红外传感器还可对车辆起到检测作用。通过实时监测目标物体的温度分布情况,更快速、更准确地诊断出汽车设计、结构等方面的相关缺陷,从而用于制动系统故障诊断、车身气密性检测、车窗加热丝检测、汽车排气管检测等。
红外传感器当然也有一些先天缺陷,如图像纹理信息较少等。另外,红外传感器若长时间朝向太阳,则会对芯片造成一定程度的灼伤。在夏季,建筑物的温度与人体温度可能会趋同,红外传感器的图像会有一定几率无法辨别行人及障碍物,这时则需要图像处理算法来对图像进行处理进而辨别目标。
整体上来说,红外传感器在黑暗、雾霭、沙尘等场景下的特殊优势是现阶段的传感器组合所不具备的。
在多位业内人士看来,目前能用的传感器都已经上车了,自动驾驶若再想向前发展,就得添加新的传感器,红外传感器也就成为了行业的新选择。
技术层面初步成熟
追根溯源,红外传感器技术的发展始于美国,并长期运用在军事领域。由于军事敏感性及探测器技术壁垒较高,具备核心技术的少数国家长期实行技术封锁甚至禁运,使红外传感器成本居高不下。
经过数十年的发展,我国已逐渐攻克关键技术,并形成了一条完整的产业链。不管是上游的材料、芯片设计制造、探测器封装,中游以机芯集成与整机、系统生产厂商,还是下游具体应用我国均有覆盖。睿创微纳,高德红外,海康威视等企业也在这个过程中逐渐崛起。
现阶段红外传感器在自动驾驶领域中的应用虽然不多,但其原理并不复杂。
一个红外传感器的核心零部件包括镜头、探测器、后续电路及图像处理软件。
红外传感器先利用探测器把将进入镜头的红外辐射转变为电信号,信号的大小可反映出红外辐射的强弱,随后用后续电路将电信号进行放大和处理,再通过图像处理软件处理后得到电子视频信号,进而得到可见图像。
红外辐射即红外线,是一种不可见光。自然界中,所有高于绝对零度(-273℃)的物体都在不断辐射红外线,其能量大小与物体表面温度和材料特性直接相关——温度越高,红外线能量越大。
早期搭载红外夜视系统的车型,其价格均在百万级别,如奥迪A8L、奔驰S级及宝马7系等。彼时国内的红外技术尚不成熟,车载红外夜视系统成本十分高昂。
拉姆达夜视CEO周殿清认为,成本是掣肘红外传感器上车的关键。“一套高性能红外传感器的成本甚至高于普通汽车的发动机加变速箱的成本。”
想要降低成本,需要在封装技术和像元尺寸上进行突破。
封装技术是应用于探测器的一项核心技术,它是红外传感器中技术壁垒最高及成本占比最高的环节,封装成本可以占到探测器成本的30%-50%以上。
目前可选择的封装方式有金属封装、陶瓷封装及晶圆级封装三种。其中,晶圆级封装更受推崇,虽然技术难度大,但集成效果好,可减小探测器的封装体积,并能使封装成本大幅下降,满足车载红外传感器小型化、低成本的需求。
近年来,我国企业在封装技术上不断进行突破,睿创微纳相关负责人告诉新智驾:“当前大规模量产的红外传感器是以12μm陶瓷封装和晶圆级封装为主,车规级红外传感器采用的均是晶圆级封装技术并且可以实现量产。”
据睿创微纳2021年年报显示,其金属封装和陶瓷封装红外探测器年产能达80万只,晶圆级封装红外探测器年产能则达到260万只。
另外一个降低成本的关键是像元尺寸,红外探测器像元尺寸对于制造成本的影响主要体现在两方面:
其一:像元尺寸的缩小可以在不影响图像质量的前提下,使相应的镜头尺寸缩小,小尺寸的镜头成本更低。
其二:像元尺寸的缩小将可以减少芯片面积,从而提高单位晶圆面积上的芯片产量。企业可以在同一块晶圆上可以切割出更多的芯片,进而降低成本。