能讓ADAS和DMS協同工作嗎?

作者 : Junko Yoshida,EE Times首席國際特派記者

汽車製造商總是將一些花俏的東西吹噓為先進駕駛輔助系統(ADAS)的安全功能,希望駕駛使用這些功能。但是,過分依賴自動駕駛會導致不安全的行為,而DMS恰好處於這種危機四伏的人機關係之間...

駕駛監控系統(DMS)技術長期以來一直被束之高閣,近來在汽車安全性討論中重新引起了人們的關注。

人們越來越清楚地認識到DMS可以提高車輛行駛安全性,這推動了新法規的制定,提升了新型汽車的安全等級。歐洲議會已更新了其通用安全法規(GSR),確定了要求安裝DMS的車輛類型,歐盟新車安全評鑒協會(NCAP)也正在完善其DMS測試規程。NCAP的五星碰撞評級計畫延遲了兩年,將於2024年開始測試。

圖1:麻省理工學院AgeLab研究科學家Bryan Reimer

圖1:麻省理工學院AgeLab研究科學家Bryan Reimer

然而,這還不夠。

汽車產業面臨一個嚴峻的事實,就是人們駕駛半自動化車輛的時間越長,就越容易疏忽大意。

確實,汽車製造商總是將一些花俏的東西吹噓為先進駕駛輔助系統(ADAS)的安全功能,希望駕駛使用這些功能。但是,過分依賴自動駕駛會導致不安全的行為,而DMS恰好處於這種危機四伏的人機關係之間。

迫在眉睫的問題是,DMS是否可以調解這種陷入困境的關係。

筆者最近採訪了麻省理工學院(MIT) AgeLab研究科學家Bryan Reimer (圖1),他重申了長期以來一直堅持的觀點:「DMS資料需要與主動安全系統融合。」Reimer是美國公路安全保險協會(IIHS)的一個研究項目的架構師,這項研究顯示了在Level 1和Level 2自動駕駛車中實現半自動化所產生的不利影響。

Reimer指出,他們的目標是同時利用自動化及人類的優勢,以實現最高的安全性(圖2)。為了確保人車聯合系統比純人工駕駛系統更好,「需要考慮利用強大的資料來支援。」

圖2:將自動化和人類的優勢結合起來以實現最好的安全性。

(圖片來源:麻省理工學AgeLab)

 

圖3:Seeing Machines人為因素和後裝市場解決方案資深副總裁Mike Lenn。

圖3:Seeing Machines人為因素和後裝市場解決方案資深副總裁Mike Lenn。

Semicast Research首席分析師Colin Barnden也強調:「必須將ADAS和DMS結合起來。」他指出,DMS檢測到的駕駛狀態需要轉化為ADAS動作,如煞車和轉向。

Seeing Machines人為因素和後裝市場解決方案資深副總裁Mike Lenné (圖3)承認:「將內部感測和外部感測結合可以提高安全性。」他列出了將ADAS和DMS結合的兩個好處:確實瞭解行駛中存在的安全風險,確保檢測到人的真實狀態;利用DMS為ADAS功能設置閾值。例如,雖然駕駛將手放在方向盤上駕駛車輛,但實際上他是不是正昏昏欲睡呢?

Lenné說:「根據各種駕駛場景/環境來調節DMS功能,這是一個持久的挑戰。例如,如何設定城市駕駛和鄉村駕駛的分心指標?」

Lenné認為,除此之外,汽車製造商要「大膽地讓人機介面(HMI)/車輛根據不同的風險嚴重程度進行回應,即由安全風險的嚴重程度來決定HMI和車輛的回應。」

DMS的「基礎版本」

圖4:歐洲NCAP技術總監Richard Schram。

圖4:歐洲NCAP技術總監Richard Schram。

我們不應操之過急。在由Affectiva主辦的「駕駛監控之外的先進安全性」(Advanced Safety Beyond Driver Monitoring)網路活動中,歐洲NCAP技術總監Richard Schram (圖4)介紹,歐洲NCAP採取了一種非常快速務實的方法。

他強調,歐洲NCAP希望先「在每輛車上安裝DMS的基礎版本」,然後遵循其技術發展藍圖來發展。「我們永遠無法得到完美的DMS系統。」

這個基礎系統,是否就是只有基於攝影機、基於視覺的DMS呢?歐洲NCAP正在開發的DMS測試規程,重點就放在視覺系統上。Smart Eye執行長Martin Krantz打趣道:「特斯拉(Tesla)使用的方向盤扭矩感測器,雖然有時也被認為是DMS……但它們已經過時了。」

Jungo Connectivity執行長Ophir Herbst (圖5)在訪談中坦承:「DMS和乘客監控系統(OMS)技術都採用了2D攝影機……確實有一些公司與我們合作(或使用我們的產品)來測量駕駛的『認知能力』或『精神狀態』。OEM也在探索其他一些感測器,但他們意識到攝影機的各種功能都提供了最大的投資回報率,而成本是必須考慮的事。」

圖5:Jungo Connectivity執行長Ophir Herbst。

圖5:Jungo Connectivity執行長Ophir Herbst。

最近更名為Cipia的Eyesight Technologies則堅持「視覺是駕駛監控的主要方式」。

Cipia產品副總裁Tal Krzypow (圖6)在採訪中說,視覺「能檢測到眼睛的閉合與凝視,以及臉部表情(還有其他功能),這些都是駕駛困倦和注意力分散最直接的表現。」

他並補充:「尤其是注意力分散,是造成事故的主要原因之一,沒有其他更好的方法可以追蹤駕駛的視覺專注力了。」

Krzypow並不反對使用其他感測器,例如用於監測呼吸的雷達,但他強調:「目前的市場很大程度是由法規要求驅動,只有視覺方法才能最大限度地滿足法規要求。」

那麼,下一代DMS感測器發展如何呢?

圖6:Cipia產品副總裁Tal Krzypow。

圖6:Cipia產品副總裁Tal Krzypow

儘管視覺DMS是許多OEM的優選方案,但DMS開發人員不會停止開發新感測器,以便能進行更多檢測。

Krantz (圖7)描繪了一幅更廣闊的畫面。「在2020年CES上,我們示了一款雷達呼吸探測器。」Krantz說,「許多DMS技術供應商都在研究乘客監控解決方案,我們也在開發全車艙感知方案,採用一到兩個廣角攝影機追蹤監測整個車艙,測量乘客身體姿勢、兒童是否在後座、安全帶是否繫好等。」

他補充:「我們還捕捉所有乘客的臉部表情,並將其與基本情緒對應。這種方法也可以用來辨識車中的每個人。」Krantz認為,未來汽車內部將由「多模感測器套件」進行監控。Smart Eye計畫「持續開發軟體,使其能夠適應多種形式的感測器。」

一些Tier 1供應商(如Valeo)據報導正在探索可以檢測遺留在車內的「生命體」(如嬰兒、小狗等)雷達技術。

飛行時間(ToF)感測器也有可能用於DMS。2020年初,ADI與Jungo宣佈進行合作,當被問及為什麼要合作時,Herbst解釋,ToF感測器可提高臉部辨識、手勢,以及座位佔用、姿勢等演算法的準確性,而且,在某些情況下,ToF感測器還可以提供其他功能,例如檢測手是否離開方向盤。他指出,ToF感測器將在「未來一年內」用於DMS系統。

圖7:Smart Eye執行長Martin Krantz。

圖7:Smart Eye執行長Martin Krantz。

但是,也有人對此提出疑問:在DMS中添加感測功能就能解決諸如檢測駕駛困倦之類的棘手問題?Lenné認為,困倦是最難檢測的一種狀態,「我們研究了大腦活動、心律活動和呼吸。」Seeing Machines使用的一些生理感測器是由澳大利亞和英國的學術機構開發和設計的,Lenné說:「我們發現,其他感測器都會產生很大的雜訊,導致心率或呼吸速率變化的原因多達101種。」

DMS的強制性要求正在逐步實施,Seeing Machines重申:「眼睛能看見,而且眼睛不說謊」。Lenné強調了他們透過廣泛研究得出的結論:「如果你真的想知道一個人的注意力和認知狀態,就去研究他們的眼睛和臉部表情。」

 

圖8:檢測駕駛狀態需要考慮多種因素。

(資料來源:IEEE Pervasive Computing)

 

歐洲NCAP該測什麼及如何測試?

Krantz指出,DMS測試的首要任務是將系統安裝在汽車中進測試,許多在測試平台上正常的系統在實際的惡劣駕駛環境下卻無法工作。

Semicast Reseach首席分析師Colin Barnden (圖9)指出,現實中的許多情況往往讓DMS技術無所適從,比如陽光直射和路燈頻閃,甚至駕駛戴著口罩和太陽鏡也會困擾DMS系統。

圖9:Semicast Reseach首席分析師Colin Barnden。

圖9:Semicast Reseach首席分析師Colin Barnden。

那麼DMS必須具備哪些功能呢?許多供應商拒絕透露詳細資訊,只是提及他們參與了歐洲NCAP的測試開發工作。但Krantz強調,基本訊號(例如頭部姿勢、眼瞼張開、視線方向等)的品質很重要。

「基本訊號的準確性和品質都很重要。如果這些訊號不夠完整,就無法在上層創建警告應用。警告需要謹慎處理,確保低誤報率。」Krantz補充:「瞥一眼儀錶板與微睡眠是不同的,不能搞混。」

Krantz稱Euro NCAP的測試規程正在制定中,「我們有信心提供先進的標準,不會遺漏DMS系統最重要功能的測量。」

Herbst列出了可能的DMS功能需求:

  • 透過頭部姿勢辨識注意力分散,如瞄一眼手機、調節資訊娛樂系統;
  • 辨識微睡眠(microsleep)和其他睡眠狀態;
  • 透過多種訊號(眼睛、哈欠、腦電圖、方向盤)辨識長時間的昏昏欲睡情況;
  • 各種光照條件(白天、夜晚、陽光直射);
  • 各種配飾(眼鏡、太陽鏡、帽子、口罩)。

最後,OEM當然期望符合歐洲NCAP要求的系統具備成本效益,Herbst說:「DMS可以在現有的運算系統(如資訊娛樂系統或儀錶板)上運作。」汽車製造商還要考慮提供其他功能,如軟體升級。此外,Tier 1供應商情有獨鍾的是最適合他們所用晶片組的解決方案,監管機構不會規定採用什麼技術,他們只專注於使用和極端情況。」

會有昏昏欲睡的假人嗎?

這個問題可能有點奇怪,但它卻指出了歐洲NCAP如何在車內測試DMS的問題,有會昏昏欲睡的假人用來進行測試嗎?

Lenné說:「我們認為,無論是在模擬還是實際測試中,都需要人類駕駛主動參與測試。目前尚不清楚如何實施,但可能需要在困倦程度方面達成一些共識。」

對於微睡眠,Krantz說:「我們不僅要對微睡眠發出警告(微睡眠之後就會陷入睡眠),還要對嚴重昏昏欲睡(此時駕駛能力急劇下降)發出警告。」他建議:「在模擬和實際駕駛中,讓駕駛一直處理同樣的場景下(例如凌晨時分長時間的乏味駕駛),並在固定的時間間隔內對自己的困倦程度進行自我評估。兩者的區別在於,模擬駕駛中的測試可以持續到駕駛陷入睡眠。」

實際測試比Krantz和Lenné提到的要複雜得多。正如Krzypow指出的那樣,「辨識困倦(不同於閉眼)面臨雙重挑戰:它很難測量,也很難模擬。」還沒人解釋歐洲NCAP計畫如何應對這個挑戰。

如何讓DMS別干擾駕駛?

說了這麼多,實際上DMS技術最薄弱之處是誤警報太多,駕駛常常不厭其煩,最終關閉DMS使其變得沒有作用…

…那麼,該如何讓DMS不干擾駕駛又能發揮安全作用?車廠目前開發DMS的現況又是如何?完整閱讀精彩內容請下載《電子技術設計》雜誌2021年2月號

 

(參考原文:Can You Get ADAS and DMS Work Together?,by Junko Yoshida)

 

 

 

 

 

 

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