车载DMS：硬件改进和座舱监控

DMS（Driver Monitor System）为驾驶员监测系统的简称，是指驾驶员行驶过程中，全天候监测驾驶员的疲劳状态、危险驾驶行为的信息技术系统。在发现驾驶员出现疲劳、打哈欠、眯眼睛及其他错误驾驶状态后，DMS 系统将会对此类行为进行及时的分析，并进行语音灯光提示，起到警示驾驶员，纠正错误驾驶行为的作用。DMS 一般分为主动式 DMS 和被动式 DMS。
 
被动式 DMS 基于方向盘转向和行驶轨迹特征来判断驾驶员状态。主动式 DMS 系统一般基于摄像头和近红外技术，从眼睑闭合、眨眼、凝视方向、打哈欠和头部运动等，检测驾驶员状态。本报告只研究主动式 DMS。
 
2006 年，雷克萨斯 LS 460 首次配备主动 DMS，摄像头安装在转向柱盖的顶部，带有六个内置近红外 LED。但汽车制造商对主动 DMS 一直不太感兴趣，认为一方面增加了整车的成本，另一方面消费者并不一定为此买单。但是，近年来一系列的安全事故大大提高了 DMS 在自动辅助驾驶系统尤其是 L2/L3 功能上的的重要性。从 2018 年开始，随着 L2 系统的量产和 L3 系统的即将量产，主动式 DMS 系统开始放量。
 
Euro-NCAP 发布了 2025 路线图，要求从 2022 年 7 月开始新车都必须配备 DMS。中国已立法对商用车强制装配驾驶员监测系统，乘用车搭载要求也在推进制定中。相关的芯片、软件、算法厂商积极助推 DMS 技术发展，主动 DMS 市场将迎来爆发。

主机厂对 DMS 系统的采用历程

来源：佐思汽研

据佐思汽研数据， 2019 年在中国主动 DMS 系统的乘用车新车安装量为 10,170 套，同比增长 174%。2020Q1 安装量为 5,137 套，同比增长 360%。增长动力来自于主动 DMS 系统在 15-20 万价格区间车型中的采用，WEY、小鹏汽车、吉利汽车等品牌纷纷装配。
 
大部分 Tier1 已推出 DMS 完整解决方案，包括法雷奥、博世、大陆、电装、现代摩比斯、伟世通、维宁尔等。在中国企业中，海康威视、商汤科技、百度、大华等公司的 DMS 产品也已落地在各个品牌车型上。

部分 DMS 系统供应商产品对比

来源：佐思汽研

DMS 算法厂商的崛起

DMS 的核心功能是监测驾驶员的疲劳和注意力分散程度。但是基于更多的传感器，视觉+红外摄像头，甚至毫米波雷达，可以实现更多的功能，譬如：人脸识别、年龄性别估计、情绪估计、安全带检测、姿势位置、遗忘检测、座舱异常情况检测、幼儿检测等。通过人脸、性别和表情的识别, 实现身份认证，以及更丰富的人车交互。目前 DMS 的应用仅停留在预警阶段，而一旦与 ADAS/AD 系统结合，还可以实现个性化车身控制等功能。

以法雷奥驾驶员监控系统为例，它已经实现了基于人工智能的，运用卷积神经网络算法，并带情绪识别功能的系统，可以通过人脸识别实现驾驶员的个性化设置。

但是这些丰富的功能单靠 Tier1 在短期内是无法完成的，所以 DMS 系统多数是靠 Tier1+算法企业合作实现的。

虹软科技在计算机视觉技术方面有长期的积累，专门针对汽车行业视觉相关功能需求而开发了 DMS、ADAS、BSD 等产品。2019 年度，虹软科技智能驾驶算法业务快速发展，实现营业收入 1605.66 万元，较上年度 220.21 万元实现大幅增长。2020 年一季度智能驾驶算法业务实现营业收入 1700.76 万元，已超过 2019 年全年营收。

EyeSight、Smart Eye、FotoNation、Seeing  Machine 等都是类似的软件算法公司，并且均有好几年的技术积累。即便如此，DMS 技术应用中仍然面临诸多难以解决的困难：

基于视觉的 DMS 在技术上的最大难点是面对强光或弱光状态下的表现。光线太强，图像表现出来全是白的。光线太弱，图像表现出来全是黑的。面对这种情况，算法再强也没有用。

如何量化界定疲劳状态、瞌睡状态也是 DMS 面临的瓶颈。如何测量疲劳？疲劳与体温，皮肤电阻，眼球运动，呼吸频率，心率和大脑活动之间存在关系。最有效的方法是测量脉搏和心跳变异 HRV，但这方面技术还不够成熟。

信噪比、对比度千差万别、图像的遮挡与抖动、不同天气和时间段的光线差异导致图像亮度不同。

人脸检测的挑战：面内旋转；面外旋转；化妆品，胡须和眼镜的存在；表情（快乐，哭泣等）；脸部遮挡；实时处理要求。

算力不足、通信等造成的 DMS 延时问题。

误报次数太多，对用户造成干扰。

训练算法的样本数据库太少。

视觉摄像头解决不了的很多场景，业内企业尝试加入更多传感器，引入更强大的芯片来解决。

硬件改进和座舱监控

2019 年 5 月，豪威科技与富瀚微电子宣布推出联合解决方案，可利用单个摄像头，在白天和黑夜，抓取和处理高质量的车内彩色和红外（IR）图像。该解决方案结合了豪威的 OV2778  RGB-IR 图像传感器（像素为 200 万）与富瀚的 FH8310 图像信号处理器（ISP）。OV2778 图像传感器在所有照明条件下都具高灵敏度。该解决方案可为汽车座舱监控系统（IMS）提供高质量的视频，同时可集成面部识别、物体和无人看管的小孩探测、远程监控以及网约车和 RoboTaxi 录制等解决方案。

2019 年 6 月，以色列初创公司 Vayyar 推出了一款雷达芯片，可以实现车内乘客的位置和分类、乘员的大小、生命体征和姿态分析。座舱内的解决方案包括安全带提醒、优化的安全气囊部署、手势控制、司机睡意警报和婴儿检测警报。

2019 年 9 月，安森美半导体推出一套座舱监控系统，其中将包括驾驶员监控和乘员监控功能。该方案包括安森美半导体的三个 230 万像素的 RGB-IR 图像传感器。该多摄像头座舱监控系统采用了安霸公司的 CV2AQ 系统芯片，集成了 Eyeris 公司的 AI 软件，能够执行复杂的身体和面部分析、乘客活动检测和目标探测等任务。

2020 年 2 月，ADI 宣布与 Jungo 合作开发基于 ToF 和 2D 红外技术的摄像头解决方案，以实现车内驾驶员及座舱监测。ADI 的 ToF 技术和 Jungo 的 CoDriver 软件相结合，通过观察头部、身体位置以及眼睛注视情况，监测车内人员的睡意和注意力分散程度。

法雷奥也推出了座舱监控技术，如基于视觉技术的后排监控方案和基于毫米波雷达的活体检测方案。

EyeSight 的 Cabin Sense 舱内监控解决方案，包括检测乘客的数量、乘客是否系安全带、监测乘客姿势，以及是否有被遗留在车内的儿童或包等物体。

总之，DMS 在近几年将随着 L2/L3 的大规模应用而保持高速成长，未来将演进为座舱监控系统，即使在 L4 时代也将发挥重要的作用。

编辑：hfy