作者 | HYZY

來源 | 焉知

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一、基本概念

駕駛員狀態監控系統DMS（Driver Monitor System）屬于自動駕駛人機交互的一部分，其使用攝像頭獲取的圖像及其它車身傳感器輸入的數據，通過視覺跟蹤、動作識別等技術監測駕駛員的駕駛行為和生理狀態，當判斷駕駛員不在場或處于非正常駕駛狀態時（疲勞、分心等），自動駕駛系統向駕駛員發出報警或執行其它安全策略，以確保車輛運行安全。

圖 1  駕駛員狀態監控DMS

從技術原理上，駕駛員狀態監控系統DMS可分為直接監控和間接監控兩種類型：

• 直接監控：通過傳感器獲取駕駛員頭部運動、面部運動、眼部運動、心電或腦電等直接表征駕駛員狀態的信號，用以判斷駕駛員的狀態；

• 間接監控：通過獲取駕駛員的駕駛行為信號及相關車輛狀態信號，間接判斷駕駛員狀態。

直接監控方式可獲取更多的駕駛員狀態信息，且隨著相關視覺技術的進步，其判斷結果可信度也不斷提升，多用于自動駕駛系統的人機交互。間接監控方式可獲取的駕駛員狀態信息有限，通?？捎糜隈{駛員駕駛風格判斷及整車駕駛模式匹配。

二、駕駛員狀態定義

駕駛員狀態監控系統DMS可識別的駕駛員狀態見下圖2。

圖 2  駕駛員狀態

1、正常駕駛狀態

駕駛員處于正常駕駛狀態包括了駕駛員在場和保持了注意力兩方面的判斷，相關判定條件為：

• 駕駛員在場判定
  參考UNECE ALKS法規要求，以下兩項條件任意一條滿足時，都可判定為駕駛員不在場：
  ? 檢測到駕駛員不在駕駛座持續時間＞1s；
  ? 主駕安全帶松開。
• 駕駛員保持注意力判定
  駕駛員保持注意力的判定條件可參考以下四條，當檢測到其中一條或兩條滿足時即可認為駕駛員保持了注意力：
  ? 駕駛員對駕駛操控裝置有輸入；
  ? 確認駕駛員視線主要在看前方道路；
  ? 確認駕駛員視線有在關注后視鏡；
  ? 確認駕駛員頭部移動主要為了駕駛任務。

2、非正常駕駛狀態

非正常駕駛狀態通常包括疲勞駕駛、分析駕駛和極端異常駕駛三種類型。

圖 3 非正常駕駛狀態

三、實現原理

1、功能架構

如下圖4所示，駕駛員狀態監控系統DMS可分為三個主要功能模塊：駕駛員狀態感知傳感器、駕駛員姿態信息識別和駕駛員接管能力判斷，車身傳感器提供相關車輛狀態信號輸入。

圖 4 駕駛員狀態監控系統DMS功能架構

2、駕駛員姿態信息識別

駕駛員狀態監控系統DMS進行的駕駛員姿態信息識別主要包括：人臉識別、手部動作識別和坐姿識別三類：

人臉識別

可利用攝像頭的人臉識別技術識別駕駛員面部表情和頭部動作（包含動作/狀態及持續時間），以判斷駕駛員當前疲勞程度以及注意力分散程度。

圖 5 人臉識別

具體識別姿態有：

? 疲勞：①瞌睡/打盹，伴隨眼睛閉合、輕微點頭、揉眼等動作；②打哈欠；③目光呆滯。

? 注意力偏移：①轉頭（左轉/右轉）；②低頭（看手機/看書、撿東西）；③抬頭；④目視前方但注意力不集中（打電話）。

手部動作識別

課通過方向盤傳感器判斷駕駛員手握方向盤情況。駕駛員是否手握方向盤可作為駕駛員保持強接管能力的判定依據，也可以作為駕駛員進行了有效接管的判定依據。

圖 6  手部動作識別

具體可識別以下姿態：

? 雙手緊握/輕握：保持強接管能力/有效接管；

? 單手緊握/輕握：保持強接管能力/有效接管；

? 雙手/單手隨意放置；

? 雙手離開方向盤

坐姿識別

? 可通過座椅傳感器判斷駕駛員是否在駕駛位上；

? 通過安全帶信號判斷主駕安全帶是否系上。

3、駕駛員接管能力判斷

疲勞駕駛狀態的判定和分級是駕駛員狀態監控系統的一個難點，目前疲勞等級的評價方法可分為主觀評價與客觀評價兩種方法：

• 主觀評價
  主觀評價方法是基于駕駛員主觀的感受、駕駛員反應時間以及面部特征將駕駛員主觀感受進行分類量化。
  主觀評價方法分為主觀自評方法與主觀他評方法，主觀自評通常采用KSS(Karolinska Sleepiness Scale)、SSS（Stanford Sleepiness Scale）和VAS（Visual Analog Scales）的方法來測試被試驗者的狀態；主觀他評法一般選取基于駕駛員面部、眼部信號根據KSS標準對駕駛員當前狀態進行打分。
• 客觀評價
  客觀評價法則通過駕駛員的生理信號（心電信號、腦電信號）判斷駕駛員的疲勞程度。