乘用車前裝視覺DMS搭載率不到3%，3D ToF進入量產(chǎn)周期
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
汽車智能化，離不開硬件的迭代。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202203/432079.htm即將亮相的理想L9（理想ONE之后的第二款車）將搭載3D-ToF傳感器，除了駕駛員眼睛注視和頭部跟蹤監(jiān)控，還將作為理想自研的深度學(xué)習(xí)+多模態(tài)三維空間交互技術(shù)的主要硬件載體。而此前，大部分用于檢測駕駛員疲勞的駕駛員監(jiān)測系統(tǒng) (DMS)均采用成本較低的傳統(tǒng)2D可見光攝像頭（配合IR紅外LED）。當(dāng)應(yīng)用需要高距離精度以及三維成像時，3D ToF具有明顯的優(yōu)勢。
一般而言，ToF傳感器的圖像處理深度精度比2D攝像頭（視頻流）要高。例如，在一米距離內(nèi)，ToF利用VCSEL（可選光源的一種）通常可實現(xiàn)1%（也就是1cm）的距離精度，而2D攝像頭無法達到這種精度。
3D TOF發(fā)出均勻的表面光源，即使長距離也不會產(chǎn)生大量的衰減（和傳統(tǒng)3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)相比）；其次，TOF 3D鏡頭幀率較高，能夠接收動態(tài)信息，更適合動態(tài)場景。同時，TOF技術(shù)還具有較低的功耗，適用于嵌入式開發(fā)應(yīng)用。
這意味著，基于3D ToF開發(fā)的安全功能應(yīng)用包括駕駛員疲勞檢測功能，以及乘員/兒童座椅檢測，可以實現(xiàn)更精確的安全氣囊控制。使用ToF攝像頭，還可以實現(xiàn)其他一些安全功能，例如手握方向盤檢測、視線、頭部姿勢、身體姿勢檢測和高級安全帶應(yīng)用。
同時，從DMS到OMS，3D ToF還可以應(yīng)用于物體遺留監(jiān)測以及物體的分類和識別等。車內(nèi)安全功能一般主要是防偽面部檢測，用于實現(xiàn)可靠的駕駛員識別（比如，用于車門開鎖、啟動）以及在線支付安全授權(quán)。
此外，還有車外感知的應(yīng)用，比如，基于3D ToF技術(shù)的Flash激光雷達。不過，和攝像頭不同，激光雷達在應(yīng)用場景、結(jié)構(gòu)設(shè)計和發(fā)射光波長等方面存在不同。當(dāng)然，攝像頭成本更低。
一、
實際上，基于ToF的3D攝像頭感知系統(tǒng)早在2015年前后已經(jīng)上車，主要用于艙內(nèi)手勢交互功能。當(dāng)時的系統(tǒng)QVGA分辨率較低（320x240像素），以及較窄的視場角。
但3D ToF的優(yōu)勢非常明確。
3D ToF是一種無掃描光探測和測距技術(shù)（調(diào)制光源主動照射物體），基于持續(xù)的光脈沖，從特定指向場景捕捉深度信息（通常在短距離）。
ToF技術(shù)路線以獨特方式結(jié)合高分辨率深度和幅度（灰度）映射，可滿足許多內(nèi)部傳感應(yīng)用的需求。根據(jù)3D深度差異進行分類，而而無需前景和背景之間存在顏色或灰度對比即可在許多復(fù)雜的應(yīng)用中識別人和物體。
此外，ToF攝像頭可同時提供兩個輸出。第一個是深度圖像視頻流，輸出偽彩色圖像（其中彩色代表深度）或點云，再通過檢測算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行處理。第二個是代表反射信號強度的幅度圖像，又稱置信度圖像，近紅外2D視頻流，并且不受日光影響。
這其中，對于駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)來說，眼動追蹤是核心技術(shù)，也是確保系統(tǒng)可靠性和準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。傳統(tǒng)方式主要通過軟件算法來解決，但基于深度傳感相機顯然可以實現(xiàn)更低的軟件開發(fā)成本和更高的性能。
而對于DMS解決方案提供商以及主機廠來說，接下來艙內(nèi)視覺感知交互是一個真正的挑戰(zhàn)，因為法規(guī)正在聚焦L2+/L3級自動輔助駕駛的人機交互。
今年初，美國公路安全保險協(xié)會（IIHS）正式發(fā)布了一項針對輔助駕駛系統(tǒng)的新評級體系，明確要求搭載相關(guān)系統(tǒng)的新車必須采取安全措施（包括方向盤離手監(jiān)測、駕駛員注意力監(jiān)測），以幫助駕駛員保持專注。
此外，隨著歐洲NCAP的新法規(guī)陸續(xù)實施，基于視覺的駕駛員監(jiān)控功能將成為新車拿到五星評級的必要條件。按照計劃，從2022年6月開始，所有進入歐盟市場的新車都必須配備類似的安全系統(tǒng)，包括駕駛員困倦和注意力警告。
目前，新車搭載視覺DMS系統(tǒng)，主要分為兩類：一是作為座艙的交互體驗升級，基于FaceID功能的延展，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的非視覺監(jiān)測系統(tǒng)；二是用于L2+/L3等高階自動輔助駕駛系統(tǒng)的標(biāo)配項，但后者的比重較低。
高工智能汽車研究院監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2021年國內(nèi)乘用車市場（不含進出口）標(biāo)配視覺DMS（駕駛員監(jiān)控）新車上險量為54.33萬輛（同比增長228.87%），前裝搭載率僅為2.66%。
此外，2021年度中國市場新車（不含進出口）前裝標(biāo)配搭載L2級ADAS功能上險量為395.62萬輛，不過，同時搭載DMS艙內(nèi)視覺監(jiān)測系統(tǒng)的比例不到20%。
這意味著，駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)的門檻將進一步提升，僅僅基于人臉識別（簡單的常見模式，比如，頭部運動、打哈欠、眼瞼閉合）的低價方案將被“淘汰出局”。眼球跟蹤（凝視方向）、面部表情及情緒監(jiān)測等更精準(zhǔn)技術(shù)將成為主流趨勢。
英偉達公司相關(guān)負責(zé)人表示，融合不同的傳感器是增強座艙監(jiān)控系統(tǒng)魯棒性的重要方法。3D ToF圖像傳感器可以在惡劣的光照條件下捕捉深度和紅外圖像，這是現(xiàn)有傳統(tǒng)方案的最大瓶頸。
二、
市場需求的變化，間接帶動前裝方案尤其是硬件的變化。就在今年初，英飛凌開始在中國市場啟動3D TOF前裝量產(chǎn)的“熱身”。
比如，結(jié)合3D ToF和RGB攝像頭，可以實現(xiàn)低光/暗光場景下得到高質(zhì)量的深度信息。同時，在3D建模、AR/VR在內(nèi)的更多場景，還有人臉識別和移動支付等對安全性要求極高的應(yīng)用場景，提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)。
比如，拿到理想量產(chǎn)定點的虹軟科技，就是英飛凌在中國的合作伙伴，并將ArcSoft ToF 3D Face ID應(yīng)用（此前在手機行業(yè)）拓展至汽車領(lǐng)域，通過檢測深度信息，實現(xiàn)車載人臉識別防偽以及艙內(nèi)人機交互。
由于TOF具備魯棒性、高準(zhǔn)確性以及在低光下的高性能，比如，ArcSoft ToF DMS可以有效輔助DMS檢測駕駛員的頭部姿態(tài)和位置坐標(biāo)信息，大大提升駕駛員分心/危險行為檢測的準(zhǔn)確率。
此外，ArcSoft ToF OMS可對乘客所處的位置進行更精準(zhǔn)的判斷，以便在發(fā)生事故時可以通過計算乘客頭部、身體的姿態(tài)，彈出安全氣囊時可以控制對應(yīng)的角度和強度做到更有效的防護等等。
更關(guān)鍵的是數(shù)據(jù)安全。
3D ToF技術(shù)路線將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的方式呈現(xiàn)出虛擬圖像(類似點云)，而并非RGB彩色圖像，實現(xiàn)獲得人的輪廓和行為，而不會造成隱私問題。
而另一家3D ToF全棧自研方案商——奧銳達，依托母公司奧比中光的3D視覺傳感技術(shù)研發(fā)資源，在車載3D視覺領(lǐng)域提供可模塊化定制產(chǎn)品及解決方案。
該公司認為，以3D視覺感知為代表的生物識別技術(shù)已經(jīng)在手機、線下零售刷臉支付等行業(yè)實現(xiàn)成熟商用，而在智能汽車行業(yè)，3D視覺感知技術(shù)的應(yīng)用才剛剛興起，具有著廣闊的市場空間。
目前，奧銳達已經(jīng)開發(fā)出車規(guī)級面向前裝市場的車載3D TOF人臉識別攝像頭?？蛻艨苫谠撃＝M開發(fā)車內(nèi)物品檢測、乘客屬性分析、刷臉開門、車載3D Face ID、駕駛行為檢測、手勢識別等智能座艙應(yīng)用。
更關(guān)鍵的來自于3D ToF技術(shù)在艙內(nèi)交互上的方案復(fù)用。
而在英飛凌看來，3D ToF和傳統(tǒng)方案的對比，應(yīng)該放在整車系統(tǒng)級BOM成本進行考量。“ToF攝像頭可以減少座椅和安全帶等其他傳感器等電子系統(tǒng)的BOM用料。”
同時，在車外環(huán)境，相對成熟的短距Flash激光雷達（10米探測范圍內(nèi)），可以支持自動代客泊車功能，而攝像頭則可以支持3D身份驗證的人臉識別。
按照ToF傳感芯片方案供應(yīng)商Melexis的說法，在實現(xiàn)人臉識別、駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)功能的同時，3D ToF技術(shù)的精準(zhǔn)眼球視線定位能力，可同時協(xié)助AR HUD實現(xiàn)動態(tài)校正。
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