熱成像儀的原理
熱成像技術透過將每個解析點成像到相機感測器中，來測量場景中的溫度差異。這些感測器通常採用矽CMOS技術製造，被稱為微測輻射熱計（micro-bolometers）。
它對7.5-14微米波長範圍內的熱輻射敏感，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。透過測量這些溫度差異，可以在各種照明和模糊條件下提供無與倫比的感知能力，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重要。
熱成像儀在自動駕駛領域的應用
在21世紀初，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，主要用於在照明不足或大霧地區，防止動物碰撞或行人受傷。由於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。
隨著美國國防部高階研究計劃局（DARPA）挑戰賽啟動了更高水平的自動駕駛，各種感測技術得到了重視，其中鐳射雷達（光探測和測距）吸引了大量關注和資金投入。
與雷達和可視攝像頭一起，這套感測器被廣泛宣傳為是最理想的感知堆疊，可實現更高階別的自動駕駛——L3或有條件的自動駕駛，即人類駕駛員可以隨時接管並在10秒警報後完全控制，以及在特定執行設計域（ODD）下的完全自動駕駛。
事實證明，實現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，因為它是一種感測器儀器，可以彌補LiDAR、雷達和視覺攝像頭的差距，包括在環境不佳時（霧、煙、蒸汽）探測動物和人類。
Waymo和Plus嘗試在感測器中新增熱成像儀，幫助卡車在高速上實現自動駕駛。Nuro、Cruise和Zoox也在專用車輛上搭載了熱成像儀，用於在人口稠密的城市提供最後一英里的食品、雜貨配送和叫車服務。
美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)是交通部(DOT)的下轄機構，在這一領域也很活躍，它最近為新車評估計劃(NCAP)釋出了徵求意見稿（RFC）。
作為RFC的一部分，NHTSA提議增加四種新的高階駕駛員輔助系統(ADAS)技術。這些技術包括盲點檢測、盲點干預、車道保持和行人自動緊急制動(PAEB)。特別是對於PAEB，RFC將熱成像技術列為一種潛在的感測技術。
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感測技術。有趣的是，提倡僅使用「可見光攝像頭」實現自動駕駛的特斯拉，也建議在夜間條件下評估紅外攝像機的PAEB。
Zoox也是支援使用熱成像技術的其中一家公司，它在雙向專用乘用車上使用了四個熱像儀堆疊作為感測器套件的一部分。Jesse Levinson（Zoox技術長）對增加這一功能作了如下說明：
推進L4自動駕駛解決極端情況，重點是為機器學習堆疊提供安全駕駛的最佳資訊。
熱像儀透過感知熱量，可以在光線和遮蔽條件下識別人類和動物。
這種感測方式可避免其他感測器（如LiDAR、雷達和可見光攝像頭）無法應對極端情況，例如弱光、煙霧、霧和蒸汽。熱像儀的使用有助於堆疊感知，以減少誤報。
高速公路並不要求有熱成像儀。對城市駕駛來說使用較寬的視野（FoV）和較低的成像範圍即可。
感測器堆疊的成本始終是一個問題。但Zoox從事的是服務業務，而不是汽車銷售業務。較高的感測器堆疊成本會隨著時間推移和收入增加而攤銷。
熱像儀的供應商
熱像儀的供應鏈在美國、歐洲、韓國、日本和中國都很發達。美國智慧感測技術公司Teledyne-FLIR是一家領先的感測器供應商。該公司前身是20世紀中期位於加州聖巴巴拉的FLIR公司，它在2004年收購了紅外成像產品開發商Indigo。於是，FLIR早期開始提供一些感測器，用於寶馬等OEM廠商的輔助駕駛系統。之後，Teledyne於2021年收購了FLIR。
如今，Teledyne-FLIR是領先的低緯度紅外熱像儀供應商，產品應用範圍廣泛，從消防安全到無人機和汽車。John Eggert是Teledyne-FLIR公司的汽車業務開發主管。Boson系列紅外熱像儀現已進入第四代，有640×512畫素的VGA（影片圖形陣列）格式或320×256畫素的QVGA格式，兩種格式的畫素間距均為12微米。
Teledyne-FLIR提供了重霧中行人探測效能的詳細比較，包括可見光（0.4-0.7微米）、SWIR（短波紅外，0.9-1.6微米）、MWIR（中波紅外，2-3.5微米）和LWIR（8-12微米）的成像儀，以及LiDAR資料（0.9微米）。在這些選項中，LWIR對於不同範圍和密度的霧氣表現最好。
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。鑑於8-12微米的波長範圍，鍺是軍用LWIR成像儀的傳統選擇。這種元素材料在這些波長上具有很好的光學特性。
然而，對於大批次的汽車應用，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。
總部設在比利時的優美科（Umicore）是一家領先的鍺光學和半導體供應商，用於透鏡、太陽能電池和紅外VCSEL（垂直腔表面發射鐳射器）。據業務發展總監Bendix De Moulmeister稱，鑑於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，世界各地的監管和安全評級機構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範圍和更寬的FoV效能，並可能使用單個QVGA成像儀。
對於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，以支援更遠的範圍和更窄的FoV，並在每輛車上部署多個攝像頭，用於高速公路駕駛。
然而，所有的汽車應用都需要有鍺光學器件的替代品。在材料製造和鏡頭製造方面，優美科生產的硫系玻璃具有以下優勢：
體積可擴充套件性：玻璃透鏡可以大批次成型，而不像鍺透鏡那樣必須經過加工處理。批次生產促進了批次可擴充套件性、高生產率和低資金投入和勞動力成本。
操作溫度範圍：廣泛用於汽車應用的溫度通常為-40°C至+85°C。由於鍺的特性，如傳輸損耗在這樣的溫度範圍內變化很大，必須使用其他材料來加熱製造，確保均勻的光學效能。硫系玻璃的特性可實現成本效益高的熱化，在廣泛的溫度範圍內獲得穩定的效能。
尺寸和重量：鍺的密度比玻璃大，因此更重。需要加熱的設計也增加了尺寸和重量。
成本：上述因素導致玻璃透鏡相對於鍺的成本更低。由於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和生產用於熱成像的硫系玻璃光學器件。美國國防部門在情報、監視和偵察（ISR）中使用LWIR攝像頭，其某些應用也正從鍺過渡到這種材料。
要想實現自動駕駛異常困難，特別是在公共交通領域，而安全是第一要務。如果目標是取代人類駕駛員，那麼增加感測器以應對極端情況很重要。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境的影響，所以，提供價效比高的輔助駕駛也無比重要。熱像儀就是對感測器系統的不錯補充，那麼，是否還需要更多的感測器模式呢？
原文連結：
https://infoworldnews.in/thermal-cameras-acquire-acceptance-for-adas-and-autonomous-vehicles/