汽車內部感知趨勢

駕駛哥

2021年7月8日 10:37

來源 | 北京市高級別自動駕駛示范區

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提高車輛安全性的大半注意力都聚焦在車輛外部。如今在考慮安全問題時，往往會想到避撞，人工智能會讀取雷達、攝像頭和其他傳感器掃描周圍環境的信號。

但車內和車外發生的事情同等重要，通過車內感知進行安全創新的潛力巨大。汽車制造商已開始在車內安裝攝像頭，監控和感知駕駛員狀態。車內傳感器為提高駕駛員和乘客的安全性、舒適性和便利性提供了無限可能，同時也有助于降低成本。

為提升車內用戶體驗，就需要一個綜合的內部感應平臺，與車內更大的用戶體驗系統集成。合適的平臺將確保安全和符合法規的基本功能，識別乘客并提供定制化體驗的高級功能，以及實現更高自動駕駛等級所需的功能。

一、對車內感應的關注日益提升

出于各種監管和競爭原因，汽車廠商競相開發和部署車內傳感系統。

1、高級安全

注意力不集中、疲勞和分心是導致交通事故的主要因素。據美國高速公路安全管理局（NHTSA）估計，近年來，在所有警方報告的車禍中，有14%的車輛事故和8%的致命車禍是由分心駕駛造成的。在這些致命車禍中，13%的司機當時正玩手機。

根據歐洲新車評估計劃（Euro NCAP），在老齡化社會，“突然喪失行為能力也是道路交通事故日趨嚴重的因素”，Euro NCAP進行了測試并發布所有重要的車輛安全評級。雖然事故統計數據并未按司機年齡細分，但歐盟65歲及以上的人口將從2019年的9050萬增加到2050年的1.298億，75歲至84歲的人口預計將增長56.1%。

與此同時，新冠疫情加速了消費者在網上訂購更多商品的趨勢，導致公路上送貨車輛的增加，這些貨車司機極有可能陷入疲勞駕駛狀態。

為減少事故，Euro NCAP鼓勵汽車制造商配置駕駛員狀態感知系統，以檢測分心駕駛，提供適當的音視頻警告，并采取有效行動，例如，在發生醫療事故時，自動啟動規避機制或是安全將車輛停在路邊。

由于COVID-19大流行，實施Euro NCAP標準的駕駛員狀態傳感系統的時間表被推遲了一年。但最新的指導意見要求NCAP開始對汽車制造商在2023至2025年期間部署的對駕駛員疲勞、分心和酒醉程度的基本監測進行評級。

同樣，NCAP希望汽車制造商在2023年前部署能夠檢測和監控車內是否有兒童的系統，并在兒童無人看管的情況下向車主或緊急服務機構發出警報。

此外，歐盟委員會定于2022年發布的《通用安全法規》（General Safety Regulation）以Euro NCAP標準為基礎，要求在歐盟銷售的車輛于2024年前對所有車輛提供高級駕駛員分心警告，并對L3級車輛進行駕駛員可用性監控，2026年前對所有車輛進行監控。

2、自動駕駛

使用攝像頭監測司機的疲勞和分心，能夠很好地滿足自動駕駛監測系統的要求。

在L2+級和L3級，駕駛員和車輛之間會有復雜的實時交互，控制權在其中來回傳遞，具體取決于實際情況。

在L3級，駕駛員可以完全脫手，但僅限于特定情況、不同車速、道路類型和天氣條件。例如，當車輛在高速公路上行駛時，駕駛員可以坐下來，放松并玩手機，但在接近出口、施工區或車輛無法處理的其他情況時，會進行控制移交。L3級下，車輛需要了解駕駛員已做好恢復控制的準備，雙手放在方向盤上，并專注于手頭的任務。

3、舒適和便利功能

通過車內傳感系統，汽車制造商將能夠通過多模人機界面方法，包括眼睛注視和手勢識別，為駕駛員和乘客提供控制特定車輛功能的能力。

駕駛員和乘客都可以通過這種方式控制各種車輛功能。通過眼睛注視識別，駕駛員可以看車鏡并通過手勢進行調整。若駕駛員希望更換廣播頻道而注視儀表板，則儀表板會變得更亮，而后當駕駛員將目光轉向道路時，儀表板會恢復干擾較小的亮度水平。眼睛的注視也可以與聲音相結合，以便進行更多的會話控制。

通過先進的信息娛樂系統，駕駛員可以連接車外的數字系統，如家庭自動化系統。想象一下，當你開車回家時，只需一個簡單的手勢就可以從你的門鈴里激活視頻。可以擴展興趣點搜索功能，以便車內的人可以獲取指定地標的相關信息，或者在指定餐廳預訂餐位。

事實上，如果信息娛樂系統是完全可操作的無接觸互動（語音，手勢和/或凝視），就會開辟車輛內飾設計的新機會，因為信息娛樂屏幕不必放在駕駛員伸手可及的范圍內，而是可放在駕駛員更易快速掃視擋風玻璃和屏幕之間的位置，從而減少駕駛員看向道路以外的時間。

4、車輛簡化和創收

重要的是，一個車內感應平臺有可能移除傳統硬件，并實現新的收入源。

例如，攝像頭能夠“看清”是否有人坐在乘客座椅上，這可能使汽車制造商能夠拆除壓力傳感器（被動乘客檢測系統），這些傳感器是安全氣囊和安全帶系統的一部分，從而降低成本。同時，該平臺還增加了功能，因為其可以檢測到車內每個人是否都系了安全帶，甚至是在后排座位上，這在當今大多數車輛中還未實現。

人臉識別允許系統確認交易——比如，在停車場，或者通過車載私人助手進行訂購。此外，一旦車輛配備，這些相同的內部攝像頭便可用于其他應用，如進行視頻會議電話或檢測遺留物品。

車內感應平臺還可以收集足夠的數據，了解乘客的感受。通過像素級的人臉檢測，軟件可以分析眉毛、眼睛、嘴巴和鼻子的位置信息，判斷一個人是高興、憤怒、驚訝、厭惡、害怕還是悲傷。

這些信息的實際應用最有可能出現在出租車、共享乘車、面包車和其他運輸客戶的車輛的商業領域，了解這些客戶的情緒狀態將更有的放矢。

然而，情感感應還可以讓車企了解用戶對其硬件和軟件的反應——也就是說，當用戶試圖與某些功能交互時，該系統可以檢測到用戶的壓力或享受。這可以幫助車企在未來通過識別行程上的痛點來創建更為友好的功能。

二、 車內感應進行時

當前還處于車內傳感進步的早期階段，但卻有明確的前進節奏。

1、基礎駕駛員感應

當前的車內傳感系統路線圖首先滿足基本的監管要求，以較低成本實現在整個車隊中的廣泛部署。安裝在方向盤柱、儀表盤或中央顯示屏上的單個攝像頭將能夠檢測到困倦和分心。例如，若駕駛員的視線離開路面超過兩秒鐘，系統會發出音頻警報或在儀表板上閃爍紅燈。為確定司機是否有睡意，攝像頭背后的智能可測量頭部位置、眼球運動、眨眼頻率以及司機的眼睛睜得有多大。如果駕駛員打瞌睡，系統可能會晃動座椅或發出音頻警報。

2、高級駕駛員感應

系統是基于基本的嗜睡和分心識別進行附加功能提升。可檢測聲音，并通過攝像頭和指紋等生物特征準確識別司機狀態。可以有效判斷司機是否醉酒、緊張、陷入沉思，甚至測試員試圖通過舉著照片來欺騙自動駕駛系統，也被系統輕易識別。

3、座艙感應

駕駛員感應的一個演化分支是座艙感應，其中廣角攝像頭覆蓋車內更大的視野，通常包括前后排乘客座椅。有了這個更大的可視區域，系統就可以判斷司機的手是否放在方向盤上。可以識別前排乘客，將他們的座位調整到匹配的規格，并確保乘客正確佩戴安全帶。通過全座艙狀態檢測，該系統可確定車內有多少人，并能夠準確定位車內人員的情緒。還能夠檢測到司機是否突發疾病，這會觸發自動感應系統，將車輛安全停到路邊，并通知急救服務。

此外，廣角3D攝像頭可以安裝在車內車頂朝下方向，提供前排座椅的視野。這使得乘客能夠通過手勢、空中書寫和前面提到的搜索點功能來控制車輛的各個方面。這種手勢識別能力不斷進化，并與駕駛員狀態感知技術道路平行發展。

4、未來創新

隨著機器學習系統日趨智能和強大，系統不僅能夠了解駕駛員的情況，而且能夠相應采取行動。舉例而言，若車輛正駛離車道，而駕駛員的視線離開了道路，則系統即使在手動關閉的狀態下仍會開啟車道保持功能。或在前車減速或剎車時系統會使車輛自動減速或提前開始制動。

隨著車內感應算法的改進，其他安全應用也成為可能，例如跟蹤身位以調整安全氣囊部署。

長期而言，全座艙感應是實現可重構內飾設計的關鍵，也是實現完全自動駕駛車輛的任何其他非標準內飾概念的關鍵，例如人們可以躺下睡覺或觀看視頻的旅游休閑車、用于健康臨場感的自主醫療診所或自主購物精品店。

三、 工作機制

車內傳感平臺是硬件和軟件的復雜集成。在硬件方面，基礎平臺將配備130萬像素的攝像頭，以每秒60幀的速度運行，紅外垂直腔面發射激光器（VCSEL）可以無形照亮駕駛員，使系統在夜間可以看到，并通過深色太陽鏡看到駕駛員的眼睛。

非常重要的是，與OEM密切合作開發車內感應平臺，并與車輛中的其他系統完全集成，以便來自攝像頭的警報或其他信息能夠觸發自動緊急制動或復雜的自動駕駛切換等操作，手勢被精準理解并轉化為具體行動。

那么，攝像頭如何知道司機是否疲勞、緊張、分心或精力下降？內部感應平臺從整個面部收集數據點，并將其與駕駛員的基線進行比較。司機眨眼的次數比平時多，還是眨眼的時間比平時長？他們的頭是否有傾角？眼睛是瞇著還是閉著？面部表情是否出現了變化？

系統可跟蹤駕駛員的眼睛，確保駕駛員的注意力集中在道路上。此外，平臺可以察覺司機的“愣神”——司機盯著直前方，但卻沒有真正注意的情況。先進的系統也將能理解什么可能會分散駕駛員的注意力，并使駕駛員注意力重新聚焦到路上。

手勢控制是通過向下的攝像頭和三維手勢識別智能來實現，基本上可以讓司機用手語與汽車進行交流。例如，在接聽電話時，司機可做出簡單的滑屏手勢來拒絕接聽電話，也可用一根手指做輕敲動作來接聽電話。順時針旋轉手指可表示將音量調高或放大控制臺上顯示的地圖。用拇指和食指做一個圓圈，然后向右移動，可能表示下一首歌或下一個菜單項等。

為解讀來自車內攝像頭的圖像，典型的車內傳感平臺可能會使用20多個神經網絡，且這一數字還在增長。這些網絡總共包含7000多萬個經測試并優化的參數。

最終，內部感應舒適性和安全應用將集成并整合到信息娛樂和ADAS域控制器上，這將有助于使所有車輛細分市場都能負擔得起該技術。正確的軟件框架將允許汽車制造商通過OTA無線更新在車輛的整個生命周期內更新單個應用程序。