從「沒必要」變成車廠「必備」的DMS

作者 : Colin Barnden,EE Times專欄作者

DMS這項很少被報導也未受重視的技術──在美國車廠與消費者之間尤甚──終於浮上檯面。

如果有人認為以視覺為基礎的駕駛員監控系統(DMS)是沒有必要或是過時的,那麼一定是沒有關注《EE Times》報導的近期市場發展趨勢。DMS這項很少被報導也未受重視的技術──在美國車廠與消費者之間尤甚──終於浮上檯面。

筆者在不久前由《EE Times》美國版主辦、聚焦下一代電動車/自駕車技術的虛擬研討會上,簡報了ADAS前向攝影機市場的進展(參考圖1),以做為DMS和座艙監控系統(in-cabin monitoring systems,ICMS)未來成長商機的參考。

 

圖1:ADAS前向攝影機與DMS/ ICMS的安裝率成長變化。

(圖片來源:Semicast Research)

 

ADAS前向攝影機市場到目前為止一直是由英特爾(Intel)旗下的Mobileye主導,其市佔率估計達60%。Intel是在2017年以153億美元的高價收購了Mobileye,但從圖1可看出,在Mobileye被收購的前十年,ADAS前向攝影機市場並不起眼。

Mobileye在2014年向美國證券交易委員會(SEC)提交了F-1表格,準備在紐約證交所(New York Stock Exchange)上市。該表格雖然已經成為歷史文件,對於從其中的一些細節推斷未來發展仍然很有幫助;如圖2所示的該表格其中一頁截圖,特別能提供深刻見解。

圖2:Mobileye向美國SEC提交的F-1表格截圖。

(圖片來源:SEC filing)

 

從圖2可知Mobileye在2014年就已經與車廠、Tier One供應商建立了廣泛的合作關係;在Tier One供應商名單中,Magna名列首位。而早在2006年8月就有一篇報導指出,Magna是第一家真正掌握了ADAS前向攝影機技術展現之商機重要性的Tier One供應商,並因此與Mobileye建立夥伴關係,結合兩者的工程技術實力。

為何要提到在15年前的舊事?接下來我將詳細解釋。

 

圖2:使用WFOV攝影機的車內乘員監控系統。

(圖片來源:Seeing Machines)

 

Magna進軍OMS後視鏡市場

圖3是出自DMS方案供應商Seeing Machines的一張簡報檔案圖片,顯示車內視覺系統市場正從使用近視野(near-field-of-view,NFOV)影像感測器的駕駛員監控,演變為使用寬視野(wide-field-of-view,WFOV)影像感測器的乘員監控系統(occupant monitoring systems,OMS);後者可分析車室內的所有乘員。

不同於ADAS前向攝影機,Magna並沒有成為第一家提供DMS方案的Tier One供應商,而是被Aptiv、Denso、Joyson、LG Electronics、Mitsubishi、Mobis和Veoneer等其他業者超越。不過Magna似乎準備在OMS領域「超車」對手,特別是在將光學元件和相關電子元件整合到車內後視鏡的系統級解決方案。

 

 

圖4是Magna的視訊短片截圖,顯示了拆解後的後視鏡,可以看到整合的CMOS影像感測器,以及配備紅外線LED發射器與影像處理器的PCB。這是一項非凡的工程壯舉,因為顯然該後視鏡內沒有用以為影像處理器散熱的風扇,令人印象深刻。

 

圖4:Magna的後視鏡OMS

(圖片來源:Magna)

Magna並非第一家展示了整合光學元件之車內後視鏡的Tier One供應商,如圖5與圖6,其他方案還有Continental的車內攝影機(interior camera,ICAM)和Gentex的座艙感測後視鏡。不過,正如Magna在ADAS前向攝影機市場上取得的成就,筆者認為該公司具有為車廠提供一體化OMS後視鏡解決方案的先發優勢。

 

圖5:Continental的車內攝影機。

(圖片來源:Continental)

 

儘管還未看到Gentex的OMS後視鏡技術規格,據筆者判斷,該裝置很可能結合了OmniVision的CMOS影像感測器(可能是200萬畫素OV2311),用以實現高性能、高能效影像處理的Xilinx FPGA (Zynq-7000或UltraScale + MPSoC),還有Seeing Machines的乘員監測軟體。

 

圖6:Gentex座艙感測後視鏡。

(圖片來源:Gentex)

 

隨著歐盟新車安全評鑑協會(Euro NCAP)等諮詢機構,以及《歐洲通用安全法規》(European General Safety Regulation)強制車廠採用相關技術,以可靠監控駕駛員的注意力分散、疲勞或損傷,DMS/OMS出貨量可望在未來十年大幅度成長。

此趨勢甚至適用於低價位的大眾市場國民車款,無論車輛是否具有免手持(hands-free)駕駛功能,例如GM的SuperCruise或Ford的BlueCruise,這兩款車輛都是採用以視覺為基礎的DMS來準確評估駕駛員的專注力。

對車廠來說,要在車輛座艙內放置紅外線光學元件是一個艱難而關鍵的決定;對Tier One供應商而言,這則是一項複雜的工程挑戰。在目前的DMS實作案例中,通常是將影像感測器放置在轉向柱(steering column,或稱方向盤柱,如Cadillac CT6)、儀表板(如BMW X5)或中控台(如Subaru的Forester)上。

對車廠來說,要整合必備的IR光學元件和相關電子元件,最簡單、最快速也最省錢的位置就是車內後視鏡。由於Euro NCAP計畫在2023或2024年將DMS/OMS測試納入5星安全評鑑,因此Magna最近宣佈的全整合車內監控後視鏡顯得異常重要。

Tesla重回OMS市場

電動車大廠Tesla近來試圖改變Model 3和Model Y車內攝影機的用途,提供駕駛員和乘員監控功能;在YouTube可以找到網友上傳的視訊,透露了Tesla目前的相關技術進展,像是嘈雜的駕駛員狀態分類器,以及該系統如何能被一張照片愚弄。

 

我們或許能將Tesla的OMS演算法形容為「還處於初期原型階段」,可望隨著車輛持續收集資料而有所改善;但出於安全目的,系統可靠性最終將因缺少紅外線照明而受到限制。任何空中下載(OTA)軟體更新都無法克服設計上的缺陷,因此讓影像感測器無法在黑暗中運作。

一篇美國《消費者報導》(Consumer Reports)上的文章,已經證明了如何能輕易地「廢」了Tesla車上的駕駛員監控系統,在駕駛座上無人的情況下以Autopilot功能來開車;為此,其他車廠絕對會找像是Magna這樣的Tier One供應商或Seeing Machines這樣的軟體供應商合作,以整合出可靠的駕駛員與乘員監控系統,為道路安全帶來有意義的改善。

 

任何一套能被輕易破壞的安全系統都是不安全的。Elon Musk和Tesla會謙卑地承認他們錯誤看待了DMS和OMS的重要性嗎?儘管Tesla充滿各種可能,但在這件事上我並不期待;對其他所有車廠來說,採用強韌的駕駛員/乘員監控技術才剛開始。

 

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2021年6月號

責編:Judith Cheng

(參考原文: DMS Becomes ‘Unnecessary’ to ‘Must-Have’ for Most OEMs,by Colin Barnden)

 

 

 

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