釋放汽車三維飛行時(shí)間成像的潛能

汽車行業(yè)正在越來越重視保護(hù)乘員和行人免受傷害，并確保實(shí)現(xiàn)更高的安全水平。與此同時(shí)，客戶希望在駕駛過程中獲得直觀的用戶體驗(yàn)——在他們的汽車中能夠與信息娛樂和連接功能實(shí)現(xiàn)交互。同時(shí)，在汽車設(shè)計(jì)中預(yù)計(jì)將會(huì)集成越來越高水平的自動(dòng)化駕駛。然而，從目前的先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）所具備的功能過渡到真正的自動(dòng)操作所應(yīng)有的功能，還有相當(dāng)一段路要走。

這一演變過程中的一個(gè)重要部分將是，在特定情況下，從自動(dòng)模式切換到手動(dòng)模式能夠?qū)崿F(xiàn)多么的無縫。如果要做到充分有效，這個(gè)改變必須以一種簡(jiǎn)單的、對(duì)用戶友好的方式進(jìn)行。汽車的ADAS系統(tǒng)將需要不斷訪問有關(guān)駕駛員生物力學(xué)和認(rèn)知狀態(tài)的準(zhǔn)確且極詳細(xì)的信息。

世界衛(wèi)生組織（WHO）最近公布的數(shù)據(jù)估計(jì)，每年大約有125萬人死于道路交通事故。它還發(fā)現(xiàn)駕駛員分心是此類事故的主要原因之一——用手機(jī)呼叫或是發(fā)短信、檢查內(nèi)外后視鏡、和乘客交談、喝水進(jìn)食、讀儀表盤（車速表、燃油表等）、對(duì)付熊孩子以及操作信息娛樂系統(tǒng)或是導(dǎo)航系統(tǒng)等都是潛在的危險(xiǎn)源。

由于駕駛員分心往往被證明是道路交通事故的原因（或至少具有影響作用），自動(dòng)緊急制動(dòng)和避撞機(jī)動(dòng)等ADAS系統(tǒng)的價(jià)值便顯而易見。然而，當(dāng)駕駛員神志清醒并能夠?qū)ξｋU(xiǎn)情況做出生物力學(xué)反應(yīng)時(shí)，ADAS系統(tǒng)過于突然的干預(yù)可能會(huì)被認(rèn)為是不必要或者是更加危險(xiǎn)的。相反，如果ADAS可以完全確定駕駛員狀態(tài)，它就可以更智能地判斷是否需要接替駕駛員，來對(duì)危險(xiǎn)情況——例如即將發(fā)生的碰撞——做出反應(yīng)。如果這種情況可以實(shí)現(xiàn)，那么駕駛員位置和運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控就至關(guān)重要。

通過使用三維成像數(shù)據(jù)，駕駛員的身體姿勢(shì)、他們的頭部位置和手掌定位都可以精確確定。例如，可以確定駕駛員的注意力是在道路上，他們的手是放在方向盤上。如果由于某種原因不是這種情況，那就可以使用相同的三維信息來估計(jì)駕駛員重新適應(yīng)所需的生物力學(xué)反應(yīng)時(shí)間，并與汽車計(jì)算出的事件界限（event horizon）進(jìn)行比較。這時(shí)，如果駕駛員沒有充分適應(yīng)足夠快的反應(yīng)，ADAS就會(huì)意識(shí)到，如果有潛在危險(xiǎn)情況出現(xiàn)，它可能就需要干預(yù)。

不幸的是，到現(xiàn)在為止，光學(xué)三維成像技術(shù)在汽車環(huán)境中還難以實(shí)現(xiàn)。其主要原因是，這類技術(shù)很難應(yīng)付發(fā)生在普通駕駛情況下的環(huán)境光水平的大而突然的變化。另外，配套電子器件必須適合于惡劣的操作條件并支持ASIL B/C功能安全標(biāo)準(zhǔn)——很少有供應(yīng)商在這一領(lǐng)域有所專長(zhǎng)。另外，在汽車中還有一些集成相關(guān)的問題需要解決。通常，光傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)于汽車來講非常特殊；座艙尺寸或中控臺(tái)/座位朝向若有任何差異，都將對(duì)傳感器系統(tǒng)的有效性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

Melexis公司已經(jīng)將光飛行時(shí)間（ToF）技術(shù)——該技術(shù)在游戲機(jī)之類的應(yīng)用中被用來做三維成像已經(jīng)有好幾年——采納并將其應(yīng)用到了汽車行業(yè)。在這項(xiàng)技術(shù)中，紅外光源發(fā)射出一束廣角光束，該光束在撞擊到障礙物后便會(huì)反射回ToF傳感器。傳感器接著檢測(cè)到反射的紅外信號(hào)，并將其與基準(zhǔn)信號(hào)做比較。通過確定所發(fā)生的相移，便可以計(jì)算出到特定障礙物的距離，并繪制出詳細(xì)的三維圖像。Melexis公司符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器MLX75023針對(duì)汽車應(yīng)用進(jìn)行了高度優(yōu)化；專利像素解調(diào)技術(shù)使其可以提供必要的日光魯棒性。此外，它支持的工作溫度范圍為-40℃至+105℃。飛行時(shí)間成像機(jī)構(gòu)與其他三維成像技術(shù)相比，安裝到車頂模塊或儀表盤要容易得多。



迄今為止，汽車飛行時(shí)間技術(shù)已經(jīng)在人機(jī)界面（HMI）上得到關(guān)注——它為手勢(shì)識(shí)別提供了能力（首次使用該技術(shù)的型號(hào)現(xiàn)在也已經(jīng)進(jìn)入了市場(chǎng)）。因此，不同的汽車功能可以通過手掌揮擊和諸如此類的操作去實(shí)現(xiàn)，而無需駕駛員去專門查看控制臺(tái)（接受或拒絕呼叫、升降音樂系統(tǒng)上的音量等）。雖然這實(shí)際上僅僅只是一個(gè)開始，它有潛力去超越目前的這些指標(biāo)。通過增加靈敏度和視場(chǎng)角，飛行時(shí)間成像系統(tǒng)可以用來描繪整個(gè)駕駛員上身的三維輪廓。同時(shí)，它還允許對(duì)其他汽車乘客的確切位置及其大?。ǔ扇嘶騼和┻M(jìn)行數(shù)據(jù)收集，以便——舉例來說——可以在必要時(shí)、采用恰當(dāng)?shù)牧聿渴饸饽?。Melexis公司正在引領(lǐng)汽車ToF傳感前進(jìn)的方向。通過專利技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，及其對(duì)穩(wěn)步推進(jìn)新的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系的持續(xù)興趣，該工程團(tuán)隊(duì)正在挑戰(zhàn)技術(shù)極限，從而實(shí)現(xiàn)性能水平提高和成本效益上升。這將確保ToF在汽車應(yīng)用環(huán)境中能夠得到充分發(fā)揮。