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內核以及車規(guī)級工藝被廣泛應用在該領域。

什么構成駕駛員監(jiān)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。

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過訓練，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 的授權規(guī)定，只能安裝閉環(huán)系統(tǒng)，它們必須在車內進行視頻分析和處理。

根據歐洲議會和理事會關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?！?/span>

此外，美國《安全法》規(guī)定：“根據第 (1) 款發(fā)布的規(guī)則應包括交通部長確定的適當隱私和數據安全保障措施?！?/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鍵因素？

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

您可能認為車輛內部是受控環(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(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)還應適應各種物理特征設計，包括人口特征、物理特征和視覺需求（眼鏡或隱形眼鏡）。校準應該簡單快速地實施。

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

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

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

攝像頭位置應根據需要方便安裝在A柱、后視鏡或轉向柱等各個位置。該產品既可以是獨立設計，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鍵的 ADAS 和自動駕駛功能相關。

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先。在具有更多與安全相關的關鍵功能的應用中，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)管機構的聯盟。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)控解決方案并為產品提供增長機會。

Euro NCAP 已經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)的汽車都應配備適當的駕駛員監(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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