【導讀】據CDC統計，全美每天就有9個(gè)人死于分心駕駛。歐洲已經(jīng)將駕駛員監測系統（DMS，Driver Monitoring System）列入了新車(chē)安全評估標準（Euro NCAP）的項目中，未來(lái)幾年歐盟將在所有新車(chē)型中強制配置DMS。
在我國，已對“兩客一?！钡壬逃密?chē)車(chē)型安裝DMS系統作出強制要求，乘用車(chē)搭載要求也在推進(jìn)制定中。隨著(zhù)人機共駕時(shí)代到來(lái)，駕駛員監測系統（DMS）和乘客監測系統（OMS，Occupant Monitoring System）將成為新一代智能汽車(chē)的安全標配。
圖1：全球DMS市場(chǎng)預測
（來(lái)源：FMI）
據Future Market Insights（FMI）預估，2022年全球駕駛員監測系統市場(chǎng)估值為 42.466億美元，該市場(chǎng)將以7.5%的復合年增長(cháng)率增長(cháng)，到2032年達到87.709億美元。
而來(lái)自?xún)|歐智庫的預測顯示，2022年中國乘用車(chē)DMS市場(chǎng)規模達到了11.7億元人民幣，預計2025年的市場(chǎng)規模達到43.2億元人民幣，滲透率將達到30%。
圖2：中國DMS市場(chǎng)增長(cháng)前景
（來(lái)源：億歐智庫）
座艙監測系統：人機共駕時(shí)代的標配
最早的DMS來(lái)自豐田在2006年發(fā)布的GS450h車(chē)型，系統的工作原理較為簡(jiǎn)單，通過(guò)一個(gè)CCD攝像頭對于駕駛員的面部進(jìn)行紅外追蹤，從而判斷其是否注意力集中。
而后隨著(zhù)視覺(jué)和雷達等傳感技術(shù)的進(jìn)一步成熟，DMS的監測方式更加多元化，加入了對于人體特征的生物檢測技術(shù)，從而提高了駕駛員信息獲取的準確性。與此同時(shí)，OMS相關(guān)的應用也隨之逐漸興起。
圖3：ECAP發(fā)布2025路線(xiàn)圖
（圖源：ECAP）
當前DMS的主要功能包括疲勞檢測、醉酒檢測、分心檢測和危險行為檢測等，主要通過(guò)對于駕駛員的面部五官、人體體征和身體行為三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行檢測。
面部五官的檢測包括眨眼的頻率、眼睛的開(kāi)合度、打呵欠的頻率、面部朝向等；體征的檢測包括心率、脈搏和體溫等；身體行為的檢測則包括對于駕駛人的手、胳膊等行為進(jìn)行判斷。
圖4：駕駛員監測系統
（來(lái)源：貿澤電子）
OMS的技術(shù)原理與之類(lèi)似，但被檢測的主體變成了車(chē)內乘客，因此更為看重對乘客的隱私保護。OMS的方案中通常會(huì )采用3D ToF的方案來(lái)取代視覺(jué)傳感器，同時(shí)配合毫米波雷達的體征檢測功能，實(shí)現乘客的體征識別，從而進(jìn)行個(gè)性化的座艙內場(chǎng)景設置。譬如檢測兒童是否安坐在安全座椅上，兒童或寵物是否單獨留在車(chē)內，乘客的情緒狀態(tài)等等。
從系統角度來(lái)分析，不論是DMS還是OMS方案，主要的硬件組成包括攝像頭模組、毫米波雷達、ToF傳感器、DMS控制器、紅外補光燈、座艙域控制器以及提示儀表等。在算法層面，則需要大算力芯片廠(chǎng)商提供算法參考和工具鏈。最終具有上下游整合能力的AI算法企業(yè)和硬件供應商一起合作，將軟硬一體化的方案提供給主機廠(chǎng)。
圖5：部分DMS方案供應商
（來(lái)源：ResearchInChina）
國內DMS發(fā)展：追求高功能和差異化
據億歐智庫統計，中國2021年新發(fā)布乘用車(chē)中，15～75萬(wàn)價(jià)位區間的智能座艙滲透率達到了50%左右。智能化座艙已經(jīng)成為智能汽車(chē)發(fā)展的核心，主機廠(chǎng)也期望通過(guò)汽車(chē)座艙技術(shù)來(lái)尋求差異化和個(gè)性化的發(fā)展。當前在國產(chǎn)新勢力電動(dòng)車(chē)中，AR-HUD、多屏聯(lián)動(dòng)、擬人化人機交互和多模態(tài)交互等特色功能均在智能座艙中有所體現，其中DMS和OMS也是多模態(tài)交互的重要組成部分，起到了艙內感知和監測的關(guān)鍵作用。
圖6：2021年中國乘用車(chē)智能座艙滲透率
（來(lái)源：億歐智庫）
國產(chǎn)造車(chē)新勢力的代表“蔚小理”，在2022年全年交付量相繼突破10萬(wàn)大關(guān)，三家代表廠(chǎng)商針對DMS也都有各自差異化的布局。
蔚來(lái)DMS通過(guò)車(chē)內攝像頭采集圖像信息，從而實(shí)現乘員狀態(tài)信息識別；將DMS與輔助駕駛功能融合，當駕駛員連續駕駛超過(guò)300公里，自動(dòng)關(guān)閉NIO Pilot功能。
小鵬的DMS特色在于駕駛員安全健康監測系統，能夠進(jìn)行心跳、呼吸、血氧飽和度等生物體征識別，對駕駛員的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和提醒。
理想在最新的L9車(chē)型中，則提供了“主被動(dòng)結合式”的監測。車(chē)內的3D ToF傳感器，可以實(shí)時(shí)感知座艙內乘客的環(huán)境；方向盤(pán)后的信號攝像頭可以分析駕駛員的頭部軌跡、眼球軌跡和面部表情等，實(shí)現全方位的監測。除了三家代表廠(chǎng)商外，國內其它的電動(dòng)車(chē)廠(chǎng)商也在DMS上紛紛發(fā)力，形成了差異化的競爭格局。
圖7：中國部分車(chē)型DMS系統功能對比
（來(lái)源：億歐智庫）
如上圖7所示，高功能化和全面化是主機廠(chǎng)對于DMS的一致追求，但在此要求的基礎上，各家的監測方案有著(zhù)不同的技術(shù)路徑選擇。
有的具備生命體征監測功能，有的則更強調圖像算法的功力，在表情、動(dòng)作和手勢識別上進(jìn)行AI賦能。不論是哪種技術(shù)實(shí)現方案，都是傳感器提供了數據基礎，在足夠的數據基礎上，則需要更高效的算法和強大的算力來(lái)實(shí)現準確的乘員狀態(tài)判斷。
中國智能汽車(chē)對于DMS方案高功能化的需求，促進(jìn)了硬件廠(chǎng)商之間的緊密合作。各家高算力芯片廠(chǎng)商紛紛與傳感器廠(chǎng)商展開(kāi)合作，實(shí)現軟件、硬件和算法整合，提供了完整的DMS方案，從而轉變?yōu)榱薚ier X的全新供應商角色。
座艙監測的未來(lái)：
融合整車(chē)架構，提供主動(dòng)式服務(wù)
早期DMS主要是為了糾正駕駛員的不良駕駛習慣，隨著(zhù)輔助駕駛系統的普及，未來(lái)進(jìn)入到L3的時(shí)代后，DMS將成為實(shí)現安全駕駛的關(guān)鍵。但座艙內監測的價(jià)值并不僅僅局限在駕駛層面，隨著(zhù)未來(lái)出行的場(chǎng)景升級，座艙監測系統將成為整個(gè)駕乘體驗構成的關(guān)鍵。
據業(yè)內人士分享，DMS的技術(shù)發(fā)展有兩大趨勢：
未來(lái)DMS和OMS將會(huì )融合為一個(gè)完整的座艙監測系統（IMS），為座艙未來(lái)功能多樣化提供技術(shù)基礎；
車(chē)內外視覺(jué)與其他傳感器數據融合，實(shí)現車(chē)內外的安全一體化。
圖8：主機廠(chǎng)的DMS搭載進(jìn)度
（來(lái)源：ResearchInChina）
傳統車(chē)廠(chǎng)在進(jìn)行DMS部署的時(shí)候，大多仍?xún)A向于直接向DMS方案供應商購買(mǎi)高性?xún)r(jià)比的方案，直接裝車(chē)，并未全盤(pán)考慮車(chē)輛整體的智能化體驗和未來(lái)升級路線(xiàn)。
新勢力車(chē)廠(chǎng)在進(jìn)行DMS和OMS的開(kāi)發(fā)時(shí)，則已經(jīng)考慮到了未來(lái)的發(fā)展趨勢，因此在整車(chē)的域控架構的設計層面，就已經(jīng)將DMS和其它域控實(shí)現了功能上的聯(lián)動(dòng)；同時(shí)在硬件預埋上，也預留了足夠的空間用于后續應用升級。
隨著(zhù)AI算法的升級，譬如情緒識別等復雜功能的識別準確度也會(huì )逐漸提高，智能化體驗便有了可靠的技術(shù)基礎。未來(lái)，IMS將會(huì )結合駕乘人員的體征信息和車(chē)外的道路環(huán)境信息，預判用戶(hù)的意圖，提供主動(dòng)式的服務(wù)，打造更舒適的個(gè)性化駕乘空間。
圖9：座艙監測系統
（來(lái)源：貿澤電子）
座艙監測系統的關(guān)鍵：傳感器
整個(gè)座艙監測系統的功能構建，都基于前端傳感器所捕獲的數據，因此傳感器器件的選擇是關(guān)鍵。
雖然3D ToF、毫米波雷達等新技術(shù)也一同納入到了座艙監測系統中，但圖像傳感器仍是整個(gè)系統的監測中心，起到了最為關(guān)鍵的信息采集作用。
在此我們?yōu)榇蠹彝扑]兩款適合車(chē)載應用的CMOS圖像傳感器，分別是來(lái)自ams OSRAM的Mira030和來(lái)自安森美（onsmei）的AR0140AT。
Mira系列成像傳感器是ams OSRAM推出的0.3MP全局快門(mén)CMOS圖像傳感器，該系列產(chǎn)品擁有高量子效率，可搭配使用低功率發(fā)射器，即使在昏暗照明條件下也可以實(shí)現圖像捕捉。Mira系列產(chǎn)品的尺寸極小，可在低功耗狀態(tài)下運行；全局快門(mén)可同時(shí)曝光陣列的所有像素，從而捕捉快速運動(dòng)的目標且不會(huì )失真。Mira030是該系列推出的新款產(chǎn)品，它的輸出有效像素陣列為1080H × 1280V，并支持復雜的片上操作，例如高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）模式、外部觸發(fā)、水平或垂直鏡像等。在全圖像分辨率下，其最大幀速率為180fps。該器件在貿澤電子的料號為Mira030-1RM2WP。
圖10：Mira030產(chǎn)品框圖
（來(lái)源：ams OSRAM）
為了方便開(kāi)發(fā)者實(shí)現快速評估，ams OSRAM還和英偉達合作提供了基于Mira030的JetCiS評估套件。該套件通過(guò)Mira030進(jìn)行原始圖像捕獲，然后基于Linux的開(kāi)放式開(kāi)發(fā)平臺，在 nVidia Jetson Nano 嵌入式系統上運行圖像信息處理。通過(guò)一個(gè)圖形用戶(hù)界面，用戶(hù)可以進(jìn)行傳感器配置和分析，譬如曝光控制、HDR、直方圖和線(xiàn)輪廓等等。
圖11：JetCis評估套件
（來(lái)源：ams OSRAM）
另一款推薦的圖像傳感器AR0140AT，這是一款1/4英寸，1.0Mp CMOS數字圖像傳感器，提供1280H x 800V有效像素陣列。該器件的特點(diǎn)是采用了安森美（onsemi）創(chuàng )新全局快門(mén)像素設計，適用于準確快速的移動(dòng)場(chǎng)景捕捉。在低光度和亮度場(chǎng)景下也能產(chǎn)生清晰的無(wú)噪點(diǎn)圖像，并且能夠同時(shí)捕捉連續視頻和單幀圖像。AR040AT同樣也包含了多種復雜的攝像功能，如自動(dòng)曝光控制、行跳過(guò)模式、列跳過(guò)模式、像素裝倉以及視頻和單幀模式等。該器件在貿澤電子的推薦產(chǎn)品料號為AR0140AT3C00XUEA0-DPBR2。
圖12：AR0140AT產(chǎn)品圖
（來(lái)源：安森美）
要實(shí)現座艙監測，需要較好的光照條件，大功率的LED必不可少。而大功率LED的驅動(dòng)，則可以選擇同樣來(lái)自安森美的NCV30161遲滯降壓恒流驅動(dòng)器，它是駕駛員監測系統等應用的理想選擇。遲滯控制在負載瞬變和PWM調光期間提供良好的電源抑制和快速響應，專(zhuān)用PWM輸入可實(shí)現寬范圍的脈沖調光，高開(kāi)關(guān)頻率允許使用更小的外部組件，最大限度地減少空間和成本。該器件推薦的具體產(chǎn)品型號在貿澤電子的料號為NCV30161MNWTXG。
圖13：NCV30161評估板
（來(lái)源：安森美）
DMS不能僅僅通過(guò)圖像傳感器采集到的數據來(lái)做出決策，更要結合多種不同的檢測信息。例如通過(guò)方向盤(pán)的轉動(dòng)角度，結合當前路況，綜合判斷駕駛員的狀態(tài)，所以位置傳感器在DMS中也同樣非常關(guān)鍵。
ams OSRAM推出的AS5116就是一款符合AEC-Q100車(chē)規標準的軸上磁性位置傳感器，工作環(huán)境溫度范圍為-40°C至+150°C。該器件采用非接觸式的方式，可在360°完整機械轉動(dòng)范圍內進(jìn)行精確角度測量。在旋轉速度高達30,000rpm的情況下，整個(gè)360°轉動(dòng)中具有僅1°（最大值）的固有非線(xiàn)性度。在5V的工作電壓下，輸出噪聲低至 2.47mVrms。這些特性使AS5116能夠產(chǎn)生準確的測量輸出。此外，采用8引腳SOIC封裝的占板面積僅為4.9mm x 6.0mm，與早期的ams OSRAM位置傳感器相比，更容易集成到汽車(chē)系統板布局中。該器件推薦的具體產(chǎn)品型號在貿澤電子的料號為AS5116-HSOM。
圖14：AS5116產(chǎn)品框圖
（來(lái)源：ams OSRAM）
結語(yǔ)
座艙監測系統已經(jīng)邁過(guò)了技術(shù)成熟期，即將迎來(lái)應用搭載的高峰期，DMS將成為新的安全標準配置。
隨著(zhù)AI在座艙內的賦能，未來(lái)座艙監測系統也可以提供更多主動(dòng)的預測服務(wù)，為駕乘者提供更舒適的乘坐體驗。貿澤電子代理了諸多行業(yè)領(lǐng)先的汽車(chē)元器件廠(chǎng)商，提供與座艙監測應用相關(guān)的關(guān)鍵車(chē)規級器件，助力工程師實(shí)現更安全的座艙監測設計，帶來(lái)更安全的未來(lái)駕乘體驗。
相關(guān)技術(shù)資源
● ams OSRAM Mira030 0.3MP全局快門(mén)CMOS圖像傳感器，了解詳情>>
● onsemi 圖像傳感器解決方案，了解詳情>>
● ams OSRAM AS5116 AEC-Q100軸上磁性位置傳感器，了解詳情>>
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