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2023汽车半导体生态峰会 || 睿创微纳肖航:红外传感器为ADAS主动安全助力

http://www.chaguwang.cn  2023-09-27  睿创微纳内幕信息

来源 :中国汽车报网2023-09-27

  以“链启芯程·智造未来”为主题的“2023汽车半导体生态峰会暨全球汽车电子博览会”,由广东省工业和信息化厅、深圳市工业和信息化局、中国能源汽车传播集团指导,《中国汽车报》社、中国半导体投资联盟主办,爱集微承办,于2023年9月26日至27日在深圳福田会议中心隆重召开。

  本届峰会坚持行业领袖峰会的高端定位,全面助力产业间深度融合与创新,推动上下游产业链伙伴携手合作,共同构建具有全球竞争力的汽车科技创新新生态。

  峰会现场,多领域、多视角开展的20场特色活动,囊括主峰会、技术研讨、项目路演、专业展览、交流盛宴等,汇聚政、产、学、研、用、投等多个产业圈层,围绕全球及中国汽车半导体产业热点展开交流,峰会重点聚焦新技术、新趋势,深入剖析汽车半导体各细分领域的发展机遇和挑战,近百个精彩纷呈的演讲,共同呈现出一幅专业而全面的思维图景。

  其中,在9月26日举办的“ADAS与自动驾驶专场”,烟台睿创微纳技术股份有限公司产品经理肖航做了题为《红外传感器为ADAS主动安全助力》的精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

  肖航:各位嘉宾、各位行业伙伴下午好!我是肖航,负责睿创微纳车载产品线的产品和技术方向,下面由我给大家介绍一下红外热成像对辅助驾驶尤其是安全驾驶的助力和提升。

  

  烟台睿创微纳技术股份有限公司产品经理肖航

  我的汇报分为四个方向:第一是红外热成像简介。红外热成像对我们整个行业来讲是一个比较新的传感器,首先给大家介绍一下红外热成像的基本原理以及产品的原理。第二是红外传感器的应用场景和价值的体现。红外热成像对安全驾驶或者辅助驾驶的行人安全、行车安全的提升有比较显著的价值提升,在不同的场景有一些应用,我会用视频给大家做一个展示。第三是我们的市场动态和展望,我们公司在车载行业推动红外热成像上车已经做了七八年的时间,也获得了一些市场的认可和进展,跟大家做一些讨论。第四部分,因为我们是在红外热成像里面的头部企业,也花点时间让大家对我们有一个简单的了解。

  前面听了一些嘉宾的介绍,上午也听了一些其他论坛的嘉宾汇报,首先感受到行业内的朋友都是希望辅助驾驶或者自动驾驶能够尽快地提升使用者的用户体验,能够为整个行业带来突破。红外热成像作为其中一个感知的部分,我们能够提供的价值可能更多的是在安全方面。无论是对于驾车者,还是对于交通道路的参与者来说,安全都是最后的底线。

  先介绍一下红外热成像的原理。左边这个图比较直观地介绍了红外热成像的原理,它接收大气中的红外辐射。红外辐射是无处不在的,高于绝对零度(-273摄氏度)的物体都在不断辐射红外线,而大气窗口在红外波段存在三个传输窗口,也是红外主要的区分,一个是1.5-2微米地短波,然后是中波,还有一个是8-14微米的长波,我们的技术主要就是长波红外。在这里面还有一个大家熟悉的是近红外的波段,比如DMS等,这些都属于红外线。所有的物体都会辐射红外线,我们会把这些辐射的红外线通过光学去收集,并且聚焦在红外传感器上,就跟可见光摄像头一样。探测器是红外热成像里面重要的传感组件,就像摄像头的传感器一样,把RGB转成可视的图像。我们的探测器也是把红外波段转化为图像,下面这个就是我们把辐射转化为图像的过程。

  右边这个图做了一个直观的感受,在可见光相机拍到的图像和热成像的相机拍摄的图片做的对比,从这里面可以得到两个信息:第一,热成像更多的像是一个灰度图,甚至可以说是一个黑白照片;二是空气中的漂浮物、颗粒物,这些在辅助驾驶里面是比较有干扰的一些点,红外热成像可以把这些物质的干扰排除。

  刚才介绍了红外热成像的传感技术。这个技术要装到车上,肯定要做成摄像头的模式,这里放了一个摄像头的爆炸图,它和可见光的摄像头大同小异,主要区别在于:首先它有一个红外的光学窗口,挡风玻璃没有办法透过长波红外,所以必须装在车外,主要是装在前格栅或者是车底,要对它的镜头进行碎石冲击的保护,要有自动除霜功能的载体。红外传感器是它最核心的组件,也是和光学传感器最大的差异。再往下是处理电路,因为探测器输出的信号位宽以及输出的DVP格式有些差异,所以我们目前的处理电路也是跟可见光略有不同,但是未来的发展趋势是相同的。最后是编码芯片,这一块是可见光是一样的。总体来说,红外摄像头在探测器的核心技术上,在其它行业已有量产应用,在车上我们也通过了相关的标准认证,上车的技术比较成熟,我们现在也发现有些应用案例是具备价值的,在推广过程中也获得了一些进展。

  传感器的原理介绍完了,这里有一个视频,给大家一个更直观的感受。这就是我们在烟台总部拍的视频,我们可以看到几个信息,首先它是130万的分辨率,像元间距12微米,也是目前在车载应用或者其它大批量应用里面非常成熟的传感器配置。图片里面的船、水波纹或者是桥都非常清晰,尤其是这些水波纹,需要传感器对于热量有极高的灵敏度,能分辨0.03摄氏度的差异,这样才能看到水波纹的变化。

  2021年4月份,我们在全球首发了8微米像元尺寸1920×1080的探测器模组,目前这款探测器在工业和安、消防方面有一些应用。

  这个图像是在烟台港,我们在距离它几公里之外拍摄了这样一个图片,可以看到“烟台港职工活动中心”这些文字被我们清晰捕捉到,包括船的细节、道路、护栏的细节都能被捕捉到,这时候可以看出来跟黑白图像基本上没有什么差别了。

  讲完了最新的技术,给大家看两段视频,目前我们在车载领域也获得了一些自动驾驶公司或者量产乘用车的应用,它们的效果用这两个视频来展示。左边是130万像素,右边是30万像素,右边这个产品主要是在乘用车上用得比较多,价格可接受,性价比也比较高。左边是商用车或者是自动驾驶车辆的应用,成本相对高一些,但是在商业化场景中也能接受。这里标注了不同的场景,比如学校、小区道路等,这些都是我们实车去拍摄的红外热成像视频。这是在小区里面,可以看到我们对行人、车辆、道路的边界、树木的识别,这是在2021年9月份拍的,在晚上都有非常清晰的呈现。我们可以把它理解为夜晚或者是低光照下的可见光。

  右边这个视频是30万像素分辨率的产品,这也是车规级摄像头模组实拍的图像,在仰望U8、大运以及滴滴的一些量产车型上都有装配。

  第二部分,介绍一下红外热成像的应用场景和价值。目前来讲从0做到90%很简单,从90%做到99%需要花费非常大的工作量,我们可能现在还没有涉足到99%到接近100%的赛道,但是我们红外热成像是能够弥补这些缺陷,做到从90%到接近100%。

  这是一个汇总页,这一页主要介绍了智能驾驶或者辅助驾驶的安全痛点场景。首先是晚上夜视。为什么夜视排在最前面呢?在全球的视角来看,这个红外热成像不是现在被我们提出的,它其实首先是被海外的公司提出的夜视安全应用,随着夜视功能的发展,AI识别的应用会进入到人车和动物的感知,进而演变到对自动驾驶或者高阶辅助驾驶的应用的需求,不仅是夜光或者是灯光的情况下,也要弥补可见光和激光雷达覆盖不了的场景,这就有了雾天、眩光、雨天和雪天的场景。

  首先介绍一个最本征的夜视的情况,这里就是和可见光做的同步测试,这是两个摄像头做的后期视频处理,右边就是刚刚有展示过的30万像素的车用分辨率,这个图我们做的是一个黑热的模式,相当于一个特殊的色彩处理,为了适应人的观看习惯,当然也可以把它设置为不同的颜色,可以做伪彩色的处理。如果是给AI识别,我们倾向于推送原始数据,直接送进去做训练,这样就能完整地利用我们能识别0.03摄氏度温差的灵敏度。

  我们可以看到,在夜视的场景下,红外热成像能够提供非常开阔的视野的感知能力,它不会受到光线或者路灯的限制,因为它是8-14微米,所以它基本上不会受到我们肉眼能看见或者不能看见的影响,所有的物体都能看见,在整个自然界中,这一小部分的温度下,我们把它做一个拉升,做细节的突出。

  第二个是雨天的场景,这个场景叠加了人车的识别,可以看到右边对人、车是做了不同的颜色识别,目前我们能做6类目标识别,海外还能做动物的识别,尤其是北美那边的鹿比较多,国内这种场景可能相对较少,所以这种训练的数据集也会相对较少一些。左边这个是我们车规级相机实拍的介于小雨和中雨之间的晚上场景。

  这里是监控视角下,可见光和热成像视角图像的对比,这个封面就可以看到,右边是有一个人进入到了监控区,可见光里面是非常难看到的。待会儿我把这个视频打开,可以看到这个人从上面走下来,我们在播放这个视频的时候很难发现这里有个人。

  这个雪是非常大的,但是红外热成像依然能保证对一些活体的检测,活体是温度相对较高的物体,对其识别率或者感知能力是能够得到比较好的保证,当然它会有一些衰减,因为相比于刚刚放的视频,画面会糊掉一些,但是对于行人这一块的感知能力还是保留有相当大一部分的水准,这也是我们本次的主题,针对安全驾驶的助力,或者更聚焦一点,对于行人或者动物活体的安全驾驶的助力。

  这一块是眩光的场景,眩光也属于光线条件的一种,比如车灯眩光、太阳眩光、路灯、眩光,以及我们的夜视,都是光线的变化,红外热成像的感光波段是8-14微米,它跟驾驶员的感知维度是完全不同的。

  这是车灯眩光,左边这个图像看起来是有车灯和路灯的,我们的红外热成像对于这种场景的人物的感知能力是非常好的。

  这是雾天实拍的两个视频,第一个视频中对道路边缘、高架上的车辆有比较好的区分度,包括远处的标牌、高楼、下高架的匝道,对这些道路区域都有比较好的展示。下面这一页是快要进入隧道的情况,刚刚有嘉宾也讲到在雨天和进隧道的时候他们有比较好的技术解决方案,可见光有很好的技术来解决,热成像则是从物理层面解决的,它的感光波段不会受到光线的影响。

  这些是我们日常生活中在街道上会有下水道冒出来的团雾,这对我们来讲也是比较常见的问题,尤其是一些多山的区域,或者阴雨的天气,它可能常年被雾天笼罩。

  这个是模拟雾霾或者扬尘的场景,这两个视频可以结合一起看,一个是模拟出来的场景,还有一个是红外热成像和可见光实际测试的场景。因为红外热成像识别的波长比较长,对颗粒物的排除能力比较强,基于这张图,在比如矿卡、地下的矿井,灰尘或者雾气比较大的场景,对红外热成像的需求是比较强烈的,现在我们有比较多的矿卡合作项目在进行。

  这一页是我们驾驶场景介绍的最后一页,我们放了一些基于红外传感器的AI算法。首先是目标检测,这也是各大主机厂前装量产里面都会用到的,主要是6类目标。我们的分辨率是30万像素,相对于可见光没有那么大,所以我们的算力需求也是比较小的。我们也有车线检测,它也比较受限于环境,在限定场景下可以做到使用。可能在雨天或者是道路磨损特别严重的情况下会失效,所以这个只能作为可见光的补充。再下一个是可行驶区域,我们在乡村道路上行驶,没有明显的护栏或者没有明显的车道线,再叠加晚上的场景,乡村道路上肯定不会有任何的路灯,在这种情况下道路的可行驶区域,通过红外传感器能得到比较好补充。

  第三部分是关于我们的量产情况的市场进展和推广。刚才讲到,2000年的时候海外就有企业推出夜视系统,在凯迪拉克上进行了第一款前装,到现在已经推出了第四代,第五代即将推出,在第四代已经接入到ADAS里面了,它应用的是可见光+毫米波雷达+热成像做的AEB系统后融合的功能感知。目前在海外年出货量有数十万套,主要是麦克纳在做。近几年有很多新车型都有规划搭载这些产品,包括沃尔玛、奥迪、宝马、奔驰、凯迪拉克都有大规模的在搭载。近几年他们也开始采用了国内的热成像系统或者是基于热成像ADAS系统的推广工作。

  目前全球主流的自动驾驶厂商,以Waymo为首的无人驾驶的无人卡车,国内有滴滴,还有无人配送的小车、无人公交,都采用了红外热成像,有的还不止采用一颗,会有基于超远的300米到500米的距离,兼顾不同的视场角。

  4月份在上海车展已经看到国内前装的红外热成像的一些车型,比如说远航、比亚迪仰望、方程豹等后续很多车型都有规划红外热成像上车,奥迪和凯迪拉克也会有红外热成像上车。目前红外热成像已经做到了人车识别和预警功能,下一步要做的是希望跟行业内更多的方案或者算法的合作伙伴,把它真正融入到ADAS功能里面。

  红外热成像基于前装预警系统的框架是目前的量产方案,红外热成像有单独的域控,会接到车机,在仪表下做显示,并且会做到方向盘或者是一些报警声的提示。同步也有做前装ADAS框架,跟可见光、雷达同步接入到中央域控,做一个感知的前融合或者后融合,最后也是接入到车型的规控里面。

  最后介绍一下睿创微纳。刚刚讲到红外热成像的原理,它的价值场景以及市场动态和展望,我们在行业内也推广了七八年,目前增长的态势是看得见的,可能跟激光雷达前两年的趋势有点像,因为它需要增加一些新的功能,需要解决长尾效应,以及用户对安全驾驶的重视。

  这是我们公司的烟台总部,在海边,占地有几百亩,我们自建了我们的模组工厂和fab厂(集成电路制造的工厂、车间),可能和中芯国际这样的厂相比我们的规模还是比较小的,但是在红外热成像细分领域我们是行业数一数二。我们从2021年就已经做到产品发布,全球领先,在技术上也也是达到了全球数一数二的地位。我们的定位是全球领先的红外成像芯片厂商,这里面有几点:第一是我们专注在红外热成像这个领域,这是我们的核心业务;第二,我们在产品和技术上是全球领先的;第三是我们专注于芯片,同时我们还有多维感知,包括现在也有激光雷达、毫米波雷达,以及贯导、热电堆等很多传感器,主要是硬件传感器的自研。其实红外激光和微波方面我们都是有比较重要的军品业务,因为这些都是在军品业务上最先开始应用,然后转到工业应用甚至民用。

  我们公司是十三五和十四五的核高基国家项目的唯一牵头单位,十三五已经完成,评级是优秀。在国家级项目里面来讲,我们作为一个民营公司,可以展现出在行业里面的地位。

  同时我们是全球首发8微米像元尺寸200万像素非制冷红外探测芯片,像元做小的话,对应用场景的提升是非常有帮助的,但是把像元尺寸做小并且维持性能,在业内是一个突出的难题。目前我们解决了这个难题,并且工程化量产,在这方面是走在世界最领先位置的。

  我们也是国家高新技术企业,我们也是科创板首批上市企业。我们公司2009年成立,2015年发布国内首款非制冷红外探测器,从2015年到2021年,我们基本上在引领国内的红外探测器技术和产品发布。到2021年,我们发布了全球首款8微米红外芯片。

  这两年我们专门针对车载做了几个事情:一是提升可靠性,所以我们做了AECQ100和功能安全的相关研制工作;二是为了把红外热成像的成本降低,我们把8微米的技术、图像处理和电路的技术转化到工程化方面,获得我们在乘用车上越来越多的定点。

  在人才储备方面,我们公司有接近300名员工,研发人员占比接近50%,有1300多人,其中硕博有600多人。因为我们做的是芯片研发,这是国内少有能够引领全球的企业,就是因为我们在人才和技术方面有很大的投入,我们的研发投入每年都是保持营收的10%-20%占比。同时我们也有多光谱传感器研发能力,刚才讲了我们的近红外激光雷达,还有短波、中波、长波,以及微波和太赫兹,都有形成规模,每个方向都有几个亿的销售额,当然最多还是长波红外的军用、民用和工业应用。

  我们公司虽然在这个细分领域属于头部,但是对于车载来说,我们还只能算是一个中型公司,我们还要跟行业内更多的方案公司和算法公司合作,甚至依托各大主机厂,共同把功能做好、做成熟,做到更多的应用。

  我们公司的专利数量也是遥遥领先的,目前授权的已经有1000多件专利,其中在芯片和模组应用、算法层面都有很多专利。我们公司的品牌在海外是非常知名的,因为我们有比较优良的图像品质,产品得到了海外比较好的认可,英飞睿品牌在行业内也是家喻户晓。

  作为行业头部的公司,我们也建立了全球首个红外开源平台,这里面包括基于红外热成像的AI算法,还有免费的数据集提供,供合作伙伴做算法研究,我们也能够提供人力支持以及产品定制、样机服务,也供给我们深度合作的伙伴做一些项目。

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