熱成像技術(shù)在高級駕駛輔助系統(tǒng)中的應(yīng)用

ADAS系統(tǒng)的出現(xiàn)將掀起旅行和公路運(yùn)輸貨物的革命，同時(shí)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(yùn)行的效率。同時(shí)，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(jìn)行分類，以確定車輛應(yīng)采取的一系列措施。如雷達(dá)和激光雷達(dá)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(dá)和激光雷達(dá)通常用于物體檢測、距離測量和測繪應(yīng)用，而紅外熱像技術(shù)對物體分類、速度標(biāo)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(shù)可提升駕駛系統(tǒng)和態(tài)勢感知能力。

關(guān)于紅外熱成像技術(shù)

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(guān)系。熱成像遠(yuǎn)不止是另一種類型的夜視技術(shù)，借助熱成像技術(shù)能夠觀測熱量，而不是光，因此全天24小時(shí)皆可使用。任何能產(chǎn)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(shù)所捕捉到。紅外熱成像技術(shù)在軍事和執(zhí)法領(lǐng)域的應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。同時(shí)，因紅外熱成像能夠透過煙霧進(jìn)行監(jiān)控，還是是一款經(jīng)證實(shí)可用于消防和人員搜救的工具。因?yàn)闊嵯駜x的檢測能力與可用光無關(guān)，即使直接正對太陽或太陽尚在地平線上時(shí)也能清晰地進(jìn)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(biāo)。得益于技術(shù)進(jìn)步，使得用于商業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域的熱像設(shè)備-紅外熱像儀尺寸更小、重量更輕盈、價(jià)格更為經(jīng)濟(jì)實(shí)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(jìn)行觀測，這使得一系列全新的應(yīng)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(jìn)行檢測和分類。（上圖左側(cè)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(fù)雜駕駛環(huán)境下，功能強(qiáng)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(jié)合，使其成為唯一能夠在復(fù)雜環(huán)境下對人和動物進(jìn)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(yuǎn)距離都可檢測車輛、及潛在危險(xiǎn)。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(zāi)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(dá)的地區(qū)公路照明系統(tǒng)不完善，在農(nóng)村等區(qū)域夜間行駛極其依賴車燈照明，加之農(nóng)村道路不像公路那樣筆直和可預(yù)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(xiàng)挑戰(zhàn)。

當(dāng)然，在城市道路中，照明條件也會影響檢測危險(xiǎn)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(xiǎn)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(jī)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(cè)為可見光的圖像，右側(cè)為紅熱熱成像的圖像）

系統(tǒng)冗余

在選擇用于ADAS應(yīng)用的傳感器套件時(shí)，冗余是一項(xiàng)關(guān)鍵需求。雖然每種類型的傳感器都有其優(yōu)缺點(diǎn)，但是它們優(yōu)勢互補(bǔ)的方式（即在特定條件下增強(qiáng)優(yōu)勢、補(bǔ)償不足)有助于設(shè)計(jì)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(zhì)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?yàn)樗鼈冊诓煌碾姶挪ㄗV范圍內(nèi)運(yùn)行。如果激光雷達(dá)系統(tǒng)的接收裝置被泥土或灰塵擋住，雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)該可作為備用系統(tǒng)使用。如果照明條件（炫光、夜間）導(dǎo)致可見光相機(jī)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(shù)層面上安全可靠，而且要求具有信價(jià)比高的特點(diǎn)，且能很好地組裝到汽車中。

超聲波、雷達(dá)和可見光相機(jī)已廣泛采用；這些技術(shù)比較可靠，而且得益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)，其價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。此外，它們可以放置在擋風(fēng)玻璃后面或裝在汽車保險(xiǎn)杠內(nèi)，可用于簡潔美觀的封裝解決方案。

至于激光雷達(dá)，現(xiàn)行系統(tǒng)通常價(jià)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(dá)在ADAS應(yīng)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(yīng)用，以檢測行人和動物已有十余年歷史。經(jīng)證實(shí)，其可靠性極強(qiáng)，但是由于探測器尺寸和相對較低的產(chǎn)出量，與其他傳感器相比，價(jià)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(shù)發(fā)展使得熱成像技術(shù)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(jīng)濟(jì)劃算，并且能夠美觀地封裝到汽車中。

結(jié)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(dāng)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(jìn)行檢測和分類的能力較差。熱像熱成像是經(jīng)驗(yàn)證的技術(shù)，10余年來幫助廣大駕駛員將檢測能力拓展至遠(yuǎn)光燈的五倍之多。

無論白天黑夜、透過煙塵和霧靄、還是經(jīng)過迎面而來的炫目的車頭燈。同樣的熱成像技術(shù)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(zhǔn)確的自動化解決方案所需的關(guān)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。