遠(yuǎn)紅外成像技術(shù)將迎來成長(zhǎng)期

歐洲新車評(píng)價(jià)發(fā)布組織（E-NCAP）在2018版E-NCAP中再次引入了一系列新的測(cè)試，包括新增騎行人引入AEB測(cè)試，測(cè)試場(chǎng)景新增黑暗和朦朧的照明條件下進(jìn)行行人檢測(cè)、使用障礙物來隱藏被測(cè)試車輛(VUT)的目標(biāo)等。

而目前在國(guó)內(nèi)2018版本C-NCAP的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中AEB暫時(shí)只針對(duì)白天場(chǎng)景、無障礙物來隱藏被測(cè)試車輛（這就是為什么我們經(jīng)?？吹揭恍y(cè)試車輛前方都是空曠一片，天氣艷陽高照），顯然這并不符合真實(shí)路況，也并不能真正驗(yàn)證AEB功能有效性。

有數(shù)據(jù)顯示，夜間交通事故率比白天大1.5倍，60%以上的重大交通死亡事故發(fā)生在夜間。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，夜間30-40%車禍源于濫用遠(yuǎn)光燈，這會(huì)造成人眼和普通攝像頭的短時(shí)間“失明”。

在過去的幾年時(shí)間里，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域更多的技術(shù)研發(fā)人員討論的是可見光攝像頭、超聲波/毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器，以及圍繞如何選擇和配置這些傳感器的爭(zhēng)論。

關(guān)于紅外夜視傳感器，卻極少被提及。但在Uber的自動(dòng)駕駛車輛在亞利桑那州發(fā)生備受關(guān)注的夜晚致命事故之后，似乎業(yè)界開始重新審視這個(gè)問題。

有一家遠(yuǎn)紅外技術(shù)方案工程團(tuán)隊(duì)對(duì)事故發(fā)生時(shí)的駕駛場(chǎng)景做了一次模擬，在汽車配備了激光雷達(dá)等傳感器之外再配備了熱成像傳感器，那么可以早5秒檢測(cè)到行人（目前的熱成像傳感器可以檢測(cè)到250米以上，甚至到400米的距離）。

我們知道，自動(dòng)駕駛車輛（或者具備ADAS功能）最基本的需求是能夠在所有條件下“盡早看到”所有物體和周圍環(huán)境，同時(shí)為決策提供足夠的反應(yīng)時(shí)間。

目前的可見光攝像頭還無法滿足這樣的需要（盡管目前不少攝像頭CMOS傳感器已經(jīng)加入了近紅外功能，可以解決朦朧照明條件下的問題，但無法應(yīng)對(duì)黑暗條件）。

為了解決這個(gè)問題，一種目前主流方案是可見光攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)融合方案，但三種主流傳感器仍然各自存在不小的局限。

傳統(tǒng)意義上的夜視主要有三種技術(shù)路線，微光夜視、紅外夜視（又分為近紅外、遠(yuǎn)紅外）。微光夜視體積小，價(jià)格低，但易受周邊環(huán)境影響。

而紅外（IR）是電磁輻射的七種類型之一。所有溫度高于絕對(duì)零度的物體發(fā)出紅外光。這種光的強(qiáng)度與物體的溫度有關(guān)：物體的溫度越高，它發(fā)射的紅外線就越多。

其中波長(zhǎng)為0.78~2.0微米的部分稱為近紅外（NIR），波長(zhǎng)為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線（FIR）。目前，幾大車載攝像頭CMOS傳感器廠商都有集成近紅外（NIR）技術(shù)，但更多是解決傳統(tǒng)可見光攝像頭在低照度環(huán)境下提高感光芯片靈敏度。

而遠(yuǎn)紅外傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用多年，因此它是一種成熟的技術(shù)，適合于大規(guī)模市場(chǎng)。相比于近紅外，遠(yuǎn)紅外攝像頭則可以做到車輛在白天或晚上任何條件下可靠地檢測(cè)、分割和分析行人、動(dòng)物、物體和道路狀況，而不管天氣狀況如何。

此外，遠(yuǎn)紅外比激光雷達(dá)和雷達(dá)給出了更多的物體細(xì)節(jié)，比如陰影對(duì)圖像的影響最小，溫暖的物體在寒冷的環(huán)境中表現(xiàn)出很高的對(duì)比度，使它們易于辨認(rèn)等等。

當(dāng)然，遠(yuǎn)紅外與可見光攝像頭視覺還是有很大的融合和冗余優(yōu)勢(shì)。在比較下面兩幅圖像時(shí)，可以通過遠(yuǎn)紅外監(jiān)測(cè)所有的溫暖點(diǎn)來很容易地找到四個(gè)行人。

通過直接與CMOS圖像進(jìn)行比較，可以確認(rèn)具有模糊圖形的暖輪廓為行人，并且通過將它們與IR圖像中的暖點(diǎn)匹配，可以確認(rèn)CMOS圖像中看作行人的任何形狀。

在這種情況下，IR和CMOS圖像都可以被描述為冗余的，因?yàn)閮烧叨急挥糜诙ㄎ恍腥?。這種成像冗余是有益的，因?yàn)閬碜詢蓚€(gè)圖像的信息內(nèi)容不同，并且可以用于以更高的概率檢測(cè)和分類目標(biāo)。這是兩種攝像頭傳感器融合在實(shí)踐中的概念。

同時(shí)，采用基于深度學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺算法的遠(yuǎn)紅外也可以同樣提供準(zhǔn)確的目標(biāo)檢測(cè)，分類，和場(chǎng)景分析。最大的好處之一是在雜亂的夜晚環(huán)境中（比如車流人流混雜的交叉十字路口）看到人的能力。

由于增加了熱量的參數(shù)，這使得機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)更容易檢測(cè)和分類某些對(duì)象，如車輛、人和動(dòng)物。由于熱傳感器具有高的點(diǎn)云密度和在所有照明條件下都能夠以高對(duì)比度可視化活體目標(biāo)。（上圖左側(cè)的可見光攝像頭幾乎看不到向左跑動(dòng)的人。而右側(cè)的遠(yuǎn)紅外攝像頭則可以很清楚的框出所有人。）

今天的自動(dòng)駕駛傳感器套件大多數(shù)由可見光、雷達(dá)、激光雷達(dá)和超聲波傳感器組成。在這組傳感器中增加一個(gè)遠(yuǎn)紅外熱成像傳感器可以降低整體成本，因?yàn)樗枰ヅ涞墓虘B(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)分辨率更低。

通過添加遠(yuǎn)紅外熱成像傳感器，可以使用來自可見光和遠(yuǎn)紅外攝像頭的密集點(diǎn)云信息在所有天氣和照明條件下進(jìn)行分類，并且依靠雷達(dá)和激光雷達(dá)進(jìn)行測(cè)距。

問題來了，為什么大家目前對(duì)遠(yuǎn)紅外傳感器并不關(guān)注？除了成本問題之外，在大多數(shù)情況下，一些開發(fā)人員還沒有把注意力放在夜間自動(dòng)駕駛上，而是把注意力集中在白天在最佳條件下駕駛上。

同時(shí)，在ADAS級(jí)別，監(jiān)管評(píng)估和安全評(píng)級(jí)中的測(cè)試條件還非常有限，大多都是針對(duì)白天場(chǎng)景，汽車制造商幾乎沒有什么“動(dòng)力”去考慮紅外夜視，畢竟目前看還是一筆不小的成本。

但事實(shí)是，基于紅外夜視系統(tǒng)利用紅外光波檢測(cè)物體自然發(fā)射的熱量差異，可以檢測(cè)到可見光攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)不能識(shí)別的物體。

至關(guān)重要的是，它們?cè)谖⒐夂蛺毫犹鞖獾那闆r下表現(xiàn)依舊良好（盡管毫米波雷達(dá)具備全天候檢測(cè)能力，但誤報(bào)率和漏檢率的提升還需要其他傳感器的配合）。

目前，在整車量產(chǎn)配置上，寶馬是較早導(dǎo)入夜視系統(tǒng)的廠商之一。自2006年3月起，中國(guó)市場(chǎng)銷售的BMW 760Li和BMW 760Li個(gè)性化版本車型開始裝備全新的BMW夜視系統(tǒng)。

2012年推出的奧迪A7也同樣開始配置了遠(yuǎn)紅外成像攝像頭，帶有行人識(shí)別功能的夜視輔助系統(tǒng)能夠捕捉前方24度內(nèi)300米內(nèi)的熱源，當(dāng)熱源出現(xiàn)在捕捉范圍內(nèi)，經(jīng)過電腦處理的圖像會(huì)在儀表盤中以黑白對(duì)比色進(jìn)行顯示。

但近幾年紅外夜視正在打破過去豪華車的配置局限。今年上市的PSA旗下高端豪華汽車品牌DS的DS7成為了紅外夜視系統(tǒng)首次下探到30萬元級(jí)別車型。

DS7搭載的紅外成像系統(tǒng)又被稱為DS NIGHT VISION功能，安裝在前格柵中的紅外攝像機(jī)能夠有效識(shí)別前方15米至150米之間超過50厘米高的人和動(dòng)物，并提示駕駛者。

前方狀況清晰呈現(xiàn)在全液晶高清儀表板中，潛在危險(xiǎn)顯示為黃色，當(dāng)危險(xiǎn)接近，黃色會(huì)逐漸示為紅色，并配合系統(tǒng)發(fā)出的音響警報(bào)作為提醒，便于作出更及時(shí)的準(zhǔn)備和應(yīng)對(duì)策略。

而目前全球提供量產(chǎn)級(jí)別遠(yuǎn)紅外夜視方案的公司主要是奧托立夫、FLIR Systems、AdaSky以及中國(guó)的軒轅智駕（上市公司高德紅外旗下）。其中，奧托立夫、FLIR因?yàn)檩^早進(jìn)入市場(chǎng)占據(jù)目前主要份額。

作為目前國(guó)內(nèi)唯一自主研發(fā)上游芯片并率先量產(chǎn)車載紅外夜視的軒轅智駕，其“基于高德紅外自主探測(cè)器”的新一代熱成像避障系統(tǒng)，具備突破夜障、強(qiáng)眩光、穿透霧霾沙塵、行人識(shí)別及報(bào)警、前車碰撞報(bào)警和預(yù)告等多項(xiàng)功能。

這款采用紅外熱成像技術(shù)的紅外避障系統(tǒng)，能夠捕捉前方28°*21°視角、400米外熱源，夜視距離超過了目前市面上大多車載夜視系統(tǒng)探測(cè)距離在200m左右的性能瓶頸。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)匹配不同車速進(jìn)行功能調(diào)整。

到今年底，軒轅智駕還會(huì)推出400×300/17微米模塊化產(chǎn)品，成本更低。明年會(huì)陸續(xù)推出400×300/12微米以及800×600/12微米模塊化產(chǎn)品，當(dāng)然成本會(huì)越來越低。

可以預(yù)見的是，隨著中國(guó)供應(yīng)商的加入、相關(guān)ADAS法規(guī)及測(cè)試場(chǎng)景完善，以及夜視安全性逐步得到消費(fèi)者的認(rèn)可，遠(yuǎn)紅外成像技術(shù)將在未來幾年進(jìn)入新一輪成長(zhǎng)期。