能让ADAS和DMS协同工作吗？

驾驶监控系统(DMS)技术长期以来一直被束之高阁，近来在汽车安全性讨论中重新引起了人们的关注。

人们越来越清楚地认识到DMS可以提高车辆行驶安全性，这推动了新法规的制定，提升了新型汽车的安全等级。欧洲议会已更新了其通用安全法规(GSR)，确定了要求安装DMS的车辆类型，欧盟新车安全评鉴协会(NCAP)也正在完善其DMS测试规程。NCAP的五星碰撞评级计划延迟了两年，将于2024年开始测试。

图1：麻省理工学院AgeLab研究科学家Bryan Reimer

然而，这还不够。

汽车产业面临一个严峻的事实，就是人们驾驶半自动化车辆的时间越长，就越容易疏忽大意。

确实，汽车制造商总是将一些花俏的东西吹嘘为先进驾驶辅助系统(ADAS)的安全功能，希望驾驶使用这些功能。但是，过分依赖自动驾驶会导致不安全的行为，而DMS恰好处于这种危机四伏的人机关系之间。

迫在眉睫的问题是，DMS是否可以调解这种陷入困境的关系。

笔者最近采访了麻省理工学院(MIT) AgeLab研究科学家Bryan Reimer (图1)，他重申了长期以来一直坚持的观点：“DMS数据需要与主动安全系统融合。”Reimer是美国公路安全保险协会(IIHS)的一个研究项目的架构师，这项研究显示了在Level 1和Level 2自动驾驶车中实现半自动化所产生的不利影响。

Reimer指出，他们的目标是同时利用自动化及人类的优势，以实现最高的安全性(图2)。为了确保人车联合系统比纯人工驾驶系统更好，“需要考虑利用强大的数据来支持。”

图2：将自动化和人类的优势结合起来以实现最好的安全性。

(图片来源：麻省理工学AgeLab)

图3：Seeing Machines人为因素和后装市场解决方案资深副总裁Mike Lenn。

Semicast Research首席分析师Colin Barnden也强调：“必须将ADAS和DMS结合起来。”他指出，DMS检测到的驾驶状态需要转化为ADAS动作，如煞车和转向。

Seeing Machines人为因素和后装市场解决方案资深副总裁Mike Lenné (图3)承认：“将内部感测和外部感测结合可以提高安全性。”他列出了将ADAS和DMS结合的两个好处：确实了解行驶中存在的安全风险，确保检测到人的真实状态；利用DMS为ADAS功能设置阈值。例如，虽然驾驶将手放在方向盘上驾驶车辆，但实际上他是不是正昏昏欲睡呢？

Lenné说：“根据各种驾驶场景/环境来调节DMS功能，这是一个持久的挑战。例如，如何设定城市驾驶和乡村驾驶的分心指标？”

Lenné认为，除此之外，汽车制造商要“地让人机界面(HMI)/车辆根据不同的风险严重程度进行响应，即由安全风险的严重程度来决定HMI和车辆的回应。”

DMS的“基础版本”

图4：欧洲NCAP技术总监Richard Schram。

我们不应操之过急。在由Affectiva主办的“驾驶监控之外的先进安全性”(Advanced Safety Beyond Driver Monitoring)网络活动中，欧洲NCAP技术总监Richard Schram (图4)介绍，欧洲NCAP采取了一种非常快速务实的方法。

他强调，欧洲NCAP希望先“在每辆车上安装DMS的基础版本”，然后遵循其技术发展蓝图来发展。“我们永远无法得到完美的DMS系统。”

这个基础系统，是否就是只有基于摄影机、基于视觉的DMS呢？欧洲NCAP正在开发的DMS测试规程，重点就放在视觉系统上。Smart Eye首席执行官Martin Krantz打趣道：“特斯拉(Tesla)使用的方向盘扭矩传感器，虽然有时也被认为是DMS……但它们已经过时了。”

Jungo Connectivity首席执行官Ophir Herbst (图5)在访谈中坦承：“DMS和乘客监控系统(OMS)技术都采用了2D摄影机……确实有一些公司与我们合作(或使用我们的产品)来测量驾驶的『认知能力』或『精神状态』。OEM也在探索其他一些传感器，但他们意识到摄影机的各种功能都提供了最大的投资回报率，而成本是必须考虑的事。”

图5：Jungo Connectivity首席执行官Ophir Herbst。

最近更名为Cipia的Eyesight Technologies则坚持“视觉是驾驶监控的主要方式”。

Cipia产品副总裁Tal Krzypow (图6)在采访中说，视觉“能检测到眼睛的闭合与凝视，以及脸部表情(还有其他功能)，这些都是驾驶困倦和注意力分散最直接的表现。”

他并补充：“尤其是注意力分散，是造成事故的主要原因之一，没有其他更好的方法可以追踪驾驶的视觉专注力了。”

Krzypow并不反对使用其他传感器，例如用于监测呼吸的雷达，但他强调：“目前的市场很大程度是由法规要求驱动，只有视觉方法才能最大限度地满足法规要求。”

那么，下一代DMS传感器发展如何呢？

图6：Cipia产品副总裁Tal Krzypow。

尽管视觉DMS是许多OEM的优选方案，但DMS开发人员不会停止开发新传感器，以便能进行更多检测。

Krantz (图7)描绘了一幅更广阔的画面。“在2020年CES上，我们示了一款雷达呼吸探测器。”Krantz说，“许多DMS技术供货商都在研究乘客监控解决方案，我们也在开发全车舱感知方案，采用一到两个广角摄影机追踪监测整个车舱，测量乘客身体姿势、儿童是否在后座、安全带是否系好等。”

他补充：“我们还捕捉所有乘客的脸部表情，并将其与基本情绪对应。这种方法也可以用来辨识车中的每个人。”Krantz认为，未来汽车内部将由“多模传感器套件”进行监控。Smart Eye计划“持续开发软件，使其能够适应多种形式的传感器。”

一些Tier 1供货商(如Valeo)据报导正在探索可以检测遗留在车内的“生命体”(如婴儿、小狗等)雷达技术。

飞行时间(ToF)传感器也有可能用于DMS。2020年初，ADI与Jungo宣布进行合作，当被问及为什么要合作时，Herbst解释，ToF传感器可提高脸部辨识、手势，以及座位占用、姿势等算法的准确性，而且，在某些情况下，ToF传感器还可以提供其他功能，例如检测手是否离开方向盘。他指出，ToF传感器将在“未来一年内”用于DMS系统。

图7：Smart Eye首席执行官Martin Krantz。

但是，也有人对此提出疑问：在DMS中添加感测功能就能解决诸如检测驾驶困倦之类的棘手问题？Lenné认为，困倦是最难检测的一种状态，“我们研究了大脑活动、心律活动和呼吸。”Seeing Machines使用的一些生理传感器是由澳大利亚和英国的学术机构开发和设计的，Lenné说：“我们发现，其他传感器都会产生很大的噪声，导致心率或呼吸速率变化的原因多达101种。”

DMS的强制性要求正在逐步实施，Seeing Machines重申：“眼睛能看见，而且眼睛不说谎”。Lenné强调了他们透过广泛研究得出的结论：“如果你真的想知道一个人的注意力和认知状态，就去研究他们的眼睛和脸部表情。”

图8：检测驾驶状态需要考虑多种因素。

(数据源：IEEE Pervasive Computing)

欧洲NCAP该测什么及如何测试？

Krantz指出，DMS测试的首要任务是将系统安装在汽车中进测试，许多在测试平台上正常的系统在实际的恶劣驾驶环境下却无法工作。

Semicast Reseach首席分析师Colin Barnden (图9)指出，现实中的许多情况往往让DMS技术无所适从，比如阳光直射和路灯频闪，甚至驾驶戴着口罩和太阳镜也会困扰DMS系统。

图9：Semicast Reseach首席分析师Colin Barnden。

那么DMS必须具备哪些功能呢？许多供货商拒绝透露详细信息，只是提及他们参与了欧洲NCAP的测试开发工作。但Krantz强调，基本信号(例如头部姿势、眼睑张开、视线方向等)的质量很重要。

“基本信号的准确性和质量都很重要。如果这些信号不够完整，就无法在上层创建警告应用。警告需要谨慎处理，确保低误报率。”Krantz补充：“瞥一眼仪表板与微睡眠是不同的，不能搞混。”

Krantz称Euro NCAP的测试规程正在制定中，“我们有信心提供先进的标准，不会遗漏DMS系统最重要功能的测量。”

Herbst列出了可能的DMS功能需求：

• 透过头部姿势辨识注意力分散，如瞄一眼手机、调节信息娱乐系统；
• 辨识微睡眠(microsleep)和其他睡眠状态；
• 透过多种信号(眼睛、哈欠、脑电图、方向盘)辨识长时间的昏昏欲睡情况；
• 各种光照条件(白天、夜晚、阳光直射)；
• 各种配饰(眼镜、太阳镜、帽子、口罩)。

最后，OEM当然期望符合欧洲NCAP要求的系统具备成本效益，Herbst说：“DMS可以在现有的运算系统(如信息娱乐系统或仪表板)上运作。汽车制造商还要考虑提供其他功能，如软件升级。此外，Tier 1供货商情有独钟的是最适合他们所用芯片组的解决方案，监管机构不会规定采用什么技术，他们只专注于使用和极端情况。”

会有昏昏欲睡的假人吗？

这个问题可能有点奇怪，但它却指出了欧洲NCAP如何在车内测试DMS的问题，有会昏昏欲睡的假人用来进行测试吗？

Lenné说：“我们认为，无论是在模拟还是实际测试中，都需要人类驾驶主动参与测试。目前尚不清楚如何实施，但可能需要在困倦程度方面达成一些共识。”

对于微睡眠，Krantz说：“我们不仅要对微睡眠发出警告(微睡眠之后就会陷入睡眠)，还要对严重昏昏欲睡(此时驾驶能力急剧下降)发出警告。”他建议：“在模拟和实际驾驶中，让驾驶一直处理同样的场景下(例如凌晨时分长时间的乏味驾驶)，并在固定的时间间隔内对自己的困倦程度进行自我评估。两者的区别在于，模拟驾驶中的测试可以持续到驾驶陷入睡眠。”

实际测试比Krantz和Lenné提到的要复杂得多。正如Krzypow指出的那样，“辨识困倦(不同于闭眼)面临双重挑战：它很难测量，也很难模拟。”还没人解释欧洲NCAP计划如何应对这个挑战。

如何让DMS别干扰驾驶？

说了这么多，实际上DMS技术最薄弱之处是误警报太多，驾驶常常不厌其烦，最终关闭DMS使其变得没有作用…

…那么，该如何让DMS不干扰驾驶又能发挥安全作用？车厂目前开发DMS的现况又是如何？完整阅读精彩内容请下载《电子技术设计》杂志2021年2月刊

 责编：Yvonne Geng

(参考原文：Can You Get ADAS and DMS Work Together?，by Junko Yoshida)