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熱成像傳感器：通用最新無(wú)人車Origin的關(guān)鍵

2020-01-29 15:44:06·  來源：佐思汽車研究  作者：周彥武  
　
2020年1月21日，通用Cruise推出了激進(jìn)程度超越特斯拉的無(wú)人車：Origin。Origin不是對(duì)上一代Cruise無(wú)人車的改進(jìn)，而是一次徹底顛覆。這輛無(wú)人車采用5個(gè)激光雷達(dá)，
2020年1月21日，通用Cruise推出了激進(jìn)程度超越特斯拉的無(wú)人車：Origin。Origin不是對(duì)上一代Cruise無(wú)人車的改進(jìn)，而是一次徹底顛覆。
這輛無(wú)人車采用5個(gè)激光雷達(dá)，21個(gè)毫米波雷達(dá)，16個(gè)攝像頭。5個(gè)激光雷達(dá)可能是Velodyne的VLP16 16或32線激光雷達(dá)。
通用第一代無(wú)人車還是傳統(tǒng)車輛，基于Bolt改裝而來，推出于2018年1月16日。通用曾經(jīng)承諾推出沒有踏板，完全無(wú)人駕駛的無(wú)人車，并在2019年量產(chǎn)，顯然，通用沒有達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。不過第二代無(wú)人車出場(chǎng)頗為驚艷，Cruise Origin的外觀、內(nèi)飾造型讓它看上去更像是一節(jié)火車車廂，而不是汽車。其方方正正的外殼下設(shè)置了兩向?qū)﹂_的電滑門，防止因?yàn)檐囬T開啟刮碰到經(jīng)過身邊的騎行者。車輛的內(nèi)部設(shè)有兩排相對(duì)的座位，中間有很大的伸腿空間。每排座位設(shè)有三套座椅，如果中間座椅不坐人，還可以放下靠背當(dāng)做中央扶手，進(jìn)一步提升乘坐舒適性。座位下有足夠的空間可以存放隨身行李，且每個(gè)座位旁邊都有充電口、車門鎖按鈕等。Origin最值得注意的就是它的內(nèi)部設(shè)計(jì)，沒有駕駛員座椅、方向盤、油門、剎車等傳統(tǒng)車輛的操控機(jī)構(gòu)，甚至沒有雨刮器或者后視鏡。
除了保護(hù)乘客安全的安全氣囊與SOS按鈕，內(nèi)部車頂還配備了一個(gè)攝像頭，可以檢測(cè)和分析乘客的情緒與身體狀況。
 
通用打造的這款無(wú)人駕駛車，并不面向任何個(gè)人用戶，而是專為共享出行提供服務(wù)。通用希望他們的這款Origin可以帶來更好的用車體驗(yàn)，比起當(dāng)下的各種租車、叫車以及共享汽車服務(wù)之類。不過通用還沒有為其無(wú)人駕駛車籌劃具體的用車方案，估計(jì)未來它可能會(huì)采用會(huì)員定制類方式。Origin的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)部分，與通用即將推出的BEV3電動(dòng)車具有“相當(dāng)高的共享度”。無(wú)人駕駛車在轉(zhuǎn)向和制動(dòng)等所有關(guān)鍵部件中都內(nèi)置了冗余，制動(dòng)可能是博世的IPB加RBU，轉(zhuǎn)向則是博世或Nexteer的線控轉(zhuǎn)向。車體和內(nèi)飾應(yīng)該是本田協(xié)助開發(fā)的。
 
這臺(tái)車也非常聰明，會(huì)自行計(jì)算最佳行駛路線以及行駛里程，更會(huì)在有必要時(shí)巡航到充電站為自己充電。Origin可以整日整夜開車；并且按照通用的說法，它的制造成本也比一臺(tái)高續(xù)航電動(dòng)車更低，大約僅需后者的一半價(jià)格。而且在其生命周期內(nèi)可以提供大約160萬(wàn)公里的行駛里程；還有對(duì)用戶來講，它能帶來的最大好處就是用車更便宜、更方便。
 
由于沒有安全員不符合美國(guó)NHTSA的規(guī)定，Origin只能在封閉場(chǎng)所測(cè)試，不能到公開道路上測(cè)試。
 
上一代無(wú)人車的成本據(jù)說在30-40萬(wàn)美元之間，這一代無(wú)人車，通用盡力壓低成本，最大特色是自制了大部分傳感器，這恐怕是趨勢(shì)，大型整車廠都會(huì)自制關(guān)鍵傳感器。
在1月21日的發(fā)布會(huì)上，Cruise的CTO Kyle Vogt特別介紹了Origin的新型傳感器，并稱其為“Superhuman Lidar”。這就是熱成像傳感器。
這是Cruise CTO Kyle Vogt在發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)演示的熱成像傳感器的視頻，雖然他沒有點(diǎn)明這是何種傳感器，但我們一眼就能看出這是典型的熱成像傳感器的圖像。
Kyle Vogt手持的就是Origin前面車頂處的傳感器原型，一種結(jié)合了往復(fù)式掃描激光雷達(dá)與熱感應(yīng)成像的傳感器，它像IBEO的激光雷達(dá)一樣左右往復(fù)掃描，但掃描角度估計(jì)在30-40度之間，畢竟它有兩個(gè)。
 
熱感應(yīng)成像擁有和毫米波雷達(dá)一樣的全天候優(yōu)勢(shì)，大霧、大雨、大雪都不會(huì)影響其分毫，也不會(huì)受任何光線影響，白天與夜晚表現(xiàn)一致，夜晚表現(xiàn)更好。熱感應(yīng)成像對(duì)生命體人和動(dòng)物敏感程度極高，可以輕易從背景中分離出來，檢驗(yàn)準(zhǔn)確率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)視覺行人檢測(cè)，也無(wú)需強(qiáng)大的運(yùn)算資源，一個(gè)簡(jiǎn)單的32位MCU就足夠，消耗運(yùn)算資源是傳統(tǒng)視覺的1/20不到。有效距離也遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的視覺、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)要好，全球最大的熱成像專家FLIR曾經(jīng)重現(xiàn)UBER的致死事故，熱成像儀可以比激光雷達(dá)早4倍探測(cè)到行人。
 
需要指出，熱成像儀與夜視儀不同，夜視儀只能夠在黑夜下發(fā)揮作用，白天的光線會(huì)讓其致盲。熱成像儀不會(huì)受到環(huán)境的影響。白天晚上都能夠正常使用。熱成像儀卻是一種借助紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡來探測(cè)目標(biāo)物的紅外輻射能力的。簡(jiǎn)單來說，熱成像是靠溫差成像。
 
紅外在大氣中有三個(gè)波段區(qū)間內(nèi)具有很高的透過率，被稱為“大氣窗口”，分別為：近紅外區(qū)的1~3μm波段，中紅外區(qū)3~5μm波段和遠(yuǎn)紅外區(qū)8~14μm。長(zhǎng)波、中波紅外成像主要是利用室溫目標(biāo)自身發(fā)射的熱輻射，短波紅外成像則主要是利用室溫目標(biāo)反射環(huán)境中普遍存在的短波紅外輻射。短波實(shí)際就是夜視儀，也可以看做是夜晚增強(qiáng)圖像系統(tǒng)，性能跟熱像儀差很多，白天無(wú)法使用，不過成本較低。一般熱像儀都是中紅外區(qū)，即MWIR。
上圖是Kyle Vogt在發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)使用的固定位置傳感器。這和全球最大的熱成像廠家FLIR的船用熱成像儀頗為相似。
上圖為FLIR的船用熱成像儀，由于視場(chǎng)角很窄，船用熱成像儀也是左右掃描，也可上下掃描。
 
熱成像儀的技術(shù)與Flash激光雷達(dá)類似，都是焦平面即FPA成像，只是大部分熱成像儀不主動(dòng)發(fā)射光束，F(xiàn)lash激光雷達(dá)通常采用VCSEL發(fā)射激光。熱成像儀的核心類似于攝像頭的圖像傳感器，通常有三種，即氧化釩、非晶硅和銻化銦。國(guó)內(nèi)比較落后，多采用非晶硅，國(guó)際上已經(jīng)幾乎見不到了，這三種都可以兼容CMOS工藝，可以做成芯片形式。
 
船用熱像儀分辨率比較高，一般是640*512，F(xiàn)LIR為美國(guó)軍隊(duì)提供的產(chǎn)品最高可達(dá)1280*1024分辨率，用于洲際導(dǎo)彈。FLIR對(duì)外銷售關(guān)鍵的FPA芯片陣列，采用InSb工藝，相對(duì)其他公司的產(chǎn)品性價(jià)比很高，也幾乎是全球熱成像業(yè)者的唯一選擇，當(dāng)然要美國(guó)政府同意出口才能海外銷售。對(duì)于氧化釩的FPA芯片，F(xiàn)LIR不對(duì)外銷售，因此氧化釩性價(jià)比更高，F(xiàn)LIR的搖錢樹，當(dāng)然不舍得外賣咯。
紅外熱像儀鏡頭通常采用的是鍺玻璃制成。這種玻璃的折射系數(shù)很高。只對(duì)紅外光透明，而對(duì)可見光和紫外光不透明，所以能在很暗的環(huán)境下分別動(dòng)植物。普通相機(jī)的鏡頭是用光學(xué)玻璃制成，主要的功能是折射光線，也可以說是放大物體。一般光學(xué)玻璃由人工合成。紅外熱像儀鏡頭相比普通相機(jī)的鏡頭中采用的普鍺稀散金屬元素，雖然自然界中的儲(chǔ)量不算低，但是高濃度的鍺提取難度非常大，因此鍺鏡頭的生產(chǎn)成本較高，市場(chǎng)售價(jià)往往高于普通的相機(jī)鏡頭。
 
順便提一下，全球頂級(jí)豪華車的夜視系統(tǒng)也是采用熱成像儀，由FLIR壟斷。
 
和激光雷達(dá)比，熱成像儀的價(jià)格相對(duì)低一些，一片F(xiàn)PA陣列芯片大約800-1200美元，整個(gè)系統(tǒng)大約2000美元。FLIR有后裝的夜視套件，價(jià)格大約2200-2500美元。
 
Origin依然使用激光雷達(dá)，雖然通用在2017年收購(gòu)了FMCW型激光雷達(dá)Strobe，寶馬和豐田投資的Blackmore也是FMCW激光雷達(dá)，據(jù)說成本大約10-15萬(wàn)美元。Strobe應(yīng)該與其差不多，所以在Origin上見不到Strobe的FMCW激光雷達(dá)。順便說下，奧迪投資了FMCW激光雷達(dá)初創(chuàng)公司Aeva，F(xiàn)MCW激光雷達(dá)跟毫米波雷達(dá)幾乎沒區(qū)別，很容易做成全半導(dǎo)體，也就是真正的全固態(tài)。
這是Origin后面車頂?shù)募す饫走_(dá)，看樣子似乎還是360度旋轉(zhuǎn)型激光雷達(dá)，應(yīng)該是通用自制的，畢竟機(jī)械360度旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)門檻很低。
 
通用這種激進(jìn)策略很可能不奏效，用戶特別是美國(guó)用戶難以接受如此激進(jìn)的設(shè)計(jì)，即便是共享出行，很多人也質(zhì)疑其安全度。很多人看完Origin的發(fā)布會(huì)，在Youtube上大量留言稱“很好，我這就去買特斯拉！”通用效仿特斯拉的激進(jìn)策略，而特斯拉依靠馬斯克神話，馬斯克擁有無(wú)數(shù)鐵粉，被當(dāng)作神一般崇拜，公眾對(duì)特斯拉的寬容度極高。特斯拉出任何問題，無(wú)需馬斯克出面，鐵粉就會(huì)為特斯拉保駕護(hù)航，否認(rèn)一切，堅(jiān)持認(rèn)為特斯拉是完美的，是人類目前最先進(jìn)的技術(shù)。而通用則不然，那怕再微小的錯(cuò)誤，也會(huì)被質(zhì)疑是能力低下。
 
通用這種大量外掛式傳感器，加上左右搖擺式運(yùn)動(dòng)或360度旋轉(zhuǎn)，過車規(guī)的可能性微乎其微，通用似乎這次不在意車規(guī)，畢竟特斯拉成功就靠這個(gè)。不過相信豐田、大眾、奔馳此類傳統(tǒng)車廠永遠(yuǎn)不會(huì)放棄車規(guī)。
  
無(wú)人駕駛還有很長(zhǎng)的路要走。
 
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