誰說DMS只是臨時過渡方案?

作者 : Colin Barnden,EE Times專欄作者

認為DMS是一種臨時過渡方案、長遠來看終會被自動駕駛取代的想法絕對正確,但這就像是經濟學家凱恩斯(John Maynard Keynes)的真知灼見:「長遠來看,我們都會死亡。」

是時候認真看待駕駛員監控系統(Driver Monitoring System,DMS)了。

6月初,一輛特斯拉(Tesla)在台灣的高速公路直直撞上一輛翻覆的卡車,路側監視器錄下的鏡頭幾乎出現在全球各大汽車媒體平台;看過視訊片段之後,筆者想到三個問題:

  • 為什麼自動緊急剎車沒有起作用?
  • 駕駛員當時在做什麼?
  • 為什麼仍然有人相信私人乘用車在短短幾年內就能實現「自動駕駛」?

在筆者20年來的汽車電子領域從業經歷中,我遇到的最不可思議事情之一,就是儘管歐盟新車評鑑計畫(New Car Assessment Program,NCAP)和最新的《歐盟通用安全法規》(European General Safety Regulations,GSR)都指出必須在幾年內啟用駕駛員監控系統DMS,卻有很多人仍然完全無視它。

與一些所謂的明智博學之士多次交談後,我發現他們的觀點幾乎相同,大致可概括為:「DMS充其量只是一種臨時過渡方案;說得不好聽點,它已經過時了。」

且不論是對或錯,許多人認為我們已經處於實現Level 4 (L4)自駕車的最後階段,距離「完全自動駕駛」成為現實只差一次軟體空中升級了…但看看那輛特斯拉撞擊翻覆卡車的鏡頭,請捫心自問:那有可能嗎?

我毫不懷疑像Waymo和Cruise這樣的公司能在2025年提供某種自動駕駛接駁車或自駕計程車(robotaxi)服務;但是他們能否從經營這些服務中賺錢還不好說。

此外,如果自動駕駛車輛可能會讓一個孩童喪命,一般大眾是否已經在心理上做好了準備?這在統計學上是不可避免的,因為自動駕駛車輛在公共道路和高速公路上的佈署越來越多。 不過這些都是經濟、法律和哲學層面的爭議,身為專業技術媒體平台,《EE Times》還是把這些問題留給其他人來討論。

最近我還看到一個非常有趣的簡報,來自澳洲坎培拉(Canberra, Australia)的一家公司Seeing Machines,他們為凱迪拉克(Cadillac) CT6的GM Super Cruise駕駛輔助系統提供基於視覺的DMS。以下讓我們來深入探究DMS領域取得的一些技術發展,以及藉由讓人類駕駛員更安全駕駛以挽救生命方面的進步。

DMS沒你想像的那麼簡單

Super Cruise駕駛輔助系統中的駕駛員監控視覺感測器最常被詬病的一點是,它可能因為陽光太強而「失明」,而且批評者們經常以這一點全盤否決DMS技術。我自認是DMS專家,從圖1的影像可以判斷出,第一排的前兩個是採用850nm紅外線(IR)光程(optical path),其他影像則都是使用940nm波長IR元件。

 

圖1:Super Cruise系統的駕駛員監控功能所拍攝到的影像。

(圖片來源:Seeing Machines)

 

為什麼這樣說?如圖2所示,940nm波長的陽光能量實質上要比850nm波長小很多,因此將光程的運作波長改為940nm,基本上可以解決感測器「睜不開眼」的問題──感謝大自然!

 

 

圖2:陽光輻射波長。

(圖片來源:Wikipedia)

 

你或許會問:「那為什麼不一開始就使用940nm元件?」這是因為940nm直到2016年底才獲得車規認證,因此在典型的車款開發時程上,它們最快也要到2019年才會出現在量產汽車中。不出所料,940nm視覺DMS將於今年稍晚才開始出現在量產車款中。

如果你是一家比較晚進入DMS領域的科技公司,想著只要拼湊出一個符合NCAP規範的系統就可以了,那恐怕得特別注意還有一個光程上的挑戰:940nm CMOS影像感測器的量子效率低於850nm,這意味著必須使用更大功率的LED來為駕駛員臉部照明。

紅外線在很大程度上可能是人眼不可見,不過這並不意味著它在高功率下是安全的──想想眼科雷射手術。因此,還需要驗證光程是否符合IEC 62471人眼安全性標準。

因此,作為DMS領域的後來者,你是要選擇可能讓感測器會因為陽光而睜不開眼的850nm照明元件,還是可能讓駕駛員失明的940nm照明元件?現在你還認為車規DMS容易開發嗎?

目前940nm基於視覺之DMS的所有設計和開發問題都已解決,不過這也是DMS需要花費這麼長時間來進行車用驗證的原因之一。

如何訓練機器

駕駛員如果戴著面罩,DMS也能輕鬆應付嗎?仔細看看相關視訊中的實際案例,你就會再次發現為何車規DMS開發任務會比看起來要複雜得多。我覺得最經典的例子就是圖1最下排中間的影像,看起來就像是外星人電影中的異形。

人類可以利用現有知識來推理分析這些影像,判斷它們顯示出來的影像是戴著各種面罩/口罩的人類駕駛員。然而要成功開發出能在現實條件下使用的、足夠強大的DMS,需要大量的自然駕駛資料來訓練演算法,並結合詳盡的測試與驗證,而這需要多年的研發。

在這個新冠病毒(Covid-19)大流行的世界,駕駛員戴著個人防護裝備並不罕見,這就意味著DMS必須因應各種複雜的組合,如全面罩、護目鏡再加上呼吸器。你想過這個嗎?

現在,最先進的駕駛員監控視覺演算法已得到廣泛的訓練與驗證,因此無需校準;它幾乎可以即時追蹤臉部和眼睛,在接近180度的寬範圍內操作(駕駛員頭部完全向左或向右旋轉,而且可以「看透」大多數的太陽眼鏡。

這些演算法不分性別、國籍和種族,經過訓練可以識別各種帽子、首飾、圍巾、醫療口罩、安全眼鏡或護目鏡,甚至可以識別宗教服裝(例如頭巾與面紗)。除了Seeing Machines,其他車規DMS軟體供應商還包括Eyesight、Jungo、Momenta、SenseTime、Smart Eye和Xperi等。

自動駕駛仍是長期目標

認為DMS是一種臨時過渡方案、長遠來看終會被自動駕駛取代的想法絕對正確,但這就像是經濟學家凱恩斯(John Maynard Keynes)的真知灼見:「長遠來看,我們都會死亡。」

我是個分析師、不是時光旅行者,所以我並不會知道DMS與自動駕駛的未來是如何;因此要選擇哪一邊,讀者們還是得自己拿主意。只是請確保你已經完全瞭解Euro NCAP和歐盟GSR法規對駕駛員監控功能的要求,包括對駕駛員疲勞與注意力分散的監控。

 

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2020年8月號;責編:Judith Cheng

(參考原文 :Who Says DMS Is an Interim Solution?,By Colin Barnden)

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