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自動駕駛想要快速邁入level 5,,缺了這個物件怎么行,?

2019-02-14
關(guān)鍵詞: 熱成像儀 自動駕駛 ADAS

  高級輔助駕駛(ADAS)和自動駕駛汽車(AV)的出現(xiàn)將徹底改變未來的交通和運輸方式,為人們提供更大的行動自由,。同時,,該技術(shù)將通過消除人為錯誤和分心駕駛來提高安全性,,降低交通事故發(fā)生率,。由于交通事故,每年有超過一百萬的人員傷亡,,而主要是人為錯造成的,,因此很容易理解業(yè)界為什么競相推出這些革命性的技術(shù)。

  自動駕駛技術(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)境和駕駛場景下確保安全,,仍然存在很多技術(shù)挑戰(zhàn)。同時,,汽車工程師正在努力開發(fā)一套支持ADAS的傳感器,,可以實現(xiàn)自動緊急制動(AEB)等隨時隨地有效的任務(wù)。為了實現(xiàn)這個目標,,工程師和設(shè)計人員認識到,,沒有一種通用型傳感器可以提供安全駕駛,。相反,,一套互補和正交傳感器可以提供關(guān)鍵信息和冗余來優(yōu)化駕駛性能,確保始終安全,。隨著多種傳感器技術(shù)和可靠計算機智能化演進到汽車上,,我們努力確保自動駕駛汽車比人類駕駛更安全。

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  圖1:自動駕駛的SAE水平

  熱傳感器的需求

  汽車工程師協(xié)會(SAE)將自動駕駛 level 3 定義為汽車可以檢測周圍的環(huán)境,,并且自行作出明智的決策,。除此以外,在自動駕駛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 及以上的自動駕駛技術(shù)取決于經(jīng)濟實惠的傳感器技術(shù),處理傳感器數(shù)據(jù)需要的計算能力,,以及執(zhí)行驅(qū)動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,,以及光探測和測距(LIDAR),。

  OEM和眾多與汽車相關(guān)的公司正在尋求更高的安全性,并擴展運營領(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,因為該技術(shù)將為可見成像儀創(chuàng)建冗余成像系統(tǒng),,提升各種駕駛場景的能力,。

  面對具有挑戰(zhàn)性的照明條件,比如:夜間駕駛,,太陽眩光閃爍,、雜亂的城市環(huán)境以及惡劣的天氣(比如:雨、霧和雪),,自動駕駛汽車很難應對,,除非使用熱像儀。熱成像利用所有物體散發(fā)熱能的事實,,消除對可見光源的依賴(對于熱成像儀來說,,白天和夜晚的駕駛看起來相同)。道路上或道路附近的物體會發(fā)射,、反射和傳播熱波或長波紅外(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接收信息更安全,。

  根據(jù)所使用的鏡頭和相應的視野,,熱傳感器可以檢測并區(qū)分黑暗中的物體,并且穿透太陽眩光和大霧的距離比傳統(tǒng)的前燈照射距離大四倍,。熱成像儀特別擅長檢測人體(生物),、無生命物體和背景雜波之間的差異,將它們區(qū)分為檢測行人,、寵物和野生動物的基本技術(shù),。FLIR紅外熱像儀對溫差很敏感,可以小到0.05攝氏度,。通過這種精確的靈敏度,,VGA熱像儀(640 x 512像素)可以清晰地顯示現(xiàn)場的所有物體,特別是生物,。這項關(guān)鍵技術(shù)可以減少行人死亡人數(shù); 2016年美國5,987人死亡,,其中75%發(fā)生在夜間。

  可見成像儀和熱像儀的結(jié)合可以確保自動駕駛汽車比人類駕駛的汽車更安全,。這種互補傳感器技術(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)通過改進的感知做出更安全的決定。

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  圖2:FLIR熱傳感器可以區(qū)分的行人距離比傳統(tǒng)大燈照射的距離遠四倍,。

  低成本引領(lǐng)發(fā)展中市場

  人們通常認為熱傳感器用于軍事領(lǐng)域,,對汽車而言很貴。直到最近,,熱成像儀的VGA分辨率或者更高的價格為數(shù)千美元,,價格讓汽車市場望而卻步,。由于熱成像技術(shù)改進了制造技術(shù)和增加了生產(chǎn)量,現(xiàn)在可以為SAE自動化 level2 更高級別大規(guī)模生產(chǎn)價格合理的熱傳感器,,每臺大約只需要幾百美金,。

  熱成像儀中的重要組件包括傳感器(微測輻射熱計)、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,?;旧希瑹岢上駛鞲衅鞯闹圃炀拖窆栌嬎阌布?。每個傳感器的成本計算方法是將總成本除以可銷售芯片的數(shù)量,。

  與可見成像儀不同,紅外圖像傳感器不遵循摩爾定律,。這是因為當像素收縮并接近感興趣的波長(LWIR傳感器檢測到8-14微米波長的輻射)時,,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到的光波長小很多(8-14微米)。因此,,熱成像儀比相同分辨率的可見成像儀更貴,。然而,,熱成像儀的分辨率不需要百萬像素來提供出色的分類性能,。因為它們提供的對比度非常出色。在過去十年中,,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上實現(xiàn)最低成本(參考圖3),。

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  圖3 全球平均最終用戶價格和熱成像儀數(shù)量

  FLIR較小像素設(shè)計,產(chǎn)量持續(xù)不斷改進,,以及產(chǎn)量大幅增加有望進一步降低成本,,預計未來幾年可以將成本進一步降低兩倍。這與滿足OEM成本目標所需的LIDAR系統(tǒng)所需的十倍成本降低相比是有利的,。

  預計SAE自動化level 2和level 3會在2022年或20233年開始大量采用熱像儀,,到2030年,年增長率將達到200%至300%,。隨著汽車制造規(guī)模的發(fā)展以及計劃的改進,,熱像儀將是一個價格合理的 ADAS和AV傳感器套件的組件。

  利用數(shù)據(jù)和機器學習促進整個行業(yè)的整合

  自動駕駛技術(shù)正在快速發(fā)展,數(shù)據(jù)是訓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行導航,。經(jīng)驗豐富的OEM和數(shù)十家技術(shù)公司正在競相裝備帶有傳感器的車隊,用于收集數(shù)據(jù)來訓練各種物體分類器,,并測試各自的系統(tǒng),。

  為了促進熱成像的更簡化集成,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14,000個帶注釋熱圖像的免費入門數(shù)據(jù)集。開發(fā)人員可以通過這些資料熟悉熱成像,,并開始培訓他們的ADAS和AV計算機系統(tǒng),,對熱數(shù)據(jù)進行分類和分析。

  未來幾年甚至幾十年,,汽車市場將發(fā)生巨大的變化,,即將到來的技術(shù)變遷將超過手機的使用。然而,,ADAS和AV市場處于早期階段,,很難準確預測這些技術(shù)何時會對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)的平臺將轉(zhuǎn)向SAE level 3(有條件自動化),,level 4(高級自動化)和level 5(全自動化)。


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