苹果造车专利更新，这套冗余方案能否成为自动驾驶「量产标配」？

通过多传感器融合追求更高的安全性，已经成为自动驾驶公司的行业共识。

红外热像仪的加入可能会为解决感知冗余增加一种新的选择。

近日，苹果汽车公布了一项汽车夜视系统专利。

专利描述显示，该系统通过结合可见光、近红外波传感器和长红外波传感器，可以解决夜间或弱光环境下物体检测和分类的挑战。

这里的长红外波传感器，也就是红外热像仪。能够以强调安全性和稳定性为基线进入苹果的眼中，就说明了自己的高明之处。

那么，红外热像仪如何应用在同样注重行车安全的自动驾驶汽车上呢？能否成为自动驾驶的标准传感器？

什么是红外热像仪？

任何表面温度高于-273℃的物体都会辐射出红外波，物体的温差可以通过红外热像仪用不同的颜色显示出来。

温度越高，辐射的能量越大。

红外线的波长范围在0.75微米到1000微米之间，根据波长不同可分为五类，即:

近红外，波长范围为0.75微米至1.4微米。

短波红外线，波长范围1.4 -3微米。

中红外，波长范围3微米-6微米。

长波红外，波长范围6微米-15微米。

远红外，波长范围15微米-1000微米。

其中，由于大气中的二氧化碳、水蒸气、臭氧、一氧化碳等各种粒子都能吸收和反射光线，因此只有近红外、中红外和长红外能穿透大气。

三种红外波长不同，应用方法也不同。

近红外成像主要是基于室温目标温度和环境温度的比较，像黑白照片一样显示物体的细节。

特别是在能见度较低的夜间环境中，星星和月亮发出的微光以及大气辉光中的红外辐射主要集中在近红外波段，可以通过近红外夜视增强视觉感知。

但近红外波无法测量物体的温度，也不属于红外热像仪的波长。

中长波红外根据物体的温度显示图像，不受光线影响，能穿透大气。它的感知范围在几十米到几千米之间，可以帮助驾驶员在白天和夜晚、雾天和雨天以及对面灯光刺眼的情况下看清路况。

因此，这两个波长是红外热像仪的主要波段，广泛应用于包括汽车在内的许多领域。

苹果的汽车专利显示，可见光提供了最高的分辨率，辅以探测距离远的近红外传感器和探测范围广的长红外传感器，可以清晰显示大灯范围外的行人和危险物体。

随着各种红外技术的融合，自动驾驶汽车可以在各种环境下感知目前无法准确识别的目标，获得更清晰的视野。

红外热像仪的使命

为了尽可能的提高自动驾驶的安全性，自动驾驶方案的主机厂和提供商都在不断的给汽车添加各种传感器，以减少安全事故的发生。

激光雷达、毫米波雷达、光学相机等传感器悉数上阵，但技术事故依然层出不穷。

2018年3月夜间，一辆装有上述传感器的优步自动驾驶汽车在美国亚利桑那州坦佩市撞死了一名过马路的女子。

肇事车的视频显示，优步自动驾驶汽车当时正在照明环境较差的道路上高速行驶，只有汽车的大灯亮着。一名女子突然从黑暗中冲到车前，车没有采取刹车措施，酿成惨剧。

美国国家安全委员会对事故进行了深入调查。报告显示，汽车的激光雷达在事故发生前5.6秒探测到了受害者，但它被归类为汽车。

在接下来的几秒钟内，系统判断为汽车、自行车和不明物体，从未将受害者归类为行人。

根据美国国家公路运输安全管理局的数据，2016年，th……在美国，由于照明问题或不良照明习惯导致的撞车事故超过700万起，其中近200万起发生在黑暗中。在所有夜间撞车事故中，有18，000起致命事故。

如果优步的自动驾驶车辆安装了红外热像仪，在检测到人类的那一刻就可以将其归类为行人，并在第一时间采取相应的措施。

红外热像仪公司FLIR曾重现事故，发现红外热像仪探测到行人的时间比激光雷达早4倍。

其实红外热像仪作为辅助传感器出现在汽车上并不是什么新鲜事。

根据Zoos汽车研究的数据，2019年，中国安装夜视系统的新型乘用车销量为4609台，凯迪拉克、奔驰、宝马、奥迪等豪华车型安装了红外热像仪。

红外热像仪因为其特性，最近进入了无人驾驶公司的视线。

去年，Cruise发布了其首款无人驾驶汽车Origin，可以在没有安全员的情况下提供出租车服务。该车在Cruise内部配备了名为“超人激光雷达”的红外热成像仪。

12月，Zoox发布的首款纯电动无人驾驶汽车也配备了这种传感器，可以全天候对城市街道中的物体进行准确识别和分类。

目前红外热像仪在自动驾驶汽车上的应用可以分为车辆应用和车辆零部件应用两种。

整车应用是自动驾驶汽车配备多个红外热像仪，实现360度环境扫描。

车辆零部件的应用是红外热像仪与车内外各种零部件的集成，通过汽车零部件感知行驶环境。

在汽车的外部应用中，红外热像仪可以与汽车大灯集成，自动驾驶汽车的探测范围更广。

通过深度学习，系统检测到前方物体后，大灯也能自动切换远近光，转向物体方向。目前汽车夜视厂商Veoneer的第三代夜视系统就有这个功能。

在汽车内部应用上，红外热像仪与AEB自动紧急制动系统相结合，汽车在遇到危险时可以主动刹车或减速。

此外，近红外技术还应用于方向盘和前置摄像头，检测司机是否疲劳驾驶，识别身份。

红外热像仪与汽车的深度融合，将进一步提升汽车的整体智能。

会成为自动驾驶的标配吗？

红外热像仪能否广泛应用于自动驾驶汽车，成为行业内的标准传感器，一直存在争议。

Mobileye高级副总裁丹·加尔维斯(Dan Galvis)曾说:“这并不是你真正需要的，因为光学相机在夜间也能很好地工作，你还有一个不受光线影响的雷达系统作为备份。”

Seek Thermal副总裁蒂姆·莱博反驳说，自动驾驶汽车常用的光学雷达无法检测物体的热量来确定它们是否是生物。

他还引用了美国国家运输安全委员会关于美国优步事故的报告作为例子，称其也支持使用能够更好地区分物体和人类的传感器。

从双方的争论中不难看出，红外热像仪能否广泛应用于自动驾驶汽车，取决于其他传感器能否在夜间清晰识别物体。

随着近年来传感器的不断升级，夜视能力也有所提升。目前，无人驾驶公司已经采用高动态范围摄像头来提高无人驾驶汽车的夜视能力。

具体而言，高动态范围相机，即HDR相机，广泛用于智能手机。虽然高动态范围相机可以提供更多的细节，但它也有其缺点，即当拍摄过程中出现运动物体和闪光灯时，其成像很可能会模糊。在生物识别上，它的表现能力可能比不上红外热像仪。

其根源在于红外热像仪不受光线影响，通过精确的温度测量，可以更准确地判断生物。

例如，FLIR红外热像仪可以测量从-80°C到+3000°C的目标温度，并识别温度……e 0.01°C的变化..

同时，红外热像仪不同于雷达。热成像不发送信号来探测附近的障碍物，而是吸收周围生物和物体产生的热量，比其他传感器耗电更少。

尽管红外热像仪作为一种冗余方案表现良好，但目前仍存在许多缺陷，使其无法被市场普遍接受。

奥迪发言人Ellen Carey表示，“夜视摄像头和自动驾驶领域的其他硬件一样，有利有弊。热成像传感技术还需要克服成本、视觉和耐用性的挑战，以满足自动传感器的严格标准。”

首先，在成本方面，经过多年的研发，以美国和以色列为主的红外热像仪厂商的成本已经从5000美元降到1000美元，甚至更低。

根据孟菲斯咨询公司的数据，由于制造技术的提高和制造规模的显著增加，目前可以批量生产L2及以上级别的红外热像仪，未来每台热像仪的价格只有几百美元。

尽管如此，相对于毫米波雷达、光学相机等传感器的成本，以及它给自动驾驶带来的冗余价值，红外热像仪的性价比仍然较低。

在视场方面，红外热像仪普遍较小。就连红外热像仪知名厂商FLIR的最大水平视场角也是75度，远低于百度的激光雷达和毫米波雷达甚至360度。

此外，红外热像仪的耐久性也是一个大问题。

红外热像仪在使用过程中，由于内部零件的磨损和老化，精度会降低，使用几年后需要更换零件。目前很难达到和其他车辆仪表传感器一样的使用寿命。

虽然最近很多公司都在把红外热像仪应用到无人驾驶汽车上，但是能否成为行业主流还是有疑问的。即使能穿透大气层，也会因为雾、烟等空气中颗粒的增加而降低可探测范围。

荣源启星副总裁邱告诉新智家:“从冗余的角度来看，热传感器也可以作为多传感器融合的输入特征，以增强效果的准确性。是否采用热成像传感器，需要根据使用场景进行评估。由于热成像传感器受环境影响较大，需要综合评估。”

总结

美国自动驾驶汽车制造商Nutonomy的首席执行官Karl Iagnemma认为，红外成像可以在黑暗的环境和恶劣的天气条件下稳定工作，是其他传感器的自然补充。

目前各主机厂和造车新势力都宣布旗下新车型将采用激光雷达，以多传感器融合带来更高的安全性和先进的自动驾驶为宣传卖点，证明了如何给用户带来更好的驾驶体验是未来汽车的发展趋势，红外热像仪的应用在一定程度上可以满足这一点。

业内普遍认为，2022 -2023年将是L2及以上自动驾驶汽车大规模采用红外热像仪的时间节点。

随着红外热像仪改进计划的实施和汽车规模的逐步扩大，红外热像仪有可能成为自动驾驶汽车辅助驾驶系统和传感器中的经济型部件，可用于量产。

虽然目前自动驾驶公司对红外热像仪的实用性看法不一，但可以肯定的是，通过各种技术方案保证汽车行驶的安全性将是无人驾驶公司和汽车厂商不变的主题。

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红外热像仪的加入可能会为解决感知冗余增加一种新的选择。

近日，苹果汽车公布了一项汽车夜视系统专利。

专利描述表明该系统可以解决……通过结合可见光、近红外波传感器和长红外波传感器，在夜间或弱光环境中进行目标检测和分类的挑战。

这里的长红外波传感器，也就是红外热像仪。能够以强调安全性和稳定性为基线进入苹果的眼中，就说明了自己的高明之处。

那么，红外热像仪如何应用在同样注重行车安全的自动驾驶汽车上呢？能否成为自动驾驶的标准传感器？

什么是红外热像仪？

任何表面温度高于-273℃的物体都会辐射出红外波，物体的温差可以通过红外热像仪用不同的颜色显示出来。

温度越高，辐射的能量越大。

红外线的波长范围在0.75微米到1000微米之间，根据波长不同可分为五类，即:

近红外，波长范围为0.75微米至1.4微米。

短波红外线，波长范围1.4 -3微米。

中红外，波长范围3微米-6微米。

长波红外，波长范围6微米-15微米。

远红外，波长范围15微米-1000微米。

其中，由于大气中的二氧化碳、水蒸气、臭氧、一氧化碳等各种粒子都能吸收和反射光线，因此只有近红外、中红外和长红外能穿透大气。

三种红外波长不同，应用方法也不同。

近红外成像主要是基于室温目标温度和环境温度的比较，像黑白照片一样显示物体的细节。

特别是在能见度较低的夜间环境中，星星和月亮发出的微光以及大气辉光中的红外辐射主要集中在近红外波段，可以通过近红外夜视增强视觉感知。

但近红外波无法测量物体的温度，也不属于红外热像仪的波长。

中长波红外根据物体的温度显示图像，不受光线影响，能穿透大气。它的感知范围在几十米到几千米之间，可以帮助驾驶员在白天和夜晚、雾天和雨天以及对面灯光刺眼的情况下看清路况。

因此，这两个波长是红外热像仪的主要波段，广泛应用于包括汽车在内的许多领域。

苹果的汽车专利显示，可见光提供了最高的分辨率，辅以探测距离远的近红外传感器和探测范围广的长红外传感器，可以清晰显示大灯范围外的行人和危险物体。

随着各种红外技术的融合，自动驾驶汽车可以在各种环境下感知目前无法准确识别的目标，获得更清晰的视野。

红外热像仪的使命

为了尽可能的提高自动驾驶的安全性，自动驾驶方案的主机厂和提供商都在不断的给汽车添加各种传感器，以减少安全事故的发生。

激光雷达、毫米波雷达、光学相机等传感器悉数上阵，但技术事故依然层出不穷。

2018年3月夜间，一辆装有上述传感器的优步自动驾驶汽车在美国亚利桑那州坦佩市撞死了一名过马路的女子。

肇事车的视频显示，优步自动驾驶汽车当时正在照明环境较差的道路上高速行驶，只有汽车的大灯亮着。一名女子突然从黑暗中冲到车前，车没有采取刹车措施，酿成惨剧。

美国国家安全委员会对事故进行了深入调查。报告显示，汽车的激光雷达在事故发生前5.6秒探测到了受害者，但它被归类为汽车。

在接下来的几秒钟内，系统判断为汽车、自行车和不明物体，从未将受害者归类为行人。

根据美国国家公路运输安全管理局的数据，2016年，美国因照明问题或不良照明习惯发生的撞车事故超过700万起，其中近200万起发生在黑暗中。在所有夜间撞车事故中，有18，000起致命事故。

如果优步的自动驾驶车辆配备了红外热像仪，在检测到的那一刻，它可以被归类为行人……人类，并能在第一时间采取相应的措施。

红外热像仪公司FLIR曾重现事故，发现红外热像仪探测到行人的时间比激光雷达早4倍。

其实红外热像仪作为辅助传感器出现在汽车上并不是什么新鲜事。

根据Zoos汽车研究的数据，2019年，中国安装夜视系统的新型乘用车销量为4609台，凯迪拉克、奔驰、宝马、奥迪等豪华车型安装了红外热像仪。

红外热像仪因为其特性，最近进入了无人驾驶公司的视线。

去年，Cruise发布了其首款无人驾驶汽车Origin，可以在没有安全员的情况下提供出租车服务。该车在Cruise内部配备了名为“超人激光雷达”的红外热成像仪。

12月，Zoox发布的首款纯电动无人驾驶汽车也配备了这种传感器，可以全天候对城市街道中的物体进行准确识别和分类。

目前红外热像仪在自动驾驶汽车上的应用可以分为车辆应用和车辆零部件应用两种。

整车应用是自动驾驶汽车配备多个红外热像仪，实现360度环境扫描。

车辆零部件的应用是红外热像仪与车内外各种零部件的集成，通过汽车零部件感知行驶环境。

在汽车的外部应用中，红外热像仪可以与汽车大灯集成，自动驾驶汽车的探测范围更广。

通过深度学习，系统检测到前方物体后，大灯也能自动切换远近光，转向物体方向。目前汽车夜视厂商Veoneer的第三代夜视系统就有这个功能。

在汽车内部应用上，红外热像仪与AEB自动紧急制动系统相结合，汽车在遇到危险时可以主动刹车或减速。

此外，近红外技术还应用于方向盘和前置摄像头，检测司机是否疲劳驾驶，识别身份。

红外热像仪与汽车的深度融合，将进一步提升汽车的整体智能。

会成为自动驾驶的标配吗？

红外热像仪能否广泛应用于自动驾驶汽车，成为行业内的标准传感器，一直存在争议。

Mobileye高级副总裁丹·加尔维斯(Dan Galvis)曾说:“这并不是你真正需要的，因为光学相机在夜间也能很好地工作，你还有一个不受光线影响的雷达系统作为备份。”

Seek Thermal副总裁蒂姆·莱博反驳说，自动驾驶汽车常用的光学雷达无法检测物体的热量来确定它们是否是生物。

他还引用了美国国家运输安全委员会关于美国优步事故的报告作为例子，称其也支持使用能够更好地区分物体和人类的传感器。

从双方的争论中不难看出，红外热像仪能否广泛应用于自动驾驶汽车，取决于其他传感器能否在夜间清晰识别物体。

随着近年来传感器的不断升级，夜视能力也有所提升。目前，无人驾驶公司已经采用高动态范围摄像头来提高无人驾驶汽车的夜视能力。

具体而言，高动态范围相机，即HDR相机，广泛用于智能手机。虽然高动态范围相机可以提供更多的细节，但它也有其缺点，即当拍摄过程中出现运动物体和闪光灯时，其成像很可能会模糊。在生物识别上，它的表现能力可能比不上红外热像仪。

其根源在于红外热像仪不受光线影响，通过精确的温度测量，可以更准确地判断生物。

例如，FLIR红外热像仪可以测量-80℃到+3000℃的目标温度，并识别0.01℃的温度变化..

同时，红外热像仪不同于雷达。热成像不发送信号来探测附近的障碍物，而是吸收周围生物和物体产生的热量，比其他传感器耗电更少。

尽管红外热像仪作为一种冗余方案表现良好，…目前还存在许多缺陷，使其不能被市场普遍接受。

奥迪发言人Ellen Carey表示，“夜视摄像头和自动驾驶领域的其他硬件一样，有利有弊。热成像传感技术还需要克服成本、视觉和耐用性的挑战，以满足自动传感器的严格标准。”

首先，在成本方面，经过多年的研发，以美国和以色列为主的红外热像仪厂商的成本已经从5000美元降到1000美元，甚至更低。

根据孟菲斯咨询公司的数据，由于制造技术的提高和制造规模的显著增加，目前可以批量生产L2及以上级别的红外热像仪，未来每台热像仪的价格只有几百美元。

尽管如此，相对于毫米波雷达、光学相机等传感器的成本，以及它给自动驾驶带来的冗余价值，红外热像仪的性价比仍然较低。

在视场方面，红外热像仪普遍较小。就连红外热像仪知名厂商FLIR的最大水平视场角也是75度，远低于百度的激光雷达和毫米波雷达甚至360度。

此外，红外热像仪的耐久性也是一个大问题。

红外热像仪在使用过程中，由于内部零件的磨损和老化，精度会降低，使用几年后需要更换零件。目前很难达到和其他车辆仪表传感器一样的使用寿命。

虽然最近很多公司都在把红外热像仪应用到无人驾驶汽车上，但是能否成为行业主流还是有疑问的。即使能穿透大气层，也会因为雾、烟等空气中颗粒的增加而降低可探测范围。

荣源启星副总裁邱告诉新智家:“从冗余的角度来看，热传感器也可以作为多传感器融合的输入特征，以增强效果的准确性。是否采用热成像传感器，需要根据使用场景进行评估。由于热成像传感器受环境影响较大，需要综合评估。”

总结

美国自动驾驶汽车制造商Nutonomy的首席执行官Karl Iagnemma认为，红外成像可以在黑暗的环境和恶劣的天气条件下稳定工作，是其他传感器的自然补充。

目前各主机厂和造车新势力都宣布旗下新车型将采用激光雷达，以多传感器融合带来更高的安全性和先进的自动驾驶为宣传卖点，证明了如何给用户带来更好的驾驶体验是未来汽车的发展趋势，红外热像仪的应用在一定程度上可以满足这一点。

业内普遍认为，2022 -2023年将是L2及以上自动驾驶汽车大规模采用红外热像仪的时间节点。

随着红外热像仪改进计划的实施和汽车规模的逐步扩大，红外热像仪有可能成为自动驾驶汽车辅助驾驶系统和传感器中的经济型部件，可用于量产。

虽然目前自动驾驶公司对红外热像仪的实用性看法不一，但可以肯定的是，通过各种技术方案保证汽车行驶的安全性将是无人驾驶公司和汽车厂商不变的主题。

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