如今，熱成像技術(shù)在監(jiān)視（國防和邊境控制）、醫(yī)療診斷和遠程溫度監(jiān)測（發(fā)燒檢測），以及夜間駕駛領(lǐng)域中廣泛應用。而在如今發(fā)展得如火如荼的自動駕駛中，熱成像技術(shù)也受到了廣泛關(guān)注，并被一些專家認為是一種優(yōu)良的補盲傳感器。

熱成像儀的原理

熱成像技術(shù)通過將每個解析點成像到相機傳感器中，來測量場景中的溫度差異。這些傳感器通常采用硅CMOS技術(shù)制造，被稱為微測輻射熱計（micro-bolometers）。

它對7.5-14微米波長范圍內(nèi)的熱輻射敏感，這部分光譜是人眼和可見光相機（依靠入射光或光子）所看不到的。

動物和人類的體溫通常與單一場景中其他自然或人工物體的體溫不同。通過測量這些溫度差異，可以在各種照明和模糊條件下提供較好的感知能力，這在汽車應用中非常重要，因為遠距離檢測行人和動物對安全和自主性至關(guān)重要。

熱成像儀在自動駕駛領(lǐng)域的應用

在21世紀（參數(shù)丨圖片）初，幾家汽車公司（通用汽車、寶馬、本田等）率先部署了無源熱像儀，主要用于在照明不足或大霧地區(qū)，防止動物碰撞或行人受傷。由于提高了夜間駕駛的安全性，這些都是嚴格意義上的輔助駕駛。

隨著美國國防部高級研究計劃局（DARPA）挑戰(zhàn)賽啟動了更高水平的自動駕駛，各種傳感技術(shù)得到了重視，其中激光雷達（光探測和測距）吸引了大量關(guān)注和資金投入。

與雷達和可視攝像頭一起，這套傳感器被廣泛宣傳為是理想的感知堆棧，可實現(xiàn)更高級別的自動駕駛——L3或有條件的自動駕駛，即人類駕駛員可以隨時接管并在10秒警報后完全控制，以及在特定運行設(shè)計域（ODD）下的完全自動駕駛。

事實證明，實現(xiàn)L4自動駕駛比最初預期的要難，因為各種彎道案例都涉及到特定路況。一些公司正在將熱像儀加入其中，因為它是一種傳感器儀器，可以彌補LiDAR、雷達和視覺攝像頭的差距，包括在環(huán)境不佳時（霧、煙、蒸汽）探測動物和人類。

Waymo和Plus嘗試在傳感器中添加熱成像儀，幫助卡車在高速上實現(xiàn)自動駕駛。Nuro、Cruise和Zoox也在專用車輛上搭載了熱成像儀，用于在人口稠密的城市提供后一英里的食品、雜貨配送和叫車服務(wù)。

美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)是交通部(DOT)的下轄機構(gòu)，在這一領(lǐng)域也很活躍，它近期為新車評估計劃(NCAP)發(fā)布了征求意見稿（RFC）。

作為RFC的一部分，NHTSA提議增加四種新的駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)技術(shù)。這些技術(shù)包括盲點檢測、盲點干預、車道保持和行人自動緊急制動(PAEB)。特別是對于PAEB，RFC將熱成像技術(shù)列為一種潛在的傳感技術(shù)。

通用汽車公司對該RFC作出了回應，表示將遠紅外攝像頭列為一種可以防止動物和行人碰撞事故的傳感技術(shù)。有趣的是，提倡僅使用「可見光攝像頭」實現(xiàn)自動駕駛的特斯拉，也建議在夜間條件下評估紅外攝像機的PAEB。

Zoox也是支持使用熱成像技術(shù)的其中一家公司，它在雙向?qū)Ｓ贸擞密嚿鲜褂昧怂膫�熱像儀堆棧作為傳感器套件的一部分。Jesse Levinson（Zoox技術(shù)官）對增加這一功能作了如下說明：

推進L4自動駕駛解決糟糕情況，是為機器學習堆棧提供安全駕駛的信息。

熱像儀通過感知熱量，可以在光線和遮蔽條件下識別人類和動物。

這種傳感方式可避免其他傳感器（如LiDAR、雷達和可見光攝像頭）無法應對糟糕情況，例如弱光、煙霧、霧和蒸汽。熱像儀的使用有助于堆疊感知，以減少誤報。

高速公路并不要求有熱成像儀。對城市駕駛來說使用較寬的視野（FoV）和較低的成像范圍即可。

傳感器堆棧的成本始終是一個問題。但Zoox從事的是服務(wù)業(yè)務(wù)，而不是汽車銷售業(yè)務(wù)。較高的傳感器堆棧成本會隨著時間推移和收入增加而攤銷。

熱成像儀的光學器件

光學器件是熱成像的一個基本考慮因素。鑒于8-12微米的波長范圍，鍺是軍用LWIR成像儀的傳統(tǒng)選擇。這種元素材料在這些波長上具有很好的光學特性。

然而，對于大批量的汽車應用，應該探索其他選擇。原因之一是，全球90%以上的鍺儲量來自中國和俄羅斯，供應鏈可能存在問題。

總部設(shè)在比利時的優(yōu)美科（Umicore）是一家鍺光學和半導體供應商，用于透鏡、太陽能電池和紅外VCSEL（垂直腔表面發(fā)射激光器）。據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Bendix De Moulmeister稱，鑒于當今行人死亡率升高，且因駕駛員分心而加劇，PAEB是一個重要的問題。

因此，世界各地的監(jiān)管和安全評級機構(gòu)都要求載人乘用車具備夜間和惡劣天氣下的行人檢測和AEB功能，熱像儀在這方面至關(guān)重要。高水平自動駕駛（L3和L4）也將要求高速和城市駕駛配備這種功能。

De Moulmeister表示，與安裝在L3和L4車輛上的熱像儀相比，普通乘用汽車所需的熱像儀將對成本更為敏感（<100美元/臺）。普通乘用汽車需要低范圍和更寬的FoV性能，并可能使用單個QVGA成像儀。

對于L3和L4的自動駕駛，VGA格式的成像儀將使用更昂貴的光學器件，以支持更遠的范圍和更窄的FoV，并在每輛車上部署多個攝像頭，用于高速公路駕駛。

然而，所有的汽車應用都需要有鍺光學器件的替代品。在材料制造和鏡頭制造方面，優(yōu)美科生產(chǎn)的硫系玻璃具有以下優(yōu)勢：

體積可擴展性：玻璃透鏡可以大批量成型，而不像鍺透鏡那樣須經(jīng)過加工處理。批量生產(chǎn)促進了批量可擴展性、高生產(chǎn)率和低資金投入和勞動力成本。

操作溫度范圍：廣泛用于汽車應用的溫度通常為-40°C至+85°C。由于鍺的特性，如傳輸損耗在這樣的溫度范圍內(nèi)變化很大，須使用其他材料來加熱制造，確保均勻的光學性能。硫系玻璃的特性可實現(xiàn)成本效益高的熱化，在廣泛的溫度范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定的性能。

尺寸和重量：鍺的密度比玻璃大，因此更重。需要加熱的設(shè)計也增加了尺寸和重量。

成本：上述因素導致玻璃透鏡相對于鍺的成本更低。由于攝像頭的成本隨著體積的減少而減少，光學器件成為材料清單（BOM）中的一個重要成本項。成本效益變得很重要，特別是如果要進行大規(guī)模的汽車部署。

鍺的供應鏈問題：如前所述，90%以上的鍺都來自中國和俄羅斯。

其他公司，如美國的LightPath Technologies以及德國和中國的一些供應商都在積極開發(fā)和生產(chǎn)用于熱成像的硫系玻璃光學器件。美國國防部門在情報、監(jiān)視和偵察（ISR）中使用LWIR攝像頭，其某些應用也正從鍺過渡到這種材料。

要想實現(xiàn)自動駕駛異常困難，特別是在公共交通領(lǐng)域，而安全是第一要務(wù)。如果目標是取代人類駕駛員，那么增加傳感器以應對糟糕情況很重要。否則，正放緩步伐的自動駕駛將永遠無法向前推進。

雖然人類是好司機，但有時受到天氣和環(huán)境的影響，所以，提供性價比高的輔助駕駛也重要。熱像儀就是對傳感器系統(tǒng)的不錯補充，那么，是否還需要更多的傳感器模式呢？