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“自動駕駛若再想向前發(fā)展，就得添加新的傳感器。”有人如此說道。
據(jù)統(tǒng)計，中國近年來每年都會發(fā)生將近20萬起交通事故，其中60%均發(fā)生在夜間，造成的死亡人數(shù)占比達50%。
即便目前車輛上已配備了十數(shù)個傳感器，也不能解決所有夜間場景的安全問題，特斯拉的多次重大交通事故均在夜間發(fā)生。夜間行駛的安全保障成為了自動駕駛不可繞過的話題之一。
如果現(xiàn)有的傳感器都不能保障夜間諸多場景的行駛安全，那應如何解決這個問題？
據(jù)新智駕了解，包括但不限于廣汽埃安、長城、長安、東風、一汽紅旗等車企，以及Waymo、滴滴等自動駕駛巨頭都在推進紅外傳感器上車。
繼激光雷達與4D毫米波雷達之后，紅外熱成像傳感器，正逐漸被推到自動駕駛領域的臺前。
極端天氣優(yōu)勢明顯
就廣汽埃安的相關車型而言，“紅外傳感器將會安裝在前保險杠車牌上方，視場角為水平45*垂直37，與當前ADAS攝像頭相當，對人的探測距離為90米，車輛為120米。”廣汽埃安智駕負責人說道。
智能駕駛「進階」必選項？車圈巨頭都在布局這種「新型」傳感器
圖源：廣汽埃安
這并非紅外傳感技術在汽車行業(yè)中的首次應用。早在2000年，凱迪拉克 DeVille便將紅外夜視系統(tǒng)搭載上車，該車也是全球量產(chǎn)車中第一輛裝配紅外技術的車型。
彼時紅外傳感器只是在燃油車上一個選配的小部件。隨著時間的推移，自動駕駛成為了汽車領域的熱門話題。在多種落地場景中，紅外傳感器可全天候工作，不受極端天氣影響等優(yōu)勢也愈發(fā)凸顯出來。
2019年起，紅外傳感器開始進入自動駕駛領域：
2019年，瑞典汽車零部件供應商Veoneer公司宣布，為世界領先的某汽車制造商的L4級自動駕駛汽車提供最新車載熱成像系統(tǒng)NV4，這是汽車制造商首次決定在自動駕駛汽車上使用紅外傳感器。
2020年12月，Zoox發(fā)布了首款純電動無人駕駛汽車，該汽車便搭載了熱像儀。
2021年5月，ADASTEC在其flowride.ai自動駕駛平臺集成了兩顆熱像儀，重點提升了對道路、道路附近以及公交車站等所有易受傷害的道路使用者的探測和安全。
今年，自動駕駛領域?qū)t外傳感器的關注度有增無減，不僅前文所述的廣汽埃安等車企將對紅外傳感器有所應用，幾何伙伴、深向科技（DeepWay）、踏歌智行等公司也正在對紅外進行布局。
紅外傳感器在自動駕駛領域的應用開始初現(xiàn)苗頭，其主要優(yōu)勢有三：
第一，夜間識物。紅外利用生命體熱輻射成像，彌補“雷達+攝像頭”依賴形狀識別能力不足，即便在夜間無光源，完全黑暗的情況下也能清晰辨別行人，動物及車輛。
智能駕駛「進階」必選項？車圈巨頭都在布局這種「新型」傳感器
第二，穿透霧靄。紅外波長長于可見光，大氣穿透能力更強，成像不受霧霾、沙塵等惡劣天氣影響，因此在粉塵嚴重的礦區(qū)及常有大霧的港口，紅外傳感器可不受影響正常識物。
智能駕駛「進階」必選項？車圈巨頭都在布局這種「新型」傳感器
第三，無懼眩光。紅外只接收中長波信息，不接收可見光波段信息，在防眩光方面紅外傳感器具有天然優(yōu)勢。
智能駕駛「進階」必選項？車圈巨頭都在布局這種「新型」傳感器
除了上述優(yōu)勢，紅外傳感器在ADAS場景應用中也愈發(fā)重要。在前方碰撞預警（FCW ）、自適應巡航控制（ACC）、變道輔助系統(tǒng)（LCA ）、行人碰撞預警（PCW）、自動泊車（AP），泊車輔助（PA）等諸多行泊車功能上紅外傳感器均可起到輔助效果。
紅外傳感器還可對車輛起到檢測作用。通過實時監(jiān)測目標物體的溫度分布情況，更快速、更準確地診斷出汽車設計、結構等方面的相關缺陷，從而用于制動系統(tǒng)故障診斷、車身氣密性檢測、車窗加熱絲檢測、汽車排氣管檢測等。
紅外傳感器當然也有一些先天缺陷，如圖像紋理信息較少等。另外，紅外傳感器若長時間朝向太陽，則會對芯片造成一定程度的灼傷。在夏季，建筑物的溫度與人體溫度可能會趨同，紅外傳感器的圖像會有一定幾率無法辨別行人及障礙物，這時則需要圖像處理算法來對圖像進行處理進而辨別目標。
整體上來說，紅外傳感器在黑暗、霧靄、沙塵等場景下的特殊優(yōu)勢是現(xiàn)階段的傳感器組合所不具備的。
在多位業(yè)內(nèi)人士看來，目前能用的傳感器都已經(jīng)上車了，自動駕駛若再想向前發(fā)展，就得添加新的傳感器，紅外傳感器也就成為了行業(yè)的新選擇。
技術層面初步成熟
追根溯源，紅外傳感器技術的發(fā)展始于美國，并長期運用在軍事領域。由于軍事敏感性及探測器技術壁壘較高，具備核心技術的少數(shù)國家長期實行技術封鎖甚至禁運，使紅外傳感器成本居高不下。
經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國已逐漸攻克關鍵技術，并形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。不管是上游的材料、芯片設計制造、探測器封裝，中游以機芯集成與整機、系統(tǒng)生產(chǎn)廠商，還是下游具體應用我國均有覆蓋。睿創(chuàng)微納，高德紅外，海康威視等企業(yè)也在這個過程中逐漸崛起。
現(xiàn)階段紅外傳感器在自動駕駛領域中的應用雖然不多，但其原理并不復雜。
一個紅外傳感器的核心零部件包括鏡頭、探測器、后續(xù)電路及圖像處理軟件。
紅外傳感器先利用探測器把將進入鏡頭的紅外輻射轉變?yōu)殡娦盘枺盘柕拇笮】煞从吵黾t外輻射的強弱，隨后用后續(xù)電路將電信號進行放大和處理，再通過圖像處理軟件處理后得到電子視頻信號，進而得到可見圖像。
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紅外輻射即紅外線，是一種不可見光。自然界中，所有高于絕對零度（-273℃）的物體都在不斷輻射紅外線，其能量大小與物體表面溫度和材料特性直接相關——溫度越高，紅外線能量越大。
早期搭載紅外夜視系統(tǒng)的車型，其價格均在百萬級別，如奧迪A8L、奔馳S級及寶馬7系等。彼時國內(nèi)的紅外技術尚不成熟，車載紅外夜視系統(tǒng)成本十分高昂。
拉姆達夜視CEO周殿清認為，成本是掣肘紅外傳感器上車的關鍵。“一套高性能紅外傳感器的成本甚至高于普通汽車的發(fā)動機加變速箱的成本。”
想要降低成本，需要在封裝技術和像元尺寸上進行突破。
封裝技術是應用于探測器的一項核心技術，它是紅外傳感器中技術壁壘最高及成本占比最高的環(huán)節(jié)，封裝成本可以占到探測器成本的30%-50%以上。
目前可選擇的封裝方式有金屬封裝、陶瓷封裝及晶圓級封裝三種。其中，晶圓級封裝更受推崇，雖然技術難度大，但集成效果好，可減小探測器的封裝體積，并能使封裝成本大幅下降，滿足車載紅外傳感器小型化、低成本的需求。
近年來，我國企業(yè)在封裝技術上不斷進行突破，睿創(chuàng)微納相關負責人告訴新智駕：“當前大規(guī)模量產(chǎn)的紅外傳感器是以12μm陶瓷封裝和晶圓級封裝為主，車規(guī)級紅外傳感器采用的均是晶圓級封裝技術并且可以實現(xiàn)量產(chǎn)。”
據(jù)睿創(chuàng)微納2021年年報顯示，其金屬封裝和陶瓷封裝紅外探測器年產(chǎn)能達80萬只，晶圓級封裝紅外探測器年產(chǎn)能則達到260萬只。
另外一個降低成本的關鍵是像元尺寸，紅外探測器像元尺寸對于制造成本的影響主要體現(xiàn)在兩方面：
其一：像元尺寸的縮小可以在不影響圖像質(zhì)量的前提下，使相應的鏡頭尺寸縮小，小尺寸的鏡頭成本更低。
其二：像元尺寸的縮小將可以減少芯片面積，從而提高單位晶圓面積上的芯片產(chǎn)量。企業(yè)可以在同一塊晶圓上可以切割出更多的芯片，進而降低成本。
隨著技術進一步發(fā)展，國產(chǎn)紅外芯片的像元尺寸正從14μm、12μm、10μm不斷縮小。在這方面，我國已經(jīng)走在了世界前列，并且睿創(chuàng)微納已經(jīng)攻克了8μm紅外探測器芯片。
紅外探測器國產(chǎn)化、晶圓級封裝逐步成熟、像元尺寸變小，諸多因素讓紅外傳感器的成本已經(jīng)下探到了上車的條件，并且也滿足了車載的高分辨率及輕量化的需求。
睿創(chuàng)微納相關負責人還表示：“車載紅外傳感器的幀頻已經(jīng)可以達到50-60幀，而激光雷達只有10-20幀，通常在自動駕駛多傳感器融合時，為了配合激光雷達的幀數(shù)，其他高幀頻的傳感器會進行降頻處理。”
也就是說，在技術層面紅外傳感器已經(jīng)走到了初步搭載上車的階段。
規(guī)模上車仍需等待
既然紅外傳感器技術已經(jīng)逐步成熟，那車企為何遲遲不用？
就像馬斯克認為只有傻瓜才會用激光雷達一樣，紅外傳感器的應用其實也存在著分歧。
一些看衰紅外傳感器的言論認為，紅外傳感器只在特定場景才不可或缺，多少有“雞肋”之嫌。
而堅定的支持者則表示，紅外傳感器可以有效彌補現(xiàn)階段傳感器的不足，上車是必然趨勢。
其實，如果在安全冗余的角度來看，紅外傳感器的存在一點也不“多余”。建立完備的安全冗余機制是實現(xiàn)高級別自動駕駛的必要環(huán)節(jié)，車輛上也有一些零部件只有在特定條件下才啟動工作。
現(xiàn)階段自動駕駛安全系統(tǒng)中的主力傳感器有三：可見光攝像頭、毫米波雷達與激光雷達。這三種傳感器的組合已經(jīng)能解決大部分場景的感知問題，但夜晚，雨霧，霧霾等惡劣天氣場景仍力有不逮。
也正是在這些場景中行駛安全隱患較大，由于照明不良、能見度差等因素導致駕駛員對路況的漏判和錯判而引發(fā)交通事故的例子不勝枚舉。據(jù)統(tǒng)計，晚上的交通量雖比白天減少了約60%，但有40%的致命性車禍都發(fā)生在夜間。
在這些特殊場景下，紅外傳感器可以對現(xiàn)階段的傳感器組合進行彌補，其不受環(huán)境光照影響，防眩光等優(yōu)勢可以為駕駛員的安全再添一層保障。
因此，在不少業(yè)內(nèi)人士的觀點中，紅外傳感器對于自動駕駛而言并非“雞肋”，而是“剛需”。正如安全冗余的基本概念所述，要“制定雙重甚至多重措施來預防事故”。
至于目前為何還未上車，原因大概有兩個。第一個原因還在于成本，第二個則是技術路線的問題。
前文已經(jīng)提到，封裝技術的進步與像元尺寸縮小已經(jīng)讓紅外傳感器的成本初步下探到了上車的條件。
廣汽埃安智駕相關負責人向新智駕透露：“常規(guī)的車規(guī)級紅外傳感器價格在2000-4000元不等，部分廠商的價格可以下探到2000以內(nèi)。若是碰撞導致外部元器件受損，維修費用可能要300-500元。”
盡管單價算不上便宜，但睿創(chuàng)微納告訴我們，紅外傳感器的使用壽命最長能達到10年以上。
若想成本再降一步，則要看需求上能否形成規(guī)模效應。
2020年以前，除了在影視劇里見到紅外傳感技術，人們在現(xiàn)實生活場景中鮮有觸及。
2020年后，受新冠疫情影響，地鐵，車站等公共場所的溫度監(jiān)測成為常態(tài)化要求，紅外設備才在日常生活場景中隨處可見。我們最常見到的手持測溫槍，也是對紅外熱成像技術的應用體現(xiàn)之一。
如今，紅外測溫儀器已經(jīng)成為了疫情防控必需品，隨著需求上升，其成本也有所下降。周殿清直言：“像我們做后裝市場的，疫情后采購紅外設備已經(jīng)便宜不少了。”
下一步，則要看汽車市場能否對紅外傳感器形成規(guī)模化的需求，進而帶動成本再降。
第二個原因則是關于技術路線的討論。
從可見光攝像頭，毫米波雷達及激光雷達的上車順序來看，車載傳感器的發(fā)展路線為先集中力量攻關“普遍性”的問題，再考慮“特殊性”的情況。
即先保障白天及光線充足的多數(shù)行駛場景下的行車安全，再針對夜間及惡劣天氣等少數(shù)行駛場景進行安全冗余設計。
周殿清告訴新智駕：“當激光雷達上車之后，大約90%的路況均可有效勘測，而剩下的10%是激光雷達配合可見光解決不了的，這10%的路況才需要用到紅外傳感器。”
睿創(chuàng)微納技術部負責人同樣認為，“目前行業(yè)還停留在采用激光雷達+可見光攝像頭解決白天問題的階段。”
不僅僅是乘用車，現(xiàn)階段其他自動駕駛企業(yè)猛攻的礦區(qū)、港口、貨運等細分落地場景，已經(jīng)涉及到了不同程度的夜間作業(yè)。
從滴滴、AutoX、文遠知行的Robotaxi夜間路測，再到元戎啟行宣布進軍夜間同城貨運等，均可看出自動駕駛領域“夜間行駛”的需求之強烈。而夜間行駛的安全問題，則讓紅外傳感器成為了不可或缺的一角。
