通過多感測器融合追求更高安全性，已成為自動駕駛公司的產業的共識。
紅外熱像儀的加入，或許會為感知冗余解決方案增加一項新選擇。
近日，蘋果汽車公布了一項汽車夜視系統專利。
專利描述顯示，該系統結合可見光、近紅外波感測器和長紅外波感測器，可以解決夜間或低光環境物體檢測和分類的挑戰。
而此處的長紅外波感測器，即紅外熱像儀。能入以重視安全及穩定性為基線的蘋果法眼，可見其自有高明之處。
那麼，在同樣重視行駛安全的自動駕駛汽車中，紅外熱像儀可如何應用？是否能成為自動駕駛的標配感測器呢？
何為紅外熱像儀？
任何表面溫度高於-273℃的物體都會向外輻射紅外波，通過紅外熱像儀，可以將物體溫度差異以不同顏色的圖像顯示。
溫度越高，輻射的能量越大。
紅外線的波長區間為0.75微米至1000微米之間，通過波長的不同可分為五種類別，分別是：
- 近紅外，波長範圍0.75微米～1.4微米
- 短紅外，波長範圍1.4微米～3微米
- 中紅外，波長範圍3微米～6微米
- 長紅外，波長範圍6微米～15微米
- 遠紅外，波長範圍15微米～1000微米
其中，由於大氣中二氧化碳、水蒸氣、臭氧、一氧化碳等各種微粒可吸收和反射光線，紅外線中僅有近紅外、中紅外及長紅外可穿透大氣。
三種紅外波長不同，應用方式也不同。
近紅外成像方式主要根據室溫目標溫度與環境溫度對比，如黑白相片般呈現物體細節。
尤其在可見度低的夜間環境，星月散髮的微光和大氣輝光中輻射的紅外，主要集中在近紅外波段，可通過近紅外夜視增強視覺感知能力。
不過，近紅外波無法測量物體溫度，不屬於紅外熱像儀的波長。
中、長紅外根據物體溫度顯示圖像，不受光線影響並可穿透大氣，其感知範圍在幾十公尺至數千公尺之間，可幫助駕駛員在白晝夜間、霧霾雨雪天氣，以及對面車燈眩光等人眼能見度較低的情況下看清路況。
因此，這兩種波長為紅外熱像儀的主要波段，廣泛應用於包括汽車在內的多個領域。
蘋果汽車專利中顯示，通過可見光提供最高的分辨率，輔之以探測距離較遠的近紅外感測器，以及探測範圍較寬的長紅外感測器，可清晰顯示前燈範圍之外的行人與危險物體。
多種紅外技術的融合使用，自動駕駛汽車可在多種環境下感知目前無法準確辨識的目標，獲得更清晰視野。
紅外熱像儀的使命
為了盡可能提高自動駕駛安全性，主機廠和自動駕駛方案提供商不斷為汽車增加多種感測器，以減少安全事故發生。
雷射雷達、毫米波雷達、光學相機等感測器悉數上陣，然而技術事故仍然層出不窮。
2018年3月夜間，搭載以上感測器的一輛Uber自動駕駛汽車，在美國亞利桑那州坦佩市撞死一名橫穿馬路的婦女。
事故汽車拍攝影片中顯示，當時Uber自動駕駛汽車正高速行駛在光線環境極差的路段，僅有汽車前燈照明。一名女子突然從黑暗中闖至車前，車輛沒有作出制動措施導致悲劇發生。
美國國家安全委員會對這起事故展開深入調查，報告顯示在事故發生前5.6秒，該車的雷射雷達就已檢測到受害者，但將其歸類為汽車。
此後的幾秒內，系統將其判斷為汽車、自行車、未知物體，始終未將受害者歸類為行人。
根據美國國家公路運輸安全管理局的數據，2016年美國因光線問題或不良照明習慣，引起撞車事故超過700萬起，其中近200萬起發生在黑暗中。而在所有夜間撞車事故中，致命車禍有18000起。
假若Uber的自動駕駛車輛搭載紅外熱像儀，即可在檢測到人類的瞬間將其歸類為行人，並第一時間採取相應措施。
紅外熱像儀公司FLIR曾經重現該事故，發現紅外熱像儀比雷射雷達早4倍探測到行人。
事實上，紅外熱像儀作為輔助感測器出現在汽車上不是新鮮事。
據佐思汽研數據顯示， 2019年在中國裝配夜視系統的乘用車新車銷量為4,609套，凱迪拉克、賓士、BMW、Audi等豪華車型，都曾搭載紅外熱像儀。
因其特性，紅外熱像儀近期也走進了無人駕駛公司的視線中。
去年，Cruise發布了旗下首款無人汽車Origin，可提供無安全員的出租車服務。該車搭載了Cruise內部命名為「Superhuman Lidar」的紅外熱像儀。
12月，Zoox發布的首款純電動無人駕駛汽車中也搭載這一感測器，可全天候在城市街道中，對物體準確辨識和分類。
目前，紅外熱像儀在自動駕駛汽車的應用上分為兩種：整車應用及整車部件應用。
整車應用即自動駕駛汽車搭載多個紅外熱像儀，以此實現360度環境掃描。
整車部件應用即紅外熱像儀與汽車內外多種部件融合，通過汽車部件感知行駛環境。
在汽車外部應用上，紅外熱像儀可與汽車前燈融合，自動駕駛汽車的探測範圍更廣。
通過深度學習，系統檢測到前方物體後，車燈還可自動切換遠近光燈，並轉向物體所在方向。目前，汽車夜視廠商Veoneer的第三代夜視系統，已具備此項功能。
汽車內部應用上，紅外熱像儀與AEB自動緊急制動系統結合，汽車在遇到危險時可主動剎車或減速。
除此之外，近紅外技術還應用於方向盤、前置攝像頭用以檢測駕駛員是否疲勞駕駛以及身份辨識等。
紅外熱像儀與汽車深度融合，或將進一步提升汽車整體智慧化。
將會成為自動駕駛標配？
關於紅外熱像儀是否能廣泛應用於自動駕駛汽車，成為產業標配感測器的爭議長期存在。
Mobileye的高級副總裁高維斯曾表示：「它並不是一個你真正需要的東西，因為光學相機在夜間可以很好地工作，並且你還有一個不會受到光影響的雷達系統作為備用。」
而Seek Thermal的副總裁勒博反駁，現在自動駕駛汽車普遍使用的光學雷達無法探測物體熱量以判別是否為活物。
他還舉例，美國國家運輸安全委員會在Uber事故中的報告中認為支持，汽車使用能夠更好區分物體和人類的感測器。
從雙方的爭論中不難看出，紅外熱像儀是否能在自動駕駛汽車中廣泛應用，關鍵在於其它感測器是否能在夜間清楚辨識物體。
隨著感測器近年的不斷升級，夜間感知能力也與之提升。目前已有無人駕駛公司採用高動態範圍相機，提高無人駕駛汽車的夜間可視能力。
具體來說，高動態範圍相機即HDR相機，廣泛應用於智慧型手機中。儘管高動態範圍相機可以提供更多細節，但是高動態範圍相機也存在其缺點，即在拍攝過程中出現運動物體與閃光時，其成像有幾率模糊。在生物辨識上，其表現能力或許不能與紅外熱像儀媲美。
其根源在於，紅外熱像儀不受光線影響，通過精準測溫可更準確的判斷生物。
例如，FLIR紅外熱像儀可測量-80°C至+3000°的目標溫度，並辨識0.01°C的溫度變化。
同時，紅外熱像儀與雷達不同，熱成像不會發送訊號探測附近的障礙物，而是吸收周圍生物和物體產生的熱量，比其他感測器耗電更少。
即便紅外熱像儀作為冗餘方案表現優秀，但目前也存在諸多缺陷，使其遲遲無法被市場普遍接受。
Audi發言人凱里表示：「夜視相機和自動駕駛領域裡的其他硬體一樣，既有好處也有它的弊端。熱成像感測技術還需要克服成本、視野和耐用性方面的挑戰，來滿足自動化級感測器的嚴格標準。」
首先在成本方面，以美國、以色列為主的紅外熱像儀廠商經過多年研發，其成本已由5千美元降低至1000美元，甚至更低。
麥姆斯諮詢的數據顯示，由於製造工藝改進、製造規模顯著增加，目前可以大規模生產用於L2級及以上級別的紅外熱像儀，未來每台價格僅需幾百美元。
儘管如此，相較於毫米波雷達、光學相機等感測器成本，及其為自動駕駛帶來冗餘價值，紅外熱像儀的性價比仍然較低。
在視野方面，紅外熱像儀普遍較小。即使是紅外熱像儀知名廠商FLIR，其產品最大水平視場為75度，遠低於上百度、甚至360度的雷射雷達和毫米波雷達的水平視場。
另外，紅外熱像儀的耐用性也是一大問題。
紅外熱像儀在使用過程中，會因內部零件磨損老化導致精確度降低，使用數年後需要更換零部件，目前難以達到與其他車規級感測器同樣使用壽命。
儘管最近多家公司正將紅外熱像儀應用於無人駕駛汽車，但是否能成為產業主流仍存在疑問。即使其可穿透大氣，但也會因大霧、濃煙等空氣中顆粒增多導致可探測範圍縮小。
總結
美國自動駕駛汽車廠商Nutonomy執行長Karl Iagnemma認為，紅外成像能夠在黑暗環境和惡劣天氣條件下穩定工作，是其他感測器的天然互補。
當前，各主機廠和造車新勢力紛紛宣布旗下新款車型將採用雷射雷達，以多感測器融合帶來更高的安全性和高級自動駕駛作為宣傳賣點，正印證著如何為用戶帶來更好的駕駛體驗，是未來汽車的發展趨勢，而紅外熱像儀的應用一定程度能夠滿足這一點。
業界普遍認為，2022年到2023年將是L2級及以上自動駕駛汽車，大規模採用紅外熱像儀的時間節點。
隨著紅外熱像儀改良計劃的實施和汽車規模的逐步擴大，紅外熱像儀可能將成為輔助駕駛系統和自動駕駛汽車感測器中的經濟型組件，可大規模生產使用。
儘管目前自動駕駛公司對紅外熱像儀的實用性看法不一，但能肯定的是，通過各種技術方案保證汽車行駛安全，將是無人駕駛公司和汽車廠商不變的主旋律。
本文為雷鋒網授權刊登，原文標題為「蘋果造車專利更新，這套冗余方案能否成為自動駕駛「量產標配」？」