航芯案例分享 | 駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)全解析 為駕駛安全護(hù)航

發(fā)布時(shí)間:2022-01-13

考慮到道路上的汽車(chē)數(shù)量不斷增加，對(duì) ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）需求的不斷增長(zhǎng)可能不足為奇！

大多數(shù)駕駛員因在駕駛時(shí)分心而遭遇事故，尤其是在夜間，所以許多汽車(chē)制造商都在提供駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)，增進(jìn)道路安全性。該系統(tǒng)可以在不受照明條件影響的情況下進(jìn)行駕駛員的疲勞監(jiān)測(cè)、駕駛員注意力監(jiān)測(cè)以及危險(xiǎn)駕駛行為的監(jiān)測(cè)，以減少事故的發(fā)生。但是這個(gè)解決方案是如何工作的呢？讓我們更多地了解一下這個(gè)潛在的救生系統(tǒng)。

上海航芯MCU ACM32F403系列因其180MHz主頻、ARM Cortex-M33內(nèi)核以及車(chē)規(guī)級(jí)工藝被廣泛應(yīng)用在該領(lǐng)域。

什么構(gòu)成駕駛員監(jiān)控解決方案 (DMS) ？

大多數(shù) DMS 使用 RGB 或紅外傳感器。該解決方案在轉(zhuǎn)向柱或后視鏡上放置一個(gè)帶紅外 LED 探測(cè)器的CCD攝像頭，該攝像頭可以跟蹤駕駛員的眼睛注視方位和頭部運(yùn)動(dòng)等參數(shù)。

圖1 昏昏欲睡的駕駛

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到駕駛員沒(méi)有注意道路或感到困倦時(shí)，就會(huì)發(fā)出聲音和視覺(jué)警報(bào)。它有助于在碰撞發(fā)生前警告駕駛員，而不是事后報(bào)告事故。它還可以幫助改善駕駛，特別是對(duì)于更有可能發(fā)生碰撞的新司機(jī)。DMS 可以降低運(yùn)營(yíng)和保險(xiǎn)成本，實(shí)現(xiàn)安全指標(biāo)，從而挽救生命！

它適用于太陽(yáng)鏡嗎？

紅外線幾乎可以穿過(guò)所有太陽(yáng)鏡，包括偏光太陽(yáng)鏡。對(duì)于圖像傳感器來(lái)說(shuō)，鏡片看起來(lái)是透明的，因此可以正常跟蹤眼睛。此外，計(jì)算機(jī)視覺(jué)和人工智能算法經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，即使在駕駛員戴著墨鏡或口罩的情況下也能檢測(cè)到瞌睡和分心。

它可以防御欺騙性臉部攻擊嗎？

在社交媒體上流傳的謠言之一是駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)很容易被欺騙，即將照片放在攝像頭傳感器前。實(shí)際上，駕駛員監(jiān)控解決方案可以輕松檢測(cè)靜止圖像，因?yàn)樵谶@種情況下不會(huì)發(fā)生眼睛注視、頭部和頸部運(yùn)動(dòng)。因此，這種欺騙行為很容易被檢測(cè)到。

如果試圖通過(guò)視頻進(jìn)行欺騙性攻擊，那也是行不通的。人眼對(duì)紅外光的反射不同于電子設(shè)備上播放的視頻對(duì)光的反射。

DMS：隱私入侵者？

DMS 不會(huì)一直記錄駕駛員的行動(dòng)，除非是在分心和瞌睡期間。在這種情況下，系統(tǒng)會(huì)提醒駕駛員并將錄像記錄在云端，以供日后參考。

圖2 駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)

因此，司機(jī)應(yīng)該知道安裝在他們車(chē)輛上的攝像頭不會(huì)侵犯他們的隱私。此外，立法者正在尋找道路安全和隱私可以齊頭并進(jìn)的方法。

在歐洲，采用 DMS 的授權(quán)規(guī)定，只能安裝閉環(huán)系統(tǒng)，它們必須在車(chē)內(nèi)進(jìn)行視頻分析和處理。

根據(jù)歐洲議會(huì)和理事會(huì)關(guān)于機(jī)動(dòng)車(chē)型式認(rèn)證要求的法規(guī) (EU) 2019/2144規(guī)定：“任何此類(lèi)安全系統(tǒng)都應(yīng)該在不使用任何類(lèi)型的駕駛員或乘客生物特征信息的情況下運(yùn)行，包括面部識(shí)別?！?/span>

此外，美國(guó)《安全法》規(guī)定：“根據(jù)第 (1) 款發(fā)布的規(guī)則應(yīng)包括交通部長(zhǎng)確定的適當(dāng)隱私和數(shù)據(jù)安全保障措施?！?/span>

在開(kāi)發(fā)和將DMS整合到車(chē)輛的過(guò)程，有哪些需要考慮的關(guān)鍵因素？

通常，為受控環(huán)境設(shè)計(jì)系統(tǒng)相對(duì)容易。光源經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)以獲得最佳圖像質(zhì)量，功耗或散熱沒(méi)有限制。

您可能認(rèn)為車(chē)輛內(nèi)部是受控環(huán)境，是唯一需要考慮的區(qū)域，但事實(shí)并非如此。在開(kāi)發(fā)駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)之前，必須牢記以下幾點(diǎn)。

準(zhǔn)確性是第一位的。駕駛員監(jiān)控解決方案應(yīng)測(cè)量其要測(cè)量的內(nèi)容，并將誤報(bào)保持在最低限度。

硬件和軟件需要最少的維護(hù)，如果系統(tǒng)不穩(wěn)定或需要定期校準(zhǔn)，駕駛員可能不太信任和使用該系統(tǒng)。

一個(gè)理想的 DMS 可以在任何內(nèi)部條件（例如溫度、環(huán)境照明、高噪音）和外部條件（例如一天中的時(shí)間、惡劣天氣、變化的高速公路幾何形狀等）下工作。

該系統(tǒng)還應(yīng)適應(yīng)各種物理特征設(shè)計(jì)，包括人口特征、物理特征和視覺(jué)需求（眼鏡或隱形眼鏡）。校準(zhǔn)應(yīng)該簡(jiǎn)單快速地實(shí)施。

它應(yīng)該有能力實(shí)時(shí)連續(xù)收集數(shù)據(jù)以達(dá)到其預(yù)期目的，發(fā)出警告的明顯延遲會(huì)降低系統(tǒng)提供的預(yù)期保護(hù)。

此外，原始設(shè)備制造商試圖改變車(chē)輛的設(shè)計(jì)以引入新概念并提高駕駛員的舒適度。因此，創(chuàng)造一個(gè)能夠適應(yīng)這些變化的產(chǎn)品是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

因此，駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)為即使在弱光條件下也能提供高質(zhì)量的圖像。

攝像頭位置應(yīng)根據(jù)需要方便安裝在A柱、后視鏡或轉(zhuǎn)向柱等各個(gè)位置。該產(chǎn)品既可以是獨(dú)立設(shè)計(jì)，也可以與其他系統(tǒng)集成。

最重要的是，駕駛員監(jiān)控解決方案必須通過(guò) ASIL 認(rèn)證，因?yàn)樵摻鉀Q方案與安全關(guān)鍵的 ADAS 和自動(dòng)駕駛功能相關(guān)。

為什么要進(jìn)行汽車(chē)安全完整性等級(jí) (ASIL) 評(píng)級(jí)？

DMS 最重要的功能之一是駕駛員注視和眼球追蹤。DMS 中使用的圖像傳感器預(yù)計(jì)將具有獲得 ASIL-B 認(rèn)證所需的功能。

首先想到的問(wèn)題是，為什么我們首先需要 ASIL 認(rèn)證？需要什么樣的 ASIL 等級(jí)才能滿足當(dāng)前和未來(lái)的需求？

這很簡(jiǎn)單，ASIL認(rèn)證越高越好。

由于圖像傳感器或傳感器通常在汽車(chē)行業(yè)具有較長(zhǎng)的生命周期，因此最好在市場(chǎng)趨勢(shì)中保持領(lǐng)先。在具有更多與安全相關(guān)的關(guān)鍵功能的應(yīng)用中，優(yōu)先考慮更高的 ASIL 認(rèn)證。

此外，由于開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證和維護(hù)會(huì)導(dǎo)致高成本，因此更高的安全等級(jí)會(huì)提高 ROI（投資回報(bào)率），同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生區(qū)域或利潤(rùn)損失。

理想情況下，ASIL B、C 是駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)的理想評(píng)級(jí)，因?yàn)樗挥米靼踩δ?。在發(fā)生事故或重大故障時(shí)，預(yù)計(jì) DMS 將發(fā)揮作用，提醒駕駛員。

要獲得這樣的評(píng)級(jí)，傳感器應(yīng)確保圖像沒(méi)有噪聲、鏡像、像素缺陷、行或列缺陷。該系統(tǒng)必須包含保護(hù)措施，以確保算法可以信任圖像。

DMS 的未來(lái)在哪里？

與發(fā)展中國(guó)家相比，發(fā)達(dá)國(guó)家擁有更多的高檔和豪華汽車(chē)。因此，他們?cè)隈{駛員監(jiān)控解決方案方面擁有巨大的市場(chǎng)。然而，隨著發(fā)展中國(guó)家對(duì)豪華汽車(chē)需求的不斷增長(zhǎng)，情況正在發(fā)生變化。

印度已加入其他監(jiān)管機(jī)構(gòu)的聯(lián)盟。Bharat 新車(chē)安全評(píng)估計(jì)劃采用星級(jí)系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛安全性進(jìn)行評(píng)級(jí)。

各個(gè)國(guó)家都有 NCAP（新車(chē)評(píng)估計(jì)劃）來(lái)評(píng)估新汽車(chē)設(shè)計(jì)在各種安全威脅下的性能。這些 NCAP 正在推薦駕駛員監(jiān)控解決方案并為產(chǎn)品提供增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

Euro NCAP 已經(jīng)給出了在車(chē)輛中安裝兒童存在檢測(cè)系統(tǒng)的最后期限。到 2022 年，它將開(kāi)始對(duì)該功能進(jìn)行評(píng)級(jí)。美國(guó)也在朝著道路安全邁出一步。

最近，NTSB 已要求 NHTSA 與 SAE 國(guó)際合作，為駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)制定一定的性能標(biāo)準(zhǔn)，以最大限度地減少駕駛員脫離接觸并解決自動(dòng)化的濫用問(wèn)題。

NTSB 進(jìn)一步表示，任何安裝了 2 級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)的汽車(chē)都應(yīng)配備適當(dāng)?shù)鸟{駛員監(jiān)控解決方案，其中攝像頭執(zhí)行視線跟蹤。這將有助于確保駕駛員能夠認(rèn)真看路。

簡(jiǎn)而言之，DMS市場(chǎng)目前以歐洲為主，其次是北美，但很快其他大洲的需求就會(huì)上升，未來(lái)，具有較高評(píng)級(jí)的解決方案將引領(lǐng)市場(chǎng)。因此，毫無(wú)疑問(wèn)，DMS 很快將成為所有汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)功能。

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