红外热成像技术在车载传感器中的应用与发展

东莞万江律师获悉

作者|楚华

出品|颜智

志全|进入相机镜头/模组/CMOS芯片组，添加微

早在2000年，凯迪拉克车型就采用了红外夜视技术。后来宝马、奔驰、奥迪、大众、通用、红旗、比亚迪等车型的部分车型也配备了红外技术。去年下半年，东风回士、广汽艾安也正式宣布搭载红外系统。红外热成像如火如荼地加入了车辆传感器的“战场”。

红外传感技术不依赖光源，不受雾霾、雨雪等恶劣天气影响。通过热辐射成像，可以提高汽车的全时传感能力，提高行车安全。近年来，红外传感技术已应用于从智能驾驶到座舱的各个领域。本文就来谈谈红外热成像技术。

图1、来源官网

01 什么是红外热成像？

自然界中，任何温度大于绝对零（-273℃）的物体都可以辐射红外线，它与可见光、紫外线、X射线、伽马射线、宇宙射线和无线电波一起，形成完整的、连续的射线。电磁频谱。红外光的波长在0.76μm至1000μm之间，比红光长，肉眼看不见。

图2、来源：瑞创微纳招股书

红外热成像技术将不可见的红外辐射转换成肉眼可以观察到的红外热图像，可以反映目标表面的温度分布。温度越高，红外能量越大。不同的物体甚至同一物体的不同部位，其辐射能力及其对红外线的反射能力不同。红外热成像利用物体与背景环境之间的辐射差异以及物体本身各部分的辐射差异，可以呈现场景各部分的辐射波动，从而显示场景的特征。

图3、可见光与红外热成像对比

02 红外技术成像原理

红外热像仪检测目标物体的红外辐射，然后通过光电转换、电信号处理和数字图像处理将目标物体的温度分布图像转换为视频图像。

图4、来源：瑞创微纳招股书

简单来说，将红外图像转换为可见光图像分为三个步骤。第一步是使用对红外辐射敏感的红外探测器将红外辐射转换成微弱的电信号。信号的大小可以反映红外辐射的强度；第二步是利用后续电路对微弱的电信号进行放大和处理。处理，从而清晰地采集目标物体的温度分布；第三步，通过图像处理软件对上述放大后的电信号进行处理，得到电子视频信号。电视成像系统将反映目标红外辐射分布的电子视频信号。将其显示在屏幕上以获得可见图像。

核心部件：红外探测器

红外热像仪的核心部件是红外探测器，用于检测、识别和感知红外辐射。探测器的水平直接决定了最终可见图像的清晰度和灵敏度。

红外探测器可分为制冷探测器和非制冷探测器。具体对比如下：

类型

特征

应用场景

冷却探测器

基于光电效应，也称为光子探测器。此类检测器需要在液氮低温条件下工作，需要配备制冷机。具有灵敏度高、作用距离远的特点，但设备体积大、功耗高、寿命短。

主要应用于航空航天、船舶等高端领域。

非制冷探测器

根据热敏材料温度升高后物理性质的变化，又称热探测器。此类探测器可在室温下使用，具有轻便、结构简单、成本低、功耗低、寿命长等优点，但灵敏度低、观察距离短。

它可以满足一般军事需求和大多数民用需求。

车载红外技术一般采用此类探测器。

03 红外热成像的优缺点

与目前常用的摄像机、雷达等相比，红外热成像具有明显的优势：

1、更好的生物体识别能力：任何温度高于绝对温度（-273℃）的生物体都会散发热量。根据红外热成像原理，弥补了可见光传感器的缺点，提供更好的保护。行人和小动物。

图5，来自网络

2、弱光或无光环境下成像能力强：由于红外技术不依赖于光线，所以在雨、雾、烟、隧道等可见光较差或无可见光的场景下，效果还是比较好的。夜晚。

图6、来自网络

3、无惧眩光

红外线只接收中长波信息，不接收可见光波段信息。夜间行车等强弱光交替的场景仍能清晰成像，感知功能不会受到影响。这也是夜间使用的常见场景，如下图：

图7，来自网络

然而，红外技术也有缺点：

1、与可见光信息丰富的纹理和清晰的图像边缘相比，红外图像只有亮度信息而没有颜色信息，边缘模糊，细节不清晰。例如，如果一只站立的猴子和一个攀爬的人同时站在马路中间，红外成像可能无法区分谁是猴子，谁是人。

2、由于红外图像成像原理的限制，温差较小的物体的热辐射值也相近。反映在图像中时，背景信息的灰度值差别不大，导致红外图像对比度较低。例如，如果两个人并排站立，他们的身体轮廓就非常模糊，几乎难以区分。

3、由于红外探测器阵列数量较少，且探测单元体积有限，导致红外图像的分辨率较低。

4、红外技术在工作过程中存在各种噪声（这个问题在可见光成像中也存在），导致信噪比特别低，噪声很多，图像模糊。

04 红外热成像在自动驾驶中的应用

目前智能驾驶中使用的摄像头、雷达、激光雷达等都是通过可见光获取信息。它们主要依靠可见光传感器接收物体反射的光或者自身发出的光，然后将光信号转换成电信号，然后使用图像处理器将其转换成图像。众所周知，可见光取决于照明。当遇到能见度低或有障碍物，如雾霾、雨、雪、风沙等天气条件，以及黑暗、隧道等弱光和无光条件下的场景时，可见光成像系统将无法拍摄到目标物体要从背景中有效地发现，这就需要红外技术的补充。

多传感器融合是自动驾驶的必由之路。车载红外传感器不依赖光源，在低照度、雨雪、烟雾、雾霾等恶劣环境下仍能产生清晰的图像，有效提高全时感知能力，弥补了车载红外传感器的缺点。其他传感器。提高行车安全。红外技术广泛应用于汽车领域。它可以帮助车辆实现对外部环境的360°实时监测，在智能驾驶辅助层面实现多传感器融合，并且可以与车辆的AEB功能集成以提高制动效果。它还可以用于数字驾驶舱。实现驾驶员疲劳驾驶、身份识别等功能。

图8，可见光成像在极端条件下受到明显影响，来自网络

如果智能汽车依赖于单一传感器，则可能会出现传感精度低、漏传感或错误传感的情况。多传感器融合可以获得不同的感知信息，信息相互补充，达到1+1>2的效果，可以显着提高系统的冗余性和容错性，提高决策的效率和准确性。

如图9和图10所示，由于车辆遮挡，激光雷达未能完全感知所有目标。但结合红外二维传感结果后，实现了对周围环境的完整感知（图11），有效防止误检测。和漏检，并获得更多的环境信息。

左图9：夜间红外2D传感结果，来自网络

右图10：基于激光雷达的环境感知结果，来自互联网

图11，多传感器联合感知，来自网络

如上图12和图13所示，由于步行和骑电动自行车的行人体型较小东莞万江律师，单纯利用激光雷达反射数据量有限，难以对其进行有效感知。结合红外2D传感结果后，可以正确感知骑行者和行人（图14）。

左图12：夜间红外二维传感结果，来自互联网

右图13：基于激光雷达的环境感知结果

图14 多传感器联合感知，来自网络

从技术层面来说，红外热成像相对于可见光摄像头、激光雷达、毫米波雷达等其他传感器的优势在于具有夜视能力，且受雨雪、雾霾、沙尘影响较小。同时，红外热成像对生物的感知非常灵敏，可以作为夜间、恶劣天气辅助驾驶，或者增加自动驾驶的安全性和可靠性的绝佳选择和补充。

05 红外热成像典型企业

艾睿光电

瑞创微纳是一家专业从事专用集成电路、专用芯片和MEMS传感器设计与制造技术开发的国家领先高新技术企业。具备多光谱传感研发、多维传感及AI算法研发能力，为全球客户提供性能卓越的MEMS芯片、ASIC处理器芯片、红外热成像测温全产业链产品、激光、微波产品和光电系统。

其子公司艾睿光电科技专注于红外成像技术及产品的研发和制造。拥有完全自主知识产权，致力于为全球客户提供专业、有竞争力的红外热成像产品及行业解决方案。主要产品包括红外焦平面探测器芯片、热成像核心模块及应用终端产品。

2022年1月，艾睿光电发布IR-Pilot汽车红外热成像全场景解决方案，推出256×192、384×288、640×512、1280×1024、1920×1080多种分辨率的汽车红外热成像。该相机可满足多种分辨率、多种视角、多种检测距离的应用需求。此外，IR-Pilot系列产品具备精准的生物测温能力，可应用于智能座舱，提供隐私保护的车内行为、车内生命体征监测等功能。

2023年上海车展上，多款搭载艾睿红外产品的车型亮相，包括比亚迪阳光王U8、大运远航系列、滴滴自动驾驶等。此外，艾睿还与图森未来、踏歌、智家达成合作协议将红外热成像技术应用于物流卡车、矿用车辆等领域。

轩辕之家

武汉轩辕智嘉科技有限公司成立于2016年7月，是武汉高德红外股份有限公司的全资子公司。依托集团红外全产业链布局，自主研发、自产、安全及可控核心技术底层支撑，致力于将远红外技术应用于智能汽车。其主要产品包括N系列红外摄像机和COIN系列一元红外芯。 ，AI算法盒，应用于先进的智能驾驶系统和智能座舱。

据悉，轩辕智家已中标东风“王石科技”、广汽Aion、陕汽重卡等多个红外夜视系统前装项目。

广州周六

广州赛特红外专注于红外热像仪产品的研发、生产和销售。拥有行业领先的自主核心技术和持续研发能力。是中国第一家民营红外热像仪研发生产企业，并建成了国内第一台民用红外热像仪。红外热感电视产品。

在家电及消费电子展上，赛特红外展出了“NV628车载夜视辅助系统”。 NV628基于远红外镜头和DSP微处理器，结合红外数据图像细节增强技术（DDE）和AI行人识别算法，可识别500米距离的车辆和120米距离的行人。

维尼尔

驾驶和其他新兴市场。我们致力于设计和制造最先进的硬件、软件和电子系统，让驾驶更安全，并为自动驾驶的可靠性和可行性提供解决方案。我们的产品包括约束控制系统（RCS）、主动安全系统和制动系统、ADAS控制器、激光雷达、驾驶员检测系统等。

维宁尔是全球量产汽车红外热成像系统的代表。基于FLIR运动的热成像传感系统（夜间）配置于：奔驰S400、奥迪A6、奥迪A8、奥迪Q7、宝马7系、凯迪拉克CT6、标致508L、DS7、大众惠安、大众途锐等车型。

维宁尔的热成像传感系统现已发展到第四代。与第三代产品相比，第四代产品搭载了FLIR BOSON 640紧凑型长波红外热像仪机芯，尺寸缩小50%，重量减轻50%，视野增强和检测距离，增强对人、车辆和物体的检测。检测识别算法支持夜间AEB解决方案和L4级自动驾驶。

大力科技

大力科技前身是成立于1984年的浙江省检测技术研究院，是一家专业从事非制冷红外焦平面探测器、红外热成像系统、智能巡检机器人、惯性导航光电产品研发的高新技术企业。是国内为数不多的拥有自主可控技术、完全知识产权、自主研发的专业制造商之一；拥有从热成像核心器件生产、机芯部件到整机系统制造的完整产业链。拥有杭州、上海、北京三个技术研发中心。是国内唯一一家实现双技术路线（非晶硅和氧化钒）非制冷焦平面红外探测器量产的红外企业。

大力科技车载EX系列产品广泛应用于东风回力、一汽解放等车型。目前最新产品是EX-VI系列。

北广威

北方光威成立于2006年7月，隶属于北方夜视科技集团有限公司。公司主要从事非制冷红外焦平面探测器及运动部件的研发和生产。其产品广泛应用于军工装备、电力、石化、冶金、建筑、消防、公共安全和交通夜视等领域。

九之洋

九之扬公司成立于2001年，主要从事制冷/非制冷红外热像仪、激光测距/光度计、星跟踪仪、特种光学器件的研发、生产和销售，并可提供系统级光学系统解决方案。计划，并完成了我国第一台非制冷红外热像仪和第一台连续变焦反向扫描红外热像仪的研制。

前视红外

FLIR 成立于 1978 年，是机载应用高性能、低成本红外（热）成像系统的倡导者。其产品广泛应用于热成像、态势感知、安防等领域。 FLIR通过收购多家公司不断丰富产品、拓展市场，目前全球红外市场份额排名第一。

在汽车红外领域，FLIR主要向整车厂和零部件供应商提供热成像核心产品。据Memes 数据显示，FLIR通过与中国的合作，已向奔驰、奥迪、通用汽车等提供了超过70W的红外热成像核心。

是一家以色列公司，致力于开发智能高分辨率热系统 (LWIR)，以提高车辆安全性和感知应用，以及智能城市道路解决方案。

2018年发布车载远红外解决方案“Viper”，已通过ASPIC和ISO 26262认证。 Viper采用了将机器学习算法软件与远红外摄像头相结合的解决方案。除了专用集成电路（ASIC）外，还与意法半导体（）合作开发了图像信号处理器（ISP）芯片。据称，这款芯片可以让Viper实现无快门技术并持续24/7工作。

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荷兰 - 是商用和工业车辆摄像头和监控系统的市场领导者。

自 2017 年起，成为 lnc. 的一部分，该公司是一家为汽车、中型和重型卡车以及越野车领域设计和制造高品质电气和电子元件、模块和系统的公司。

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城市信息系统

ULIS是集团旗下子公司，成立于2002年。ULIS覆盖欧洲、亚洲和北美市场。其产品广泛应用于安防、测温、国防、户外休闲等传统领域。还致力于探索智能建筑、道路安全、汽车辅助驾驶等新兴领域。 ULIS集团是ULIS的母公司，拥有30多年的红外成像研发和生产经验。

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2019年6月4日，研发和生产红外探测器的法国公司与ULIS发布正式公告：二者合并，组建新的组织和公司。 ULIS 在设计、制造和销售红外成像传感器方面拥有超过 35 年的经验，通过各种技术（MCT、微测辐射热计探测器）开发覆盖整个红外光谱（SWIR、MWIR、LWIR 和 VLWIR）的传感器。产品覆盖航空航天、户外休闲、安防监控、测温、汽车工业、机器视觉六大市场。

06 总结

随着汽车智能化的发展和国产化的不断突破，红外热成像的成本逐渐下降，使其大规模使用成为可能。我们期待有一天红外传感器能够像摄像头、雷达一样成为智能汽车的标配。

参考：

1. 瑞创微纳招股说明书；

2、以红外为基础，拓展微波射频领域，打造多维传感领先者；

3.红外夜视“提速汽车”，专家齐聚|车载红外夜视仪厂家盘点

4、红外热成像加速“上车”：开辟智能驾驶新蓝海

5、自动驾驶“提速”，车载红外热像仪在多传感器融合中的应用

6、深入解析广汽Aion“全球首创”红外智能驾驶技术

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