航芯案例分享 | 駕駛員監控系統全解析 為駕駛安全護航

發(fā)布時(shí)間:2022-01-13

考慮到道路上的汽車(chē)數量不斷增加，對 ADAS（高級駕駛輔助系統）需求的不斷增長(cháng)可能不足為奇！

大多數駕駛員因在駕駛時(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控系統，增進(jìn)道路安全性。該系統可以在不受照明條件影響的情況下進(jìn)行駕駛員的疲勞監測、駕駛員注意力監測以及危險駕駛行為的監測，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。

上海航芯MCU ACM32F403系列因其180MHz主頻、ARM Cortex-M33內核以及車(chē)規級工藝被廣泛應用在該領(lǐng)域。

什么構成駕駛員監控解決方案 (DMS) ？

大多數 DMS 使用 RGB 或紅外傳感器。該解決方案在轉向柱或后視鏡上放置一個(gè)帶紅外 LED 探測器的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動(dòng)等參數。

圖1 昏昏欲睡的駕駛

當系統檢測到駕駛員沒(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。它有助于在碰撞發(fā)生前警告駕駛員，而不是事后報告事故。它還可以幫助改善駕駛，特別是對于更有可能發(fā)生碰撞的新司機。DMS 可以降低運營(yíng)和保險成本，實(shí)現安全指標，從而挽救生命！

它適用于太陽(yáng)鏡嗎？

紅外線(xiàn)幾乎可以穿過(guò)所有太陽(yáng)鏡，包括偏光太陽(yáng)鏡。對于圖像傳感器來(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，計算機視覺(jué)和人工智能算法經(jīng)過(guò)訓練，即使在駕駛員戴著(zhù)墨鏡或口罩的情況下也能檢測到瞌睡和分心。

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控系統很容易被欺騙，即將照片放在攝像頭傳感器前。實(shí)際上，駕駛員監控解決方案可以輕松檢測靜止圖像，因為在這種情況下不會(huì )發(fā)生眼睛注視、頭部和頸部運動(dòng)。因此，這種欺騙行為很容易被檢測到。

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

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 駕駛員監控系統

因此，司機應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 的授權規定，只能安裝閉環(huán)系統，它們必須在車(chē)內進(jìn)行視頻分析和處理。

根據歐洲議會(huì )和理事會(huì )關(guān)于機動(dòng)車(chē)型式認證要求的法規 (EU) 2019/2144規定：“任何此類(lèi)安全系統都應該在不使用任何類(lèi)型的駕駛員或乘客生物特征信息的情況下運行，包括面部識別?！?/span>

此外，美國《安全法》規定：“根據第 (1) 款發(fā)布的規則應包括交通部長(cháng)確定的適當隱私和數據安全保障措施?！?/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)境設計系統相對容易。光源經(jīng)過(guò)校準以獲得最佳圖像質(zhì)量，功耗或散熱沒(méi)有限制。

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

準確性是第一位的。駕駛員監控解決方案應測量其要測量的內容，并將誤報保持在最低限度。

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

一個(gè)理想的 DMS 可以在任何內部條件（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。

該系統還應適應各種物理特征設計，包括人口特征、物理特征和視覺(jué)需求（眼鏡或隱形眼鏡）。校準應該簡(jiǎn)單快速地實(shí)施。

它應該有能力實(shí)時(shí)連續收集數據以達到其預期目的，發(fā)出警告的明顯延遲會(huì )降低系統提供的預期保護。

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

因此，駕駛員監控系統必須設計為即使在弱光條件下也能提供高質(zhì)量的圖像。

攝像頭位置應根據需要方便安裝在A(yíng)柱、后視鏡或轉向柱等各個(gè)位置。該產(chǎn)品既可以是獨立設計，也可以與其他系統集成。

最重要的是，駕駛員監控解決方案必須通過(guò) ASIL 認證，因為該解決方案與安全關(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 (ASIL) 評級？

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計將具有獲得 ASIL-B 認證所需的功能。

首先想到的問(wèn)題是，為什么我們首先需要 ASIL 認證？需要什么樣的 ASIL 等級才能滿(mǎn)足當前和未來(lái)的需求？

這很簡(jiǎn)單，ASIL認證越高越好。

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

此外，由于開(kāi)發(fā)、驗證和維護會(huì )導致高成本，因此更高的安全等級會(huì )提高 ROI（投資回報率），同時(shí)不會(huì )產(chǎn)生區域或利潤損失。

理想情況下，ASIL B、C 是駕駛員監控系統的理想評級，因為它被用作安全功能。在發(fā)生事故或重大故障時(shí)，預計 DMS 將發(fā)揮作用，提醒駕駛員。

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

DMS 的未來(lái)在哪里？

與發(fā)展中國家相比，發(fā)達國家擁有更多的高檔和豪華汽車(chē)。因此，他們在駕駛員監控解決方案方面擁有巨大的市場(chǎng)。然而，隨著(zhù)發(fā)展中國家對豪華汽車(chē)需求的不斷增長(cháng)，情況正在發(fā)生變化。

印度已加入其他監管機構的聯(lián)盟。Bharat 新車(chē)安全評估計劃采用星級系統對車(chē)輛安全性進(jìn)行評級。

各個(gè)國家都有 NCAP（新車(chē)評估計劃）來(lái)評估新汽車(chē)設計在各種安全威脅下的性能。這些 NCAP 正在推薦駕駛員監控解決方案并為產(chǎn)品提供增長(cháng)機會(huì )。

Euro NCAP 已經(jīng)給出了在車(chē)輛中安裝兒童存在檢測系統的最后期限。到 2022 年，它將開(kāi)始對該功能進(jìn)行評級。美國也在朝著(zhù)道路安全邁出一步。

最近，NTSB 已要求 NHTSA 與 SAE 國際合作，為駕駛員監控系統制定一定的性能標準，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 級駕駛員輔助系統的汽車(chē)都應配備適當的駕駛員監控解決方案，其中攝像頭執行視線(xiàn)跟蹤。這將有助于確保駕駛員能夠認真看路。

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)，具有較高評級的解決方案將引領(lǐng)市場(chǎng)。因此，毫無(wú)疑問(wèn)，DMS 很快將成為所有汽車(chē)的標準功能。

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