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

發(fā)布時間:2022-01-13

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

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

上海航芯MCU ACM32F403系列因其180MHz主頻、ARM Cortex-M33內(nèi)核以及車規(guī)級工藝被廣泛應(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等參數(shù)。

圖1 昏昏欲睡的駕駛

當系統(tǒng)檢測到駕駛員沒有注意道路或感到困倦時，就會發(fā)出聲音和視覺警報。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 可以降低運營和保險成本，實現(xiàn)安全指標，從而挽救生命！

它適用于太陽鏡嗎？

紅外線幾乎可以穿過所有太陽鏡，包括偏光太陽鏡。對于圖像傳感器來說，鏡片看起來是透明的，因此可以正常跟蹤眼睛。此外，計算機視覺和人工智能算法經(jīng)過訓(xùn)練，即使在駕駛員戴著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(jiān)控系統(tǒng)很容易被欺騙，即將照片放在攝像頭傳感器前。實際上，駕駛員監(jiān)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發(fā)生眼睛注視、頭部和頸部運動。因此，這種欺騙行為很容易被檢測到。

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

DMS：隱私入侵者？

DMS 不會一直記錄駕駛員的行動，除非是在分心和瞌睡期間。在這種情況下，系統(tǒng)會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，司機應(yīng)該知道安裝在他們車輛上的攝像頭不會侵犯他們的隱私。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)，它們必須在車內(nèi)進行視頻分析和處理。

根據(jù)歐洲議會和理事會關(guān)于機動車型式認證要求的法規(guī) (EU) 2019/2144規(guī)定：“任何此類安全系統(tǒng)都應(yīng)該在不使用任何類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。”

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

在開發(fā)和將DMS整合到車輛的過程，有哪些需要考慮的關(guān)鍵因素？

通常，為受控環(huán)境設(shè)計系統(tǒng)相對容易。光源經(jīng)過校準以獲得最佳圖像質(zhì)量，功耗或散熱沒有限制。

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

準確性是第一位的。駕駛員監(jiān)控解決方案應(yīng)測量其要測量的內(nèi)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(tǒng)不穩(wěn)定或需要定期校準，駕駛員可能不太信任和使用該系統(tǒng)。

一個理想的 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，包括人口特征、物理特征和視覺需求（眼鏡或隱形眼鏡）。校準應(yīng)該簡單快速地實施。

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

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

因此，駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)必須設(shè)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(yīng)根據(jù)需要方便安裝在A柱、后視鏡或轉(zhuǎn)向柱等各個位置。該產(chǎn)品既可以是獨立設(shè)計，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 ASIL 認證，因為該解決方案與安全關(guān)鍵的 ADAS 和自動駕駛功能相關(guān)。

為什么要進行汽車安全完整性等級 (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(yù)計將具有獲得 ASIL-B 認證所需的功能。

首先想到的問題是，為什么我們首先需要 ASIL 認證？需要什么樣的 ASIL 等級才能滿足當前和未來的需求？

這很簡單，ASIL認證越高越好。

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

此外，由于開發(fā)、驗證和維護會導(dǎo)致高成本，因此更高的安全等級會提高 ROI（投資回報率），同時不會產(chǎn)生區(qū)域或利潤損失。

理想情況下，ASIL B、C 是駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)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，預(yù)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(yīng)確保圖像沒有噪聲、鏡像、像素缺陷、行或列缺陷。該系統(tǒng)必須包含保護措施，以確保算法可以信任圖像。

DMS 的未來在哪里？

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。因此，他們在駕駛員監(jiān)控解決方案方面擁有巨大的市場。然而，隨著發(fā)展中國家對豪華汽車需求的不斷增長，情況正在發(fā)生變化。

印度已加入其他監(jiān)管機構(gòu)的聯(lián)盟。Bharat 新車安全評估計劃采用星級系統(tǒng)對車輛安全性進行評級。

各個國家都有 NCAP（新車評估計劃）來評估新汽車設(shè)計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)品提供增長機會。

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

最近，NTSB 已要求 NHTSA 與 SAE 國際合作，為駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)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化的濫用問題。

NTSB 進一步表示，任何安裝了 2 級駕駛員輔助系統(tǒng)的汽車都應(yīng)配備適當?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真看路。

簡而言之，DMS市場目前以歐洲為主，其次是北美，但很快其他大洲的需求就會上升，未來，具有較高評級的解決方案將引領(lǐng)市場。因此，毫無疑問，DMS 很快將成為所有汽車的標準功能。

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