乘用車前裝視覺(jué)DMS搭載率不到3%，3D ToF進(jìn)入量產(chǎn)周期

汽車智能化，離不開硬件的迭代。

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(cè)駕駛員疲勞的駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng) (DMS)均采用成本較低的傳統(tǒng)2D可見(jiàn)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(shí)，3D ToF具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

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?？蓪?shí)現(xiàn)1%（也就是1cm）的距離精度，而2D攝像頭無(wú)法達(dá)到這種精度。

3D TOF發(fā)出均勻的表面光源，即使長(zhǎng)距離也不會(huì)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(dòng)態(tài)信息，更適合動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。同時(shí)，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(cè)功能，以及乘員/兒童座椅檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)更精確的安全氣囊控制。使用ToF攝像頭，還可以實(shí)現(xiàn)其他一些安全功能，例如手握方向盤檢測(cè)、視線、頭部姿勢(shì)、身體姿勢(shì)檢測(cè)和高級(jí)安全帶應(yīng)用。

同時(shí)，從DMS到OMS，3D ToF還可以應(yīng)用于物體遺留監(jiān)測(cè)以及物體的分類和識(shí)別等。車內(nèi)安全功能一般主要是防偽面部檢測(cè)，用于實(shí)現(xiàn)可靠的駕駛員識(shí)別（比如，用于車門開鎖、啟動(dòng)）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(dá)。不過(guò)，和攝像頭不同，激光雷達(dá)在應(yīng)用場(chǎng)景、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和發(fā)射光波長(zhǎng)等方面存在不同。當(dāng)然，攝像頭成本更低。

一、

實(shí)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(shì)交互功能。當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)QVGA分辨率較低（320x240像素），以及較窄的視場(chǎng)角。

但3D ToF的優(yōu)勢(shì)非常明確。

3D ToF是一種無(wú)掃描光探測(cè)和測(cè)距技術(shù)（調(diào)制光源主動(dòng)照射物體），基于持續(xù)的光脈沖，從特定指向場(chǎng)景捕捉深度信息（通常在短距離）。

ToF技術(shù)路線以獨(dú)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(jìn)行分類，而而無(wú)需前景和背景之間存在顏色或灰度對(duì)比即可在許多復(fù)雜的應(yīng)用中識(shí)別人和物體。

此外，ToF攝像頭可同時(shí)提供兩個(gè)輸出。第一個(gè)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(diǎn)云，再通過(guò)檢測(cè)算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理。第二個(gè)是代表反射信號(hào)強(qiáng)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(duì)于駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，眼動(dòng)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(guò)軟件算法來(lái)解決，但基于深度傳感相機(jī)顯然可以實(shí)現(xiàn)更低的軟件開發(fā)成本和更高的性能。

而對(duì)于DMS解決方案提供商以及主機(jī)廠來(lái)說(shuō)，接下來(lái)艙內(nèi)視覺(jué)感知交互是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)，因?yàn)榉ㄒ?guī)正在聚焦L2+/L3級(jí)自動(dòng)輔助駕駛的人機(jī)交互。

今年初，美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）正式發(fā)布了一項(xiàng)針對(duì)輔助駕駛系統(tǒng)的新評(píng)級(jí)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(cè)、駕駛員注意力監(jiān)測(cè)），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(shí)施，基于視覺(jué)的駕駛員監(jiān)控功能將成為新車拿到五星評(píng)級(jí)的必要條件。按照計(jì)劃，從2022年6月開始，所有進(jìn)入歐盟市場(chǎng)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(jué)DMS系統(tǒng)，主要分為兩類：一是作為座艙的交互體驗(yàn)升級(jí)，基于FaceID功能的延展，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的非視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；二是用于L2+/L3等高階自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的標(biāo)配項(xiàng)，但后者的比重較低。

高工智能汽車研究院監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2021年國(guó)內(nèi)乘用車市場(chǎng)（不含進(jìn)出口）標(biāo)配視覺(jué)DMS（駕駛員監(jiān)控）新車上險(xiǎn)量為54.33萬(wàn)輛（同比增長(zhǎng)228.87%），前裝搭載率僅為2.66%。

此外，2021年度中國(guó)市場(chǎng)新車（不含進(jìn)出口）前裝標(biāo)配搭載L2級(jí)ADAS功能上險(xiǎn)量為395.62萬(wàn)輛，不過(guò)，同時(shí)搭載DMS艙內(nèi)視覺(jué)監(jiān)測(cè)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(jìn)一步提升，僅僅基于人臉識(shí)別（簡(jiǎn)單的常見(jiàn)模式，比如，頭部運(yùn)動(dòng)、打哈欠、眼瞼閉合）的低價(jià)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(cè)等更精準(zhǔn)技術(shù)將成為主流趨勢(shì)。

英偉達(dá)公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，融合不同的傳感器是增強(qiáng)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(chǎng)需求的變化，間接帶動(dòng)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(guó)市場(chǎng)啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)低光/暗光場(chǎng)景下得到高質(zhì)量的深度信息。同時(shí)，在3D建模、AR/VR在內(nèi)的更多場(chǎng)景，還有人臉識(shí)別和移動(dòng)支付等對(duì)安全性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景，提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)。

比如，拿到理想量產(chǎn)定點(diǎn)的虹軟科技，就是英飛凌在中國(guó)的合作伙伴，并將ArcSoft ToF 3D Face ID應(yīng)用（此前在手機(jī)行業(yè)）拓展至汽車領(lǐng)域，通過(guò)檢測(cè)深度信息，實(shí)現(xiàn)車載人臉識(shí)別防偽以及艙內(nèi)人機(jī)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(cè)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(xiǎn)行為檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

此外，ArcSoft ToF OMS可對(duì)乘客所處的位置進(jìn)行更精準(zhǔn)的判斷，以便在發(fā)生事故時(shí)可以通過(guò)計(jì)算乘客頭部、身體的姿態(tài)，彈出安全氣囊時(shí)可以控制對(duì)應(yīng)的角度和強(qiáng)度做到更有效的防護(hù)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(diǎn)云)，而并非RGB彩色圖像，實(shí)現(xiàn)獲得人的輪廓和行為，而不會(huì)造成隱私問(wèn)題。

而另一家3D ToF全棧自研方案商——奧銳達(dá)，依托母公司奧比中光的3D視覺(jué)傳感技術(shù)研發(fā)資源，在車載3D視覺(jué)領(lǐng)域提供可模塊化定制產(chǎn)品及解決方案。

該公司認(rèn)為，以3D視覺(jué)感知為代表的生物識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在手機(jī)、線下零售刷臉支付等行業(yè)實(shí)現(xiàn)成熟商用，而在智能汽車行業(yè)，3D視覺(jué)感知技術(shù)的應(yīng)用才剛剛興起，具有著廣闊的市場(chǎng)空間。

目前，奧銳達(dá)已經(jīng)開發(fā)出車規(guī)級(jí)面向前裝市場(chǎng)的車載3D TOF人臉識(shí)別攝像頭。客戶可基于該模組開發(fā)車內(nèi)物品檢測(cè)、乘客屬性分析、刷臉開門、車載3D Face ID、駕駛行為檢測(cè)、手勢(shì)識(shí)別等智能座艙應(yīng)用。

此外，這套車載3D TOF攝像頭方案，以車規(guī)級(jí)3D iTOF系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)，主動(dòng)成像抗干擾性好，適用車內(nèi)外各種場(chǎng)景。同時(shí)，模組可定制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，“身型”小巧，可以靈活匹配到各種車內(nèi)安裝位置上，并適配高通、NXP、TI等多個(gè)汽車級(jí)硬件平臺(tái)。

更關(guān)鍵的來(lái)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(lái)，3D ToF和傳統(tǒng)方案的對(duì)比，應(yīng)該放在整車系統(tǒng)級(jí)BOM成本進(jìn)行考量?！癟oF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?！?/strong>

同時(shí)，在車外環(huán)境，相對(duì)成熟的短距Flash激光雷達(dá)（10米探測(cè)范圍內(nèi)），可以支持自動(dòng)代客泊車功能，而攝像頭則可以支持3D身份驗(yàn)證的人臉識(shí)別。

按照ToF傳感芯片方案供應(yīng)商Melexis的說(shuō)法，在實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的同時(shí)，3D ToF技術(shù)的精準(zhǔn)眼球視線定位能力，可同時(shí)協(xié)助AR HUD實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)校正。