駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)(DMS)作為一位后起之秀，在近年來的汽車市場上引起了不小的反響。

人們意識到，DMS的出現(xiàn)確實(shí)能夠改善汽車安全性，也由此推動了新的法規(guī)條款與新的汽車安全評級方式。歐洲議會已經(jīng)更新了其《通用安全法規(guī)(GSR)》以推動DMS類型認(rèn)證，歐洲CNAP(新車評估計劃)也在著手制定DMS測試協(xié)議。順帶一提，NCAP五星碰撞評級計劃的測試工作已經(jīng)推遲了兩年，預(yù)計相關(guān)工作將在2024年正式啟動。

但這并不是全部。

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目前汽車行業(yè)發(fā)現(xiàn)了一項可怕的事實(shí)：駕駛員使用部分自動化功能的時間越長，其對于駕駛本身就變得越是漫不經(jīng)心。

誠然，汽車制造商希望自己的高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)能夠給用戶帶來更強(qiáng)大的安全保障，但對此類系統(tǒng)的過度依賴反而造成了不少事故。而這種極不穩(wěn)定的人機(jī)關(guān)系中間，正是DMS發(fā)揮作用的舞臺。

這就帶來了新的問題：DMS能不能在人機(jī)操控之間，找到新的平衡點(diǎn)。

在最近一次采訪中，麻省理工學(xué)院AgeLab研究科學(xué)家Bryan Reimer再次提出了他的一貫主張：“必須將DMS數(shù)據(jù)與主動安全系統(tǒng)融合起來。”作為公路安全保險協(xié)會(IIHS)中的研究員，他在一項研究中發(fā)現(xiàn)L1與L2級別自動駕駛系統(tǒng)反而會降低行駛安全水平。

Reimer提到，其目標(biāo)是“以一種更理想的方式將自動化與人工操縱優(yōu)勢結(jié)合起來，最大化提升安全水平。”為了保證人車聯(lián)合系統(tǒng)在安全表現(xiàn)方面真正超越純?nèi)斯ゑ{駛，“必須有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)作為支撐。”

Semicast Research首席分析師Colin Barnden強(qiáng)調(diào)，“必須將ADAS與DMS對接起來。”Barnden還指出，DMS在駕駛者身上檢測到的結(jié)果，應(yīng)該被轉(zhuǎn)化為ADAS中的制動或者轉(zhuǎn)向等響應(yīng)性操作。

Seeing Machines人為因素與今后解決方案高級副總裁Mike Lenné坦言，“內(nèi)部與外部傳感系統(tǒng)的集成，確實(shí)為增強(qiáng)安全性帶來了新的機(jī)會。”他還列舉了ADAS與DMS相對接有望帶來的“兩大核心價值，即：1)理解現(xiàn)實(shí)世界中的安全風(fēng)險，確保正確檢測出人類狀態(tài);2)使用DMS限制ADAS功能。”

例如，現(xiàn)在的ADAS只要求駕駛員把手放在方向盤上，但他或她能及時操作方向盤嗎?

Lenné指出，目前一大核心挑戰(zhàn)在于“判斷如何針對不同的駕駛場景/環(huán)境以調(diào)整DMS功能。例如，應(yīng)該如何調(diào)整市區(qū)駕駛與鄉(xiāng)村駕駛條件下的干擾信號?”

除此之外，汽車制造商還“有必要將人機(jī)界面(HMI)/車輛響應(yīng)與風(fēng)險嚴(yán)重程度匹配起來。換言之，應(yīng)該根據(jù)安全風(fēng)險的嚴(yán)重程度決定HMI與車輛響應(yīng)方式。”

DMS的“基礎(chǔ)版本”

好高騖遠(yuǎn)顯然不可取。例如，歐洲NCAP技術(shù)主管Richard Schram在關(guān)于“超越駕駛員監(jiān)控的更高級別安全性”網(wǎng)絡(luò)會議上提到，歐洲NCAP“正在采取務(wù)實(shí)且快速推進(jìn)的方法解決問題。”Schram強(qiáng)調(diào)稱，歐洲NCAP首先應(yīng)“在每輛車上使用DMS的基礎(chǔ)版本，而后根據(jù)技術(shù)路線圖逐步推進(jìn)。如果希望一步到位追求完美的DMS，那我們將永遠(yuǎn)找不到答案。”

那么這會是什么樣的基礎(chǔ)版本?會是基于攝像頭的，還是基于視覺識別的?

根據(jù)目前歐洲NCAP正在起草的DNS測試協(xié)議，可以看到其重點(diǎn)完全放在基于視覺識別的系統(tǒng)身上。

Smart Eye公司CEO Martin Krantz打趣道，“特斯拉等品牌使用的方向盤扭矩傳感器有時候也會被歸類為DMS……但很明顯，這類方案已經(jīng)過時了。”

在采訪當(dāng)中，Jungo Connectivity公司CEO Ophir Herbst坦言“DMS與乘員監(jiān)控系統(tǒng)(OMS)技術(shù)都以2D攝像機(jī)為基礎(chǔ)……實(shí)際上，已經(jīng)有部分企業(yè)與我們合作，使用我們的系統(tǒng)衡量駕駛員的「認(rèn)知狀態(tài)」或者說「心態(tài)」。OEM廠商也在積極尋求其他傳感器解決方案，但他們承認(rèn)攝像機(jī)在實(shí)現(xiàn)各類功能方面仍然具有最好的投資回報。成本很重要，選擇視覺檢測的合理性也正在于此。”

最近剛剛更名為Cipia的Eyesight Technologies公司也堅持認(rèn)為，視覺識別將是實(shí)現(xiàn)駕駛員監(jiān)控的主要方法。

該公司產(chǎn)品副總裁Tal Krzypow在采訪中表示，視覺分析“能夠檢測到眼睛的閉合、凝視與面部表情(及其他特征)，這些都是駕駛員感到疲倦或注意力分散的直接指標(biāo)。”

他補(bǔ)充道，“注意力分散特別重要，這也是造成安全事故的主要原因之一。除了視覺分析之外，沒有其他方法能夠準(zhǔn)確跟蹤駕駛員的視線。”

Krzypow并沒有貶低其他傳感器，例如用于監(jiān)測呼吸的雷達(dá);但他強(qiáng)調(diào)稱“目前市場的發(fā)展在很大程度上由法規(guī)要求所驅(qū)動，而視覺分析確實(shí)能夠更好地解決這方面要求。”

下一代DMS傳感器會是什么樣子?

雖然大部分OEM廠商都把基于視覺識別的DMS作為優(yōu)先方向，但DMS開發(fā)商也不會停止探索其他傳感器方案的腳步。

Smart Eye公司CEO Krantz描述了更廣闊的發(fā)展前景。“2020年的CES上，我們展示了一種基于雷達(dá)的呼吸探測器。”與其他DMS技術(shù)供應(yīng)商一樣，他們也在尋求新的乘員監(jiān)控解決方案。Krantz提到，“我們還追求全面的車內(nèi)感知方案，包括使用一到兩臺連接攝像機(jī)跟蹤整個乘員艙，測量其身體姿態(tài)、是否有兒童、是否正確系上安全帶等。”他還補(bǔ)充道，“我們還將提取所有乘客的面部表情，并將其與基本情緒映射起來。”在他看來，汽車內(nèi)部未來將“采用多模傳感器套件實(shí)時監(jiān)控。”Smart Eye公司也計劃“繼續(xù)開發(fā)我們的軟件，使其能夠?qū)佣喾N傳感器形式。”

根據(jù)報道，Valeo等一流廠商也在探索雷達(dá)解決方案，及時發(fā)現(xiàn)被意外留在后座上的嬰兒或?qū)櫸铩?/p>

行駛時間(ToF)傳感器也有望在DMS中發(fā)揮作用。ADI與Jungo就在今年年初宣布開展合作，Jugo公司CEO Herbst解釋稱，ToF傳感器能夠提高人臉識別、手勢與姿態(tài)/姿勢等識別算法的準(zhǔn)確率。他提到，“在某些情況下，ToF傳感器可以提供冗余功能——例如檢測手是否離開了方向盤。”他表示ToF傳感器將在“來年”首次登陸DMS方案。

但也有一派觀點(diǎn)認(rèn)為，在DMS中添加感知模式未必能夠解決駕駛員疲勞度等棘手難題。Seeing Machines公司的Lenné提出，“困倦是最難啃的硬骨頭。我們研究了大腦活動、心律活動以及呼吸等因素。”目前，澳大利亞與英國學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都在開發(fā)相應(yīng)的生理傳感器，“但我們發(fā)現(xiàn)這些傳感器會產(chǎn)生令人難以置信的噪音。而且導(dǎo)致心率或呼吸率變化的原因多達(dá)101種。”

隨著DMS的要求越來越貼近現(xiàn)實(shí)，Seeing Machines重申了其基本思路：“眼睛不會說謊，眼睛能夠體現(xiàn)一切。”Lenné強(qiáng)調(diào)廣泛的研發(fā)活動發(fā)現(xiàn)，“要想準(zhǔn)確把握某人的注意力與認(rèn)知狀態(tài)，就必須研究他們的面部表情、特別是眼睛。”

歐洲NCAP應(yīng)該測試哪些方案?又該如何測試?

Smart Eye公司的Krantz指出，DMS測試的首要任務(wù)是“將系統(tǒng)安裝在汽車內(nèi)。目前很多在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下可以正常起效的系統(tǒng)，根本無法適應(yīng)真實(shí)汽車行駛所處的惡劣環(huán)境。”

Semicast公司的Barden則強(qiáng)調(diào)，“陽光直射、路燈產(chǎn)生的頻閃效果”都可能干擾DMS的判斷。此外，佩戴口罩和太陽鏡的駕駛員也會令DMS無所適從。

那么，DMS“必須關(guān)注”的特征有哪些?參加了歐洲NCAP開發(fā)測試的供應(yīng)商表示無法透露相關(guān)信息，但從根本上講，Smart Eye認(rèn)為“信號的可用性”才是最核心的要求。

“最重要的就是同時跟蹤基礎(chǔ)信號的準(zhǔn)確性與可用性，例如頭部姿勢、眼瞼是否張開、注視的方向等等。如果這些信號的完整性不高，則無法以此為基礎(chǔ)構(gòu)建警告應(yīng)用?？偠灾?，理想的DMS系統(tǒng)必須既靈敏、又能把誤報概率控制在極低的水平。”

Karntz還補(bǔ)充稱，“例如，DMS必須能夠把掃視與打瞌睡區(qū)分開來。”

目前歐洲NCAP測試協(xié)議仍在進(jìn)行當(dāng)中，Krantz強(qiáng)調(diào)“我們相信這項協(xié)議能夠反映出對先進(jìn)技術(shù)的需求，確保未來的DMS系統(tǒng)能夠切實(shí)衡量最重要的基本特征。”

Jungo公司CEO Herbst則列出了以下潛在要求：

識別頭部姿勢以分析注意力分布情況，例如瞥向手機(jī)、調(diào)整車載娛樂信息等。

識別出打瞌睡及其他疲勞情況。

通過多種信號(眼睛、哈欠、腦電圖、不動方向盤)識別出陷入穩(wěn)定睡眠的指標(biāo)。

支持各種光照條件(白天、夜晚、陽光直射)。

各類常見佩戴物(眼鏡、太陽鏡、帽子、口罩)。

最后，OEM廠商希望NCAP的要求不要太過嚴(yán)苛，保證相關(guān)DMS系統(tǒng)仍然具備成本效益。Herbst提到，“應(yīng)該確保DMS能夠運(yùn)行在現(xiàn)有車載計算平臺之上(例如車載信息娛樂系統(tǒng))。”汽車制造商還需要考慮其他功能的可行性，例如軟件更新。再有，一線廠商還需要一種能夠與當(dāng)前首選芯片組相適應(yīng)的解決方案。當(dāng)然，監(jiān)管機(jī)構(gòu)并不會在技術(shù)方案層面設(shè)限，他們只重視使用效果及能否適應(yīng)極端案例。

相對于碰撞安全假人，會出現(xiàn)“瞌睡測試假人”嗎?

這是個奇怪的問題，但又特別真實(shí)。換言之，歐洲NCAP是怎么測試車載DMS效果的?使用“瞌睡測試假人”嗎?

Seeing Machines的Lenné表示，“我們的觀點(diǎn)是，人/駕駛員需要在模擬器或測試賽道中主動對接被測系統(tǒng)。目前還不清楚這個目標(biāo)要如何實(shí)現(xiàn)，但各方可能需要在睡意程度方面達(dá)成共識。”

關(guān)于打瞌睡，Smart Eye公司的Krantz認(rèn)為“除了在意識出打瞌睡時發(fā)出警告外，DMS還需要注意到嚴(yán)重疲倦狀態(tài)，這同樣會導(dǎo)致駕駛能力急劇下降。因此在模擬與實(shí)際駕駛中，應(yīng)該以相同的時間間隔不斷評估駕駛員的實(shí)際睡意。區(qū)別在于，我們可以在模擬器中繼續(xù)推進(jìn)，準(zhǔn)許測試對象徹底入睡。”

實(shí)際上，真正的測試似乎要比Krantz與Lenné的設(shè)想復(fù)雜得多。正如Cipia公司的Krzypow所提出，“睡意衡量中包含著雙重挑戰(zhàn)：難以衡量，而且難以模擬。”目前歐洲NCAP并未解釋要如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

DMS如何避免引發(fā)駕駛員的反感?

相信很多人都有體會，當(dāng)前DMS技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)在于，一旦誤報頻率過高，駕駛員會直接關(guān)閉DMS并導(dǎo)致其徹底失效。

Jungo公司CEO坦言，“確實(shí)，過多的誤報實(shí)在令人討厭。在Jungo，我們會優(yōu)先除非種種干擾性事件，例如不看路、接電話、吸煙等。目前，我們還不會主動評估駕駛員的「認(rèn)知」?fàn)顟B(tài)，例如眼睛盯著路面但注意力早已渙散。這太容易引發(fā)誤報了，還沒有實(shí)用意義。”

Smart Eye公司CEO Krantz指出，“要盡可能降低錯誤率，關(guān)鍵是在基礎(chǔ)信號中保持極高的精度。這就要求構(gòu)建起一套設(shè)計精良且經(jīng)過全面測試的應(yīng)用程序，由其將基礎(chǔ)信號轉(zhuǎn)換為有價值的駕駛員狀態(tài)信息，并最終據(jù)此采取全面的警告策略，在不引發(fā)反感的前提下向駕駛員發(fā)布提醒。”

Seeing Machines的Lenné對此表示贊同。“以人為本的設(shè)計非常重要，我們必須了解行為與相關(guān)風(fēng)險，將其解釋為特征，這樣才能真正支撐起「實(shí)際意義」。誤報的數(shù)量還取決于其他因素，包括信號的可用性與可靠性，這些同樣需要高度關(guān)注。”

麻省理工學(xué)院的Reimer以通用汽車公司為例，強(qiáng)調(diào)過度活躍的駕駛員警報系統(tǒng)有可能帶來糟糕的體驗(yàn)。

“通用汽車目前已經(jīng)與Super Cruise合作開發(fā)出一套多段式警報方法，能夠通過增強(qiáng)(無聲提示)及逐步升級警報的組合形式解決問題。”

從理論上講，準(zhǔn)確識別駕駛員狀態(tài)并對接DMS警報系統(tǒng)，即可有效緩解這些惱人的感受。

但Reimer也提出，“我們不知道有哪些系統(tǒng)能夠切實(shí)解決認(rèn)知衰退或注意力渙散的問題。我們整個集團(tuán)以及多家OEM與供應(yīng)商合作伙伴正在積極研究這方面議題。”

目前的DMS方案

目前的DMS方案顯然無法解決前文中提出的種種現(xiàn)實(shí)問題。Semicast Research公司的Barnden提到，“現(xiàn)有方案的駕駛員監(jiān)控效果非常差勁。”根據(jù)現(xiàn)代集團(tuán)發(fā)布的Forward Attention Warning (FAW)系統(tǒng)宣傳片段，可以看到旁白警告稱“在某些情況下，F(xiàn)AW可能無法正常工作……例如當(dāng)駕駛員佩戴偏光鏡、化有濃密眼妝，或者面部被頭發(fā)或帽子遮擋，或視頻被方向盤所遮擋時。”

請注意，F(xiàn)AW系統(tǒng)無法替代安全的駕駛習(xí)慣與方式。駕駛員有責(zé)任始終監(jiān)督車輛與前方車輛間的速度差異與距離。