熱成像配合緊急制動系統(tǒng)提升行車安全性

熱像儀在任何光線下都能探測到物體的能力，有助于提高車輛的自動緊急制動系統(tǒng)的性能。如今，大多數(shù)新型汽車和卡車都配備了自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)，但它們使用的傳感器技術(shù)，并不能在所有照明條件下都很好地工作。熱像儀被視為AEB的一種潛在傳感器選擇，它可以克服現(xiàn)有傳感技術(shù)的限制，因為它們能夠在弱光或無光條件下探測到物體。盡管車輛中越來越多地使用先進的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS），如緊急制動等功能，但是每年發(fā)生的交通事故數(shù)量仍然很高，尤其是在夜間行車涉及的行人、騎行者和動物等弱勢道路使用者（VRU）的事故。OwlAutonomousImaging（OwlAI）公司首席業(yè)務(wù)官WadeAppelman表示，在過去的十年中，交通事故中行人死亡人數(shù)量急劇增加，其中76%都發(fā)生在夜間。到目前為止，大多數(shù)安全法規(guī)都是針對駕駛員的；現(xiàn)在世界各地的許多政府都開始實施旨在改善行人安全的法規(guī)。在美國，國家公路交通安全管理局（NHTSA）于2023年5月宣布了一項擬議規(guī)則制定通知，要求客車和輕型卡車配備AEB和行人AEB系統(tǒng)。隨后，6月又對重型車輛（車輛額定總重（GVWR）大于10000磅的車輛，如重型卡車和公共汽車）提出了類似的規(guī)章要求。然而，Appelman在一次采訪發(fā)言中表示，早期的測試表明，目前市場上用于AEB系統(tǒng)的傳感器和攝像頭，在夜間都工作得不太好。因此，需要新技術(shù)來更好地保護弱勢道路使用者，并滿足NHTSA提出的要求。圖1：熱像儀可以探測車輛前照燈照明區(qū)域之外的范圍，因為它們不需要光來觀察物體。電流傳感器技術(shù)的不足AEB系統(tǒng)利用各種傳感器來探測物體，并在駕駛員不采取行動避免撞到探測到的物體時自動剎車，這在很大程度上依賴于液壓或氣動技術(shù)。為了讓AEB系統(tǒng)做出制動決策，它們必須首先探測并分類物體，以確定探測到的物體是汽車、人、動物還是其他什么東西。然后，系統(tǒng)需要確定對象的距離。Appelman說：“只有這樣，系統(tǒng)才能決定是否要踩剎車。為了做出自動剎車的行動決定，系統(tǒng)需要知道確實有物體存在、需要知道它是什么，以及它離車輛有多遠(yuǎn)。”如今，大多數(shù)配備ADAS的車輛都使用RGB相機，它們能夠在可見光條件下捕獲信息。Appelman介紹說，這些相機在探測物體、對物體進行分類方面做得很好，在正確的配置下甚至可以確定物體的距離。但就像人眼或手機攝像頭一樣，如果沒有照明（比如前燈、閃光燈或陽光），這些相機就看不見了?！癛GB相機在許多具有挑戰(zhàn)性的條件下都會失效，但現(xiàn)在大多數(shù)車輛仍在使用RGB相機。這就是為什么行人死亡人數(shù)增加的原因之一，因為如果它們運行得不夠良好，就會增加車輛撞到東西的可能性?！盇ppelman說道。雷達傳感器通常也會存在于當(dāng)前的安全系統(tǒng)中，用于物體探測。雷達傳感器擅長感知物體，但不會對物體進行分類。雷達傳感器只擅長探測和測距，而且成本低廉，這有助于它們在市場上的廣泛使用。激光雷達傳感器的使用越來越多，其在探測方面比雷達傳感器略勝一籌，這也是它們被視為自動駕駛汽車中關(guān)鍵傳感器技術(shù)的原因之一。然而，與雷達一樣，激光雷達傳感器也無法對物體進行分類，而且價格昂貴，盡管近年來價格有所下降?？紤]到當(dāng)前傳感技術(shù)存在的一些不足，應(yīng)該考慮其他類型的傳感器，特別是熱像儀，以幫助在弱光或無光條件下更好地對物體進行探測和分類。圖2：熱像儀可以在夜間從遠(yuǎn)處更好地探測行人和其他易受傷害的道路使用者，這對于配備緊急制動系統(tǒng)的車輛是非常有益的。熱像儀的好處由于熱像儀可以在完全黑暗和耀眼的光線下看到物體，因此它們能夠在任何光線條件下更好地探測物體。Appelman說：“熱像儀不需要光照，也不受光照的影響。它們工作在與其他技術(shù)完全不同的電磁波譜下?！睙嵯駜x工作在紅外波段，可以透過霧、雨、雪、灰塵和煙霧看到物體。因為熱像儀不需要光，所以可以探測到車輛前燈照明范圍之外大約50米的區(qū)域。根據(jù)鏡頭的配置，熱像儀可以確定180米范圍內(nèi)物體的距離和類別，這有足夠的時間讓車輛停下來，并決定采取適當(dāng)?shù)男袆印嵯駜x和普通相機的不同之處在于傳感器。OwlAI公司所使用的傳感器，當(dāng)其從被探測的環(huán)境中獲得熱能量時，會產(chǎn)生共振。“每種物體都有相對溫度，我們的技術(shù)能在可見光之外的光譜上看到輻射能量?！盇ppelman說。雖然這項技術(shù)已經(jīng)存在了一段時間，但它通常用于軍事領(lǐng)域，并且價格昂貴?，F(xiàn)在，隨著成本的逐漸下降，這項技術(shù)正在獲得更多的商業(yè)應(yīng)用，這反過來又有助于進一步降低成本。傳感器的分辨率對應(yīng)用而言也是一項挑戰(zhàn)。OwlAI一直致力于改善其熱像儀中使用的傳感器技術(shù)，它們已經(jīng)可以產(chǎn)生1200×800像素的高清圖像，并且能夠以大規(guī)模生產(chǎn)，這有助于提高成本效益。Appelman表示，OwlAI公司的熱像儀可用于前向視覺探測、以及后向和側(cè)向視覺探測，從而能夠更好地探測車輛周圍的情況。它們還可以與雷達和RGB相機等其他傳感器技術(shù)協(xié)同使用，以進一步提高成像和探測能力。例如，將RGB相機信息疊加在熱像儀的信息上，可以顯示探測到的環(huán)境的更多色彩強度，從而更容易看到停車標(biāo)志等物體。OwlAI將軟件與熱像儀配對使用，實現(xiàn)物體分割和分類。熱像儀探測到物體，然后軟件確定這些物體是什么。對于那些更關(guān)注在區(qū)域內(nèi)探測到人的應(yīng)用，該軟件也能勝任。圖3：熱像儀和軟件的配對，可以在任何照明條件下改善對行人、騎行者和其他物體的探測和分類。熱成像與緊急制動配合工作OwlAI的熱像儀等傳感技術(shù)在緊急制動系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們能探測到物體的存在，以便采取適當(dāng)?shù)男袆?。熱像儀連接到車輛的中央處理器，該處理器運行算法來分類或確定探測到的物體是什么。一旦識別出物體，就會通過車輛的計算機系統(tǒng)發(fā)送信號來啟動制動器。AEB系統(tǒng)探測、識別和采取行動的速度，對于確保VRU的安全以及滿足NHTSA和世界各地其他政府機構(gòu)的擬議法規(guī)至關(guān)重要。正如Appelman所解釋的，迄今為止的測試表明，熱像儀能夠快速、更準(zhǔn)確地探測VRU，尤其是在夜間，因此將有利于擬議法規(guī)的授權(quán)。圖4：一旦熱像儀探測到人或物體，它就會向車輛的中央計算機系統(tǒng)發(fā)送信號，以啟動制動器。目前，NHTSA針對額定車輛總重低于10000磅的車輛（客車和輕型卡車）的提案，要求具備能以62英里/小時的速度晝夜工作的AEB和行人AEB系統(tǒng)；而針對重型車輛的擬議規(guī)則，則要求AEB系統(tǒng)以6~50英里/小時的速度工作。一旦這些擬議規(guī)則成為法規(guī)并開始實施，汽車原始設(shè)備制造商大約需要3-5年去實施和通過安全標(biāo)準(zhǔn)。AEB系統(tǒng)的測試程序尚未完全確定，但目前的提案規(guī)定，行人AEB測試場地的環(huán)境照度不得超過0.2lux，Appelman表示，這相當(dāng)于低月光條件。他說：“汽車必須能夠在很遠(yuǎn)的距離外，在這樣的低光線下行駛、停車并探測到行人。使用目前市場上的技術(shù)，汽車在夜間很難看到物體?！币虼?，使用熱像儀可以更好地在夜間探測到物體，熱像儀可能是滿足擬議的NHTSA法規(guī)所必需的技術(shù)。OwlAI公司的測試已經(jīng)證明，與RGB相機相比，熱像儀在夜間能夠更好地探測和識別足類動物和其他VRU，因此可以更快地采取適當(dāng)?shù)男袆?。熱像儀能夠在惡劣天氣（如雨和霧）條件下工作的能力，也將有利于AEB，確保系統(tǒng)可以隨時采取安全行動。這種能力也有助于熱像儀在非公路機械中使用，如農(nóng)業(yè)和地下采礦，這些環(huán)境中可能存在大量灰塵和碎片，加之可能阻礙機器操作員觀察周圍環(huán)境的弱光條件。使用熱像儀可以更好地觀察工作現(xiàn)場，并提高機器周圍工作人員的安全性。隨著各種車輛和移動機器的自主性不斷提高，它們也將受益于熱成像技術(shù)的更大可用性。能夠在各種光線或天氣條件下探測物體，將有助于確保自動駕駛汽車的安全運行，這是目前人們關(guān)注的一個重要領(lǐng)域，尤其是那些在公共道路上行駛的汽車。將熱像儀與其他類型的傳感技術(shù)結(jié)合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)更廣泛的探測能力和安全性，這也將有助于未來自動駕駛的發(fā)展。“出于諸多原因，