热成像配合紧急制动系统提升行车安全性

热像仪在任何光线下都能探测到物体的能力，有助于提高车辆的自动紧急制动系统的性能。如今，大多数新型汽车和卡车都配备了自动紧急制动（AEB）系统，但它们使用的传感器技术，并不能在所有照明条件下都很好地工作。热像仪被视为AEB的一种潜在传感器选择，它可以克服现有传感技术的限制，因为它们能够在弱光或无光条件下探测到物体。尽管车辆中越来越多地使用先进的驾驶员辅助系统（ADAS），如紧急制动等功能，但是每年发生的交通事故数量仍然很高，尤其是在夜间行车涉及的行人、骑行者和动物等弱势道路使用者（VRU）的事故。OwlAutonomousImaging（OwlAI）公司首席业务官WadeAppelman表示，在过去的十年中，交通事故中行人死亡人数量急剧增加，其中76%都发生在夜间。到目前为止，大多数安全法规都是针对驾驶员的；现在世界各地的许多政府都开始实施旨在改善行人安全的法规。在美国，国家公路交通安全管理局（NHTSA）于2023年5月宣布了一项拟议规则制定通知，要求客车和轻型卡车配备AEB和行人AEB系统。随后，6月又对重型车辆（车辆额定总重（GVWR）大于10000磅的车辆，如重型卡车和公共汽车）提出了类似的规章要求。然而，Appelman在一次采访发言中表示，早期的测试表明，目前市场上用于AEB系统的传感器和摄像头，在夜间都工作得不太好。因此，需要新技术来更好地保护弱势道路使用者，并满足NHTSA提出的要求。图1：热像仪可以探测车辆前照灯照明区域之外的范围，因为它们不需要光来观察物体。电流传感器技术的不足AEB系统利用各种传感器来探测物体，并在驾驶员不采取行动避免撞到探测到的物体时自动刹车，这在很大程度上依赖于液压或气动技术。为了让AEB系统做出制动决策，它们必须首先探测并分类物体，以确定探测到的物体是汽车、人、动物还是其他什么东西。然后，系统需要确定对象的距离。Appelman说：“只有这样，系统才能决定是否要踩刹车。为了做出自动刹车的行动决定，系统需要知道确实有物体存在、需要知道它是什么，以及它离车辆有多远。”如今，大多数配备ADAS的车辆都使用RGB相机，它们能够在可见光条件下捕获信息。Appelman介绍说，这些相机在探测物体、对物体进行分类方面做得很好，在正确的配置下甚至可以确定物体的距离。但就像人眼或手机摄像头一样，如果没有照明（比如前灯、闪光灯或阳光），这些相机就看不见了。“RGB相机在许多具有挑战性的条件下都会失效，但现在大多数车辆仍在使用RGB相机。这就是为什么行人死亡人数增加的原因之一，因为如果它们运行得不够良好，就会增加车辆撞到东西的可能性。”Appelman说道。雷达传感器通常也会存在于当前的安全系统中，用于物体探测。雷达传感器擅长感知物体，但不会对物体进行分类。雷达传感器只擅长探测和测距，而且成本低廉，这有助于它们在市场上的广泛使用。激光雷达传感器的使用越来越多，其在探测方面比雷达传感器略胜一筹，这也是它们被视为自动驾驶汽车中关键传感器技术的原因之一。然而，与雷达一样，激光雷达传感器也无法对物体进行分类，而且价格昂贵，尽管近年来价格有所下降。考虑到当前传感技术存在的一些不足，应该考虑其他类型的传感器，特别是热像仪，以帮助在弱光或无光条件下更好地对物体进行探测和分类。图2：热像仪可以在夜间从远处更好地探测行人和其他易受伤害的道路使用者，这对于配备紧急制动系统的车辆是非常有益的。热像仪的好处由于热像仪可以在完全黑暗和耀眼的光线下看到物体，因此它们能够在任何光线条件下更好地探测物体。Appelman说：“热像仪不需要光照，也不受光照的影响。它们工作在与其他技术完全不同的电磁波谱下。”热像仪工作在红外波段，可以透过雾、雨、雪、灰尘和烟雾看到物体。因为热像仪不需要光，所以可以探测到车辆前灯照明范围之外大约50米的区域。根据镜头的配置，热像仪可以确定180米范围内物体的距离和类别，这有足够的时间让车辆停下来，并决定采取适当的行动。热像仪和普通相机的不同之处在于传感器。OwlAI公司所使用的传感器，当其从被探测的环境中获得热能量时，会产生共振。“每种物体都有相对温度，我们的技术能在可见光之外的光谱上看到辐射能量。”Appelman说。虽然这项技术已经存在了一段时间，但它通常用于军事领域，并且价格昂贵。现在，随着成本的逐渐下降，这项技术正在获得更多的商业应用，这反过来又有助于进一步降低成本。传感器的分辨率对应用而言也是一项挑战。OwlAI一直致力于改善其热像仪中使用的传感器技术，它们已经可以产生1200×800像素的高清图像，并且能够以大规模生产，这有助于提高成本效益。Appelman表示，OwlAI公司的热像仪可用于前向视觉探测、以及后向和侧向视觉探测，从而能够更好地探测车辆周围的情况。它们还可以与雷达和RGB相机等其他传感器技术协同使用，以进一步提高成像和探测能力。例如，将RGB相机信息叠加在热像仪的信息上，可以显示探测到的环境的更多色彩强度，从而更容易看到停车标志等物体。OwlAI将软件与热像仪配对使用，实现物体分割和分类。热像仪探测到物体，然后软件确定这些物体是什么。对于那些更关注在区域内探测到人的应用，该软件也能胜任。图3：热像仪和软件的配对，可以在任何照明条件下改善对行人、骑行者和其他物体的探测和分类。热成像与紧急制动配合工作OwlAI的热像仪等传感技术在紧急制动系统中发挥着关键作用，它们能探测到物体的存在，以便采取适当的行动。热像仪连接到车辆的中央处理器，该处理器运行算法来分类或确定探测到的物体是什么。一旦识别出物体，就会通过车辆的计算机系统发送信号来启动制动器。AEB系统探测、识别和采取行动的速度，对于确保VRU的安全以及满足NHTSA和世界各地其他政府机构的拟议法规至关重要。正如Appelman所解释的，迄今为止的测试表明，热像仪能够快速、更准确地探测VRU，尤其是在夜间，因此将有利于拟议法规的授权。图4：一旦热像仪探测到人或物体，它就会向车辆的中央计算机系统发送信号，以启动制动器。目前，NHTSA针对额定车辆总重低于10000磅的车辆（客车和轻型卡车）的提案，要求具备能以62英里/小时的速度昼夜工作的AEB和行人AEB系统；而针对重型车辆的拟议规则，则要求AEB系统以6~50英里/小时的速度工作。一旦这些拟议规则成为法规并开始实施，汽车原始设备制造商大约需要3-5年去实施和通过安全标准。AEB系统的测试程序尚未完全确定，但目前的提案规定，行人AEB测试场地的环境照度不得超过0.2lux，Appelman表示，这相当于低月光条件。他说：“汽车必须能够在很远的距离外，在这样的低光线下行驶、停车并探测到行人。使用目前市场上的技术，汽车在夜间很难看到物体。”因此，使用热像仪可以更好地在夜间探测到物体，热像仪可能是满足拟议的NHTSA法规所必需的技术。OwlAI公司的测试已经证明，与RGB相机相比，热像仪在夜间能够更好地探测和识别足类动物和其他VRU，因此可以更快地采取适当的行动。热像仪能够在恶劣天气（如雨和雾）条件下工作的能力，也将有利于AEB，确保系统可以随时采取安全行动。这种能力也有助于热像仪在非公路机械中使用，如农业和地下采矿，这些环境中可能存在大量灰尘和碎片，加之可能阻碍机器操作员观察周围环境的弱光条件。使用热像仪可以更好地观察工作现场，并提高机器周围工作人员的安全性。随着各种车辆和移动机器的自主性不断提高，它们也将受益于热成像技术的更大可用性。能够在各种光线或天气条件下探测物体，将有助于确保自动驾驶汽车的安全运行，这是目前人们关注的一个重要领域，尤其是那些在公共道路上行驶的汽车。将热像仪与其他类型的传感技术结合使用，能够实现更广泛的探测能力和安全性，这也将有助于未来自动驾驶的发展。“出于诸多原因，