。道路上或道路附近的物體會(huì)發(fā)射、反射和傳播熱波或長(zhǎng)波紅外（LWIR）能量。利用這一額外的電磁頻譜帶可以提升安全性，比駕駛員只憑借眼睛和耳朵來(lái)接收信息更安全。
根據(jù)所使用的鏡頭和相應(yīng)的視野，熱傳感器可以檢測(cè)并區(qū)分黑暗中的物體，并且穿透太陽(yáng)眩光和大霧的距離比傳統(tǒng)的前燈照射距離大四倍。熱成像儀特別擅長(zhǎng)檢測(cè)人體（生物）、無(wú)生命物體和背景雜波之間的差異，將它們區(qū)分為檢測(cè)行人、寵物和野生動(dòng)物的基本技術(shù)。FLIR紅外熱像儀對(duì)溫差很敏感，可以小到0.05攝氏度。通過(guò)這種精確的靈敏度，VGA熱像儀（640 x 512像素）可以清晰地顯示現(xiàn)場(chǎng)的所有物體，特別是生物。這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)可以減少行人死亡人數(shù); 2016年美國(guó)5,987人死亡，其中75％發(fā)生在夜間。
可見(jiàn)成像儀和熱像儀的結(jié)合可以確保自動(dòng)駕駛汽車比人類駕駛的汽車更安全。這種互補(bǔ)傳感器技術(shù)和現(xiàn)有的ADAS和AV傳感器裝置配套使用，有助于這些系統(tǒng)通過(guò)改進(jìn)的感知做出更安全的決定。
圖2：FLIR熱傳感器可以區(qū)分的行人距離比傳統(tǒng)大燈照射的距離遠(yuǎn)四倍。
低成本引領(lǐng)發(fā)展中市場(chǎng)
人們通常認(rèn)為熱傳感器用于軍事領(lǐng)域，對(duì)汽車而言很貴。直到最近，熱成像儀的VGA分辨率或者更高的價(jià)格為數(shù)千美元，價(jià)格讓汽車市場(chǎng)望而卻步。由于熱成像技術(shù)改進(jìn)了制造技術(shù)和增加了生產(chǎn)量，現(xiàn)在可以為SAE自動(dòng)化 level2 更高級(jí)別大規(guī)模生產(chǎn)價(jià)格合理的熱傳感器，每臺(tái)大約只需要幾百美金。
熱成像儀中的重要組件包括傳感器（微測(cè)輻射熱計(jì)）、鏡片、電子元器件和外殼。制造投入包括硅晶片、制造成本和產(chǎn)量?；旧?，熱成像傳感器的制造就像硅計(jì)算硬件。每個(gè)傳感器的成本計(jì)算方法是將總成本除以可銷售芯片的數(shù)量。
與可見(jiàn)成像儀不同，紅外圖像傳感器不遵循摩爾定律。這是因?yàn)楫?dāng)像素收縮并接近感興趣的波長(zhǎng)（LWIR傳感器檢測(cè)到8-14微米波長(zhǎng)的輻射）時(shí)，由于性能折衷，可以制造的紅外成像器傳感器像素是有限的。
可見(jiàn)成像儀的像素尺寸一般是1-3微米，熱成像儀像素不比自身檢測(cè)到的光波長(zhǎng)小很多（8-14微米）。因此，熱成像儀比相同分辨率的可見(jiàn)成像儀更貴。然而，熱成像儀的分辨率不需要百萬(wàn)像素來(lái)提供出色的分類性能。因?yàn)樗鼈兲峁┑膶?duì)比度非常出色。在過(guò)去十年中，F(xiàn)LIR已經(jīng)將LWIR熱成像儀的像素尺寸從50x50微米降低到了12x12微米，面積減少了83%。這與晶圓級(jí)封裝和增加的規(guī)模以及工藝優(yōu)化相結(jié)合，讓FLIR在熱成像傳感器市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)最低成本（參考圖3）。
圖3 全球平均最終用戶價(jià)格和熱成像儀數(shù)量
FLIR較小像素設(shè)計(jì)，產(chǎn)量持續(xù)不斷改進(jìn)，以及產(chǎn)量大幅增加有望進(jìn)一步降低成本，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年可以將成本進(jìn)一步降低兩倍。這與滿足OEM成本目標(biāo)所需的LIDAR系統(tǒng)所需的十倍成本降低相比是有利的。
預(yù)計(jì)SAE自動(dòng)化level 2和level 3會(huì)在2022年或20233年開始大量采用熱像儀，到2030年，年增長(zhǎng)率將達(dá)到200％至300％。隨著汽車制造規(guī)模的發(fā)展以及計(jì)劃的改進(jìn)，熱像儀將是一個(gè)價(jià)格合理的 ADAS和AV傳感器套件的組件。
利用數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的整合
自動(dòng)駕駛技術(shù)正在快速發(fā)展，數(shù)據(jù)是訓(xùn)練和部署功能硬件的關(guān)鍵，這些功能硬件使車輛能夠在各種條件下進(jìn)行導(dǎo)航。經(jīng)驗(yàn)豐富的OEM和數(shù)十家技術(shù)公司正在競(jìng)相裝備帶有傳感器的車隊(duì)，用于收集數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練各種物體分類器，并測(cè)試各自的系統(tǒng)。
為了促進(jìn)熱成像的更簡(jiǎn)化集成，F(xiàn)LIR于2018年初推出了汽車開發(fā)套件。除了FLIR ADK硬件外，F(xiàn)LIR還為開發(fā)人員提供了超過(guò)14,000個(gè)帶注釋熱圖像的免費(fèi)入門數(shù)據(jù)集。開發(fā)人員可以通過(guò)這些資料熟悉熱成像，并開始培訓(xùn)他們的ADAS和AV計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)熱數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和分析。
未來(lái)幾年甚至幾十年，汽車市場(chǎng)將發(fā)生巨大的變化，即將到來(lái)的技術(shù)變遷將超過(guò)手機(jī)的使用。然而，ADAS和AV市場(chǎng)處于早期階段，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這些技術(shù)何時(shí)會(huì)對(duì)我們的交通方式做出重大改變，但是ADAS和AV需要熱傳感器。汽車行業(yè)的平臺(tái)將轉(zhuǎn)向SAE level 3（有條件自動(dòng)化），level 4（高級(jí)自動(dòng)化）和level 5（全自動(dòng)化）。