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

汽車(chē)智能化，離不開(kāi)硬件的迭代。

即將亮相的理想L9（理想ONE之后的第二款車(chē)）將搭載3D-ToF傳感器，除了駕駛員眼睛注視和頭部跟蹤監控，還將作為理想自研的深度學(xué)習+多模態(tài)三維空間交互技術(shù)的主要硬件載體。而此前，大部分用于檢測駕駛員疲勞的駕駛員監測系統 (DMS)均采用成本較低的傳統2D可見(jiàn)光攝像頭（配合IR紅外LED）。當應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。

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，ToF利用VCSEL（可選光源的一種）通?？蓪?shí)現1%（也就是1cm）的距離精度，而2D攝像頭無(wú)法達到這種精度。

3D TOF發(fā)出均勻的表面光源，即使長(cháng)距離也不會(huì )產(chǎn)生大量的衰減（和傳統3D結構光技術(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(kāi)發(fā)應用。

這意味著(zhù)，基于3D ToF開(kāi)發(fā)的安全功能應用包括駕駛員疲勞檢測功能，以及乘員/兒童座椅檢測，可以實(shí)現更精確的安全氣囊控制。使用ToF攝像頭，還可以實(shí)現其他一些安全功能，例如手握方向盤(pán)檢測、視線(xiàn)、頭部姿勢、身體姿勢檢測和高級安全帶應用。

同時(shí)，從DMS到OMS，3D ToF還可以應用于物體遺留監測以及物體的分類(lèi)和識別等。車(chē)內安全功能一般主要是防偽面部檢測，用于實(shí)現可靠的駕駛員識別（比如，用于車(chē)門(mén)開(kāi)鎖、啟動(dòng)）以及在線(xiàn)支付安全授權。

此外，還有車(chē)外感知的應用，比如，基于3D ToF技術(shù)的Flash激光雷達。不過(guò)，和攝像頭不同，激光雷達在應用場(chǎng)景、結構設計和發(fā)射光波長(cháng)等方面存在不同。當然，攝像頭成本更低。

一、

實(shí)際上，基于ToF的3D攝像頭感知系統早在2015年前后已經(jīng)上車(chē)，主要用于艙內手勢交互功能。當時(shí)的系統QVGA分辨率較低（320x240像素），以及較窄的視場(chǎng)角。

但3D ToF的優(yōu)勢非常明確。

3D ToF是一種無(wú)掃描光探測和測距技術(shù)（調制光源主動(dòng)照射物體），基于持續的光脈沖，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(xiàn)以獨特方式結合高分辨率深度和幅度（灰度）映射，可滿(mǎn)足許多內部傳感應用的需求。根據3D深度差異進(jìn)行分類(lèi)，而而無(wú)需前景和背景之間存在顏色或灰度對比即可在許多復雜的應用中識別人和物體。

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)是代表反射信號強度的幅度圖像，又稱(chēng)置信度圖像，近紅外2D視頻流，并且不受日光影響。

這其中，對于駕駛員監控系統來(lái)說(shuō)，眼動(dòng)追蹤是核心技術(shù)，也是確保系統可靠性和準確度的關(guān)鍵。傳統方式主要通過(guò)軟件算法來(lái)解決，但基于深度傳感相機顯然可以實(shí)現更低的軟件開(kāi)發(fā)成本和更高的性能。

而對于DMS解決方案提供商以及主機廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，接下來(lái)艙內視覺(jué)感知交互是一個(gè)真正的挑戰，因為法規正在聚焦L2+/L3級自動(dòng)輔助駕駛的人機交互。

今年初，美國公路安全保險協(xié)會(huì )（IIHS）正式發(fā)布了一項針對輔助駕駛系統的新評級體系，明確要求搭載相關(guān)系統的新車(chē)必須采取安全措施（包括方向盤(pán)離手監測、駕駛員注意力監測），以幫助駕駛員保持專(zhuān)注。

此外，隨著(zhù)歐洲NCAP的新法規陸續實(shí)施，基于視覺(jué)的駕駛員監控功能將成為新車(chē)拿到五星評級的必要條件。按照計劃，從2022年6月開(kāi)始，所有進(jìn)入歐盟市場(chǎng)的新車(chē)都必須配備類(lèi)似的安全系統，包括駕駛員困倦和注意力警告。

目前，新車(chē)搭載視覺(jué)DMS系統，主要分為兩類(lèi)：一是作為座艙的交互體驗升級，基于FaceID功能的延展，代替傳統的非視覺(jué)監測系統；二是用于L2+/L3等高階自動(dòng)輔助駕駛系統的標配項，但后者的比重較低。

高工智能汽車(chē)研究院監測數據顯示，2021年國內乘用車(chē)市場(chǎng)（不含進(jìn)出口）標配視覺(jué)DMS（駕駛員監控）新車(chē)上險量為54.33萬(wàn)輛（同比增長(cháng)228.87%），前裝搭載率僅為2.66%。

此外，2021年度中國市場(chǎng)新車(chē)（不含進(jìn)出口）前裝標配搭載L2級ADAS功能上險量為395.62萬(wàn)輛，不過(guò)，同時(shí)搭載DMS艙內視覺(jué)監測系統的比例不到20%。

這意味著(zhù)，駕駛員監控系統的門(mén)檻將進(jìn)一步提升，僅僅基于人臉識別（簡(jiǎn)單的常見(jiàn)模式，比如，頭部運動(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）、面部表情及情緒監測等更精準技術(shù)將成為主流趨勢。

英偉達公司相關(guān)負責人表示，融合不同的傳感器是增強座艙監控系統魯棒性的重要方法。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，這是現有傳統方案的最大瓶頸。

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(kāi)始在中國市場(chǎng)啟動(dòng)3D TOF前裝量產(chǎn)的“熱身”。

比如，結合3D ToF和RGB攝像頭，可以實(shí)現低光/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在內的更多場(chǎng)景，還有人臉識別和移動(dòng)支付等對安全性要求極高的應用場(chǎng)景，提供精準可靠的數據。

比如，拿到理想量產(chǎn)定點(diǎn)的虹軟科技，就是英飛凌在中國的合作伙伴，并將ArcSoft ToF 3D Face ID應用（此前在手機行業(yè)）拓展至汽車(chē)領(lǐng)域，通過(guò)檢測深度信息，實(shí)現車(chē)載人臉識別防偽以及艙內人機交互。

由于TOF具備魯棒性、高準確性以及在低光下的高性能，比如，ArcSoft ToF DMS可以有效輔助DMS檢測駕駛員的頭部姿態(tài)和位置坐標信息，大大提升駕駛員分心/危險行為檢測的準確率。

此外，ArcSoft ToF OMS可對乘客所處的位置進(jìn)行更精準的判斷，以便在發(fā)生事故時(shí)可以通過(guò)計算乘客頭部、身體的姿態(tài)，彈出安全氣囊時(shí)可以控制對應的角度和強度做到更有效的防護等等。

更關(guān)鍵的是數據安全。

3D ToF技術(shù)路線(xiàn)將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的方式呈現出虛擬圖像(類(lèi)似點(diǎn)云)，而并非RGB彩色圖像，實(shí)現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，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(chē)載3D視覺(jué)領(lǐng)域提供可模塊化定制產(chǎn)品及解決方案。

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

目前，奧銳達已經(jīng)開(kāi)發(fā)出車(chē)規級面向前裝市場(chǎng)的車(chē)載3D TOF人臉識別攝像頭?？蛻?hù)可基于該模組開(kāi)發(fā)車(chē)內物品檢測、乘客屬性分析、刷臉開(kāi)門(mén)、車(chē)載3D Face ID、駕駛行為檢測、手勢識別等智能座艙應用。

此外，這套車(chē)載3D TOF攝像頭方案，以車(chē)規級3D iTOF系統參考設計，主動(dòng)成像抗干擾性好，適用車(chē)內外各種場(chǎng)景。同時(shí)，模組可定制結構設計，“身型”小巧，可以靈活匹配到各種車(chē)內安裝位置上，并適配高通、NXP、TI等多個(gè)汽車(chē)級硬件平臺。

更關(guān)鍵的來(lái)自于3D ToF技術(shù)在艙內交互上的方案復用。

而在英飛凌看來(lái)，3D ToF和傳統方案的對比，應該放在整車(chē)系統級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的BOM用料?！?/strong>

同時(shí)，在車(chē)外環(huán)境，相對成熟的短距Flash激光雷達（10米探測范圍內），可以支持自動(dòng)代客泊車(chē)功能，而攝像頭則可以支持3D身份驗證的人臉識別。

按照ToF傳感芯片方案供應商Melexis的說(shuō)法，在實(shí)現人臉識別、駕駛員監測系統功能的同時(shí)，3D ToF技術(shù)的精準眼球視線(xiàn)定位能力，可同時(shí)協(xié)助AR HUD實(shí)現動(dòng)態(tài)校正。