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红外技术及其在夜视和DMS的应用研究
2019-04-08 15:31:33· 来源：佐思《2019红外技术及其在夜视和DMS的应用研究报告》
红外线是一种不可见光线，又称红外热辐射，波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在0.76 至 1,000 微米之间。所有温度高于绝对零度（-273℃）的物质都不断地辐
红外线是一种不可见光线，又称红外热辐射，波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在0.76 至 1,000 微米之间。所有温度高于绝对零度（-273℃）的物质都不断地辐射红外线，红外线能量的大小与物体表面的温度和材料特性直接相关，温度越高，红外线能量就越大。
一般将红外线再分为：近红外波段 1～3微米，中红外波段 3～5微米，远红外波段 5～1000微米。
基于远红外波段，用来探测目标物体的红外辐射，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的产品叫做红外热像仪。
红外热像仪中的探测器是最核心器件，也是技术壁垒最高的环节。红外探测器的设计、生产及研发涉及到材料、集成电路设计、制冷和封装等多个学科，技术难度很大，目前全球仅有美国、法国、以色列、中国等少数国家能够掌握非制冷红外探测器核心技术。
红外热成像仪在电力、建筑、执法、消防、车载等行业有广泛的应用。由于其探测距离远，能够穿透烟雾沙尘，不受光线影响，白天夜晚均可使用，因此成为汽车夜视系统的主要技术方案。唯一的缺点是价格较贵。
据 NHTSA 测算，夜间行车只占公路交通量的 1/4，但死亡事故却占了 1/2。红外夜视系统能拓宽夜间行车可视距离至 300 米以上（夜间依靠车灯的可视距离仅为 80m），给予司机更充裕的反应时间，显著提升行车安全。因此从2000年起，主要豪华车品牌都开始尝试装配夜视系统。那时一套夜视系统一般需要2500美元，现在下降到约1000美元。在中国，2014年奥迪夜视系统选装价格为3万元，2019年标致508L夜视系统选装价为8000元。
目前全球已经有8万多台汽车使用了远红外热成像传感器。
如同对待激光雷达，各厂家有截然不同的态度一样，各厂家对夜视系统也看法不一。
Mobileye副总裁高维斯认为，夜视系统并不是一个真正需要的东西，因为光学相机在夜间可以很好地工作，并且还有不受光线影响的雷达系统作为备用。
一直有夜视产品的博世认为：随着技术的演进，市场对夜视的需求在慢慢减弱。因为一方面图像传感技术的提升，普通摄像头在夜间的表现已经非常好了，另一方面随着车灯技术的发展， LED车灯的视野已经可以达到100-200米了。因此博世已经不把夜视方案作为一个重点了。
而Seek Thermal副总裁Tim LeBeau反驳道，现在自动驾驶汽车使用的光学雷达并不能探测物体热量以确定这些物体是否是活物。价格方面，随着热传感器的广泛应用，它的成本一年内下降了20%。
痛恨远光的人们也认为，使用照射距离200米的远光灯严重干扰其他司机的视线，近光灯+被动夜视（红外热像）系统才是最佳选择。
夜视系统和自动驾驶的其他传感器一样，既有好处也有弊端。热成像传感技术还需要克服成本、视野和耐用性的挑战，来满足主动安全的严格标准。
汽车夜视市场的领头羊Veoneer(原奥托立夫) 仍在不断改进升级夜视系统。Veoneer第三代夜视系统，具有行人和动物检测功能。同时夜视系统还整合了随动转向LED前大灯，在系统探测到前方物体时，可以实现灯光自动转向照亮前方物体所在方向。
传统夜视系统对于直立行走和站立的行人的识别率很高，当行人不在直立状态时就很可能识别失败，比如打伞、大幅度弯腰等等。因此夜视系统也需要加入深度学习能力，以便于处理更多行人和骑车人场景。
新兴公司正在致力于完善传统夜视系统的不足，其中包括来自以色列的AdaSky。
AdaSky的热成像夜视系统叫Viper，以每秒60帧的速度连续工作，并且能够以0.05°（热灵敏度）从几百米远的物体收集热信号（行人检测距离在200米左右）。Viper采用基于卷积神经网络的独有算法对障碍进行分类，并在驾驶舱的显示屏上显示障碍物体，提示驾驶员注意。这种预警方法比使用普通可见光传感器的预警方法提前几秒，甚至比人眼预警还快。
2018年11月，Adasky宣布获得2000万美元融资。
夜视系统更多的进步还包括：在HUD上高亮显示动物和行人，和AEB系统对接实现遇到危险主动刹车或减速，等等。
近红外光广泛应用于人脸识别和DMS（驾驶员状态监测系统）等领域。
驾驶员监测系统分为被动式DMS和主动式DMS。被动式DMS借助转向、制动、电容式触碰（触碰方向盘）或前置摄像头LDW数据来“推断”驾驶员是否疲劳或分心。
主动式DMS采用近红外技术，可实时监测驾驶员头部、面部等表情及动作，针对驾驶员疲劳和分神状态进行预警，预警状态包括闭眼、低头、打哈欠、左顾右盼、抽烟、打电话等，此外系统还支持驾驶员身份识别。即便在夜间、逆光等高挑战性光照环境下也能提供高品质的成像质量。此外，由于红外光可以穿透墨镜镜片，被遮挡的眼部信息也能够正常成像，很好地解决了驾驶员眼镜反光或佩戴墨镜的问题。
因此，主动式DMS代表着未来发展方向。芯片厂商开始推出DMS专用图像传感器。
2018年12月，ST推出了VG5661和VG5761两款全新的驾驶员监测系统全局快门影像传感器。该传感器可以控制摄像机补光灯拍摄场景影像，避免太阳光、路灯等无法预测的外界因素影响画质，尤其在使用波长940nm的近红外光源补光时灵敏度更高，并且可以评估驾驶员注意力、乘客舒适度或儿童行为。
从2020年开始，想要获得欧盟五星安全认证的车辆就必须具备驾驶员监测功能。
中国商用车方面，对DMS的列装也有一定的法规要求。因此商用车DMS市场发展很快。
中国乘用车方面，具备DMS功能的车型占全部新推车型的比例在10%左右，目前仍以被动式DMS为主，主动式DMS还有很大发展空间。
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