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热成像传感器：通用最新无人车Origin的关键
2020-01-29 15:44:06· 来源：佐思汽车研究 作者：周彦武
2020年1月21日，通用Cruise推出了激进程度超越特斯拉的无人车：Origin。Origin不是对上一代Cruise无人车的改进，而是一次彻底颠覆。这辆无人车采用5个激光雷达，
2020年1月21日，通用Cruise推出了激进程度超越特斯拉的无人车：Origin。Origin不是对上一代Cruise无人车的改进，而是一次彻底颠覆。
这辆无人车采用5个激光雷达，21个毫米波雷达，16个摄像头。5个激光雷达可能是Velodyne的VLP16 16或32线激光雷达。
通用第一代无人车还是传统车辆，基于Bolt改装而来，推出于2018年1月16日。通用曾经承诺推出没有踏板，完全无人驾驶的无人车，并在2019年量产，显然，通用没有达到这个目标。不过第二代无人车出场颇为惊艳，Cruise Origin的外观、内饰造型让它看上去更像是一节火车车厢，而不是汽车。其方方正正的外壳下设置了两向对开的电滑门，防止因为车门开启刮碰到经过身边的骑行者。车辆的内部设有两排相对的座位，中间有很大的伸腿空间。每排座位设有三套座椅，如果中间座椅不坐人，还可以放下靠背当做中央扶手，进一步提升乘坐舒适性。座位下有足够的空间可以存放随身行李，且每个座位旁边都有充电口、车门锁按钮等。Origin最值得注意的就是它的内部设计，没有驾驶员座椅、方向盘、油门、刹车等传统车辆的操控机构，甚至没有雨刮器或者后视镜。
除了保护乘客安全的安全气囊与SOS按钮，内部车顶还配备了一个摄像头，可以检测和分析乘客的情绪与身体状况。
通用打造的这款无人驾驶车，并不面向任何个人用户，而是专为共享出行提供服务。通用希望他们的这款Origin可以带来更好的用车体验，比起当下的各种租车、叫车以及共享汽车服务之类。不过通用还没有为其无人驾驶车筹划具体的用车方案，估计未来它可能会采用会员定制类方式。Origin的电动传动系统部分，与通用即将推出的BEV3电动车具有“相当高的共享度”。无人驾驶车在转向和制动等所有关键部件中都内置了冗余，制动可能是博世的IPB加RBU，转向则是博世或Nexteer的线控转向。车体和内饰应该是本田协助开发的。
这台车也非常聪明，会自行计算最佳行驶路线以及行驶里程，更会在有必要时巡航到充电站为自己充电。Origin可以整日整夜开车；并且按照通用的说法，它的制造成本也比一台高续航电动车更低，大约仅需后者的一半价格。而且在其生命周期内可以提供大约160万公里的行驶里程；还有对用户来讲，它能带来的最大好处就是用车更便宜、更方便。
由于没有安全员不符合美国NHTSA的规定，Origin只能在封闭场所测试，不能到公开道路上测试。
上一代无人车的成本据说在30-40万美元之间，这一代无人车，通用尽力压低成本，最大特色是自制了大部分传感器，这恐怕是趋势，大型整车厂都会自制关键传感器。
在1月21日的发布会上，Cruise的CTO Kyle Vogt特别介绍了Origin的新型传感器，并称其为“Superhuman Lidar”。这就是热成像传感器。
这是Cruise CTO Kyle Vogt在发布会现场演示的热成像传感器的视频，虽然他没有点明这是何种传感器，但我们一眼就能看出这是典型的热成像传感器的图像。
Kyle Vogt手持的就是Origin前面车顶处的传感器原型，一种结合了往复式扫描激光雷达与热感应成像的传感器，它像IBEO的激光雷达一样左右往复扫描，但扫描角度估计在30-40度之间，毕竟它有两个。
热感应成像拥有和毫米波雷达一样的全天候优势，大雾、大雨、大雪都不会影响其分毫，也不会受任何光线影响，白天与夜晚表现一致，夜晚表现更好。热感应成像对生命体人和动物敏感程度极高，可以轻易从背景中分离出来，检验准确率远高于传统视觉行人检测，也无需强大的运算资源，一个简单的32位MCU就足够，消耗运算资源是传统视觉的1/20不到。有效距离也远比传统的视觉、毫米波雷达、激光雷达要好，全球最大的热成像专家FLIR曾经重现UBER的致死事故，热成像仪可以比激光雷达早4倍探测到行人。
需要指出，热成像仪与夜视仪不同，夜视仪只能够在黑夜下发挥作用，白天的光线会让其致盲。热成像仪不会受到环境的影响。白天晚上都能够正常使用。热成像仪却是一种借助红外探测器和光学成像物镜来探测目标物的红外辐射能力的。简单来说，热成像是靠温差成像。
红外在大气中有三个波段区间内具有很高的透过率，被称为“大气窗口”，分别为：近红外区的1~3μm波段，中红外区3~5μm波段和远红外区8~14μm。长波、中波红外成像主要是利用室温目标自身发射的热辐射，短波红外成像则主要是利用室温目标反射环境中普遍存在的短波红外辐射。短波实际就是夜视仪，也可以看做是夜晚增强图像系统，性能跟热像仪差很多，白天无法使用，不过成本较低。一般热像仪都是中红外区，即MWIR。
上图是Kyle Vogt在发布会现场使用的固定位置传感器。这和全球最大的热成像厂家FLIR的船用热成像仪颇为相似。
上图为FLIR的船用热成像仪，由于视场角很窄，船用热成像仪也是左右扫描，也可上下扫描。
热成像仪的技术与Flash激光雷达类似，都是焦平面即FPA成像，只是大部分热成像仪不主动发射光束，Flash激光雷达通常采用VCSEL发射激光。热成像仪的核心类似于摄像头的图像传感器，通常有三种，即氧化钒、非晶硅和锑化铟。国内比较落后，多采用非晶硅，国际上已经几乎见不到了，这三种都可以兼容CMOS工艺，可以做成芯片形式。
船用热像仪分辨率比较高，一般是640*512，FLIR为美国军队提供的产品最高可达1280*1024分辨率，用于洲际导弹。FLIR对外销售关键的FPA芯片阵列，采用InSb工艺，相对其他公司的产品性价比很高，也几乎是全球热成像业者的唯一选择，当然要美国政府同意出口才能海外销售。对于氧化钒的FPA芯片，FLIR不对外销售，因此氧化钒性价比更高，FLIR的摇钱树，当然不舍得外卖咯。
红外热像仪镜头通常采用的是锗玻璃制成。这种玻璃的折射系数很高。只对红外光透明，而对可见光和紫外光不透明，所以能在很暗的环境下分别动植物。普通相机的镜头是用光学玻璃制成，主要的功能是折射光线，也可以说是放大物体。一般光学玻璃由人工合成。红外热像仪镜头相比普通相机的镜头中采用的普锗稀散金属元素，虽然自然界中的储量不算低，但是高浓度的锗提取难度非常大，因此锗镜头的生产成本较高，市场售价往往高于普通的相机镜头。
顺便提一下，全球顶级豪华车的夜视系统也是采用热成像仪，由FLIR垄断。
和激光雷达比，热成像仪的价格相对低一些，一片FPA阵列芯片大约800-1200美元，整个系统大约2000美元。FLIR有后装的夜视套件，价格大约2200-2500美元。
Origin依然使用激光雷达，虽然通用在2017年收购了FMCW型激光雷达Strobe，宝马和丰田投资的Blackmore也是FMCW激光雷达，据说成本大约10-15万美元。Strobe应该与其差不多，所以在Origin上见不到Strobe的FMCW激光雷达。顺便说下，奥迪投资了FMCW激光雷达初创公司Aeva，FMCW激光雷达跟毫米波雷达几乎没区别，很容易做成全半导体，也就是真正的全固态。
这是Origin后面车顶的激光雷达，看样子似乎还是360度旋转型激光雷达，应该是通用自制的，毕竟机械360度旋转激光雷达门槛很低。
通用这种激进策略很可能不奏效，用户特别是美国用户难以接受如此激进的设计，即便是共享出行，很多人也质疑其安全度。很多人看完Origin的发布会，在Youtube上大量留言称“很好，我这就去买特斯拉！”通用效仿特斯拉的激进策略，而特斯拉依靠马斯克神话，马斯克拥有无数铁粉，被当作神一般崇拜，公众对特斯拉的宽容度极高。特斯拉出任何问题，无需马斯克出面，铁粉就会为特斯拉保驾护航，否认一切，坚持认为特斯拉是完美的，是人类目前最先进的技术。而通用则不然，那怕再微小的错误，也会被质疑是能力低下。
通用这种大量外挂式传感器，加上左右摇摆式运动或360度旋转，过车规的可能性微乎其微，通用似乎这次不在意车规，毕竟特斯拉成功就靠这个。不过相信丰田、大众、奔驰此类传统车厂永远不会放弃车规。
无人驾驶还有很长的路要走。
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