装车量暴增，渗透率仍低，DMS成为爆款之前还有哪些问题要解决？
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电子发烧友网报道（文/梁浩斌）近几年随着汽车智能化程度的提升，各种以往在高端车型上才会出现的配置逐渐被下放到大众车型中，DMS就是其中一项。DMS全称Driver Monitor System，即驾驶员监测系统，最早在2006年，雷克萨斯就将DMS系统加入到LS460车型中，但长时间以来DMS系统都没有受到重视。
直至近年，伴随ADAS高级驾驶辅助系统的快速渗透，DMS的装车量迎来高速增长期。不过，在近期多个因使用自动驾驶功能引起的事故中，很多情况是驾驶员没有注意路面状况，而DMS也并没有发挥相应的提醒作用。
对于这种情况，安森美解决方案工程中心高级首席应用市场推广工程师Dan Clement认为，自动驾驶汽车相关的事故很可能是因为驾驶员不了解自动驾驶的极限，操作自动驾驶汽车超过其指定的驾驶自动化水平造成的。“L2级自动驾驶是中国和美国目前允许上路的最高驾驶自动化系统等级，它利用了ADAS和DMS，但仍要求驾驶员保持警惕，并随时积极监控车辆的运行。”
另一方面，DMS技术其实分为两种，分别是被动式和主动式。Dan Clement提到，早期的被动式DMS技术是使用方向盘角度或扭矩测量，但这种方式无法知道驾驶员是否集中注意力，甚至不知道他们是否在驾驶座上，很容易可以做到欺骗系统。
当然，如今提起DMS这个概念，首先想到的一般是主动式DMS，这也是这次主要讨论的内容。那么DMS到底能在汽车中起到什么作用？
DMS应用场景广泛，未来或加速与ADAS融合
从应用场景上，安富利亚太区工程总监华诗显表示，安富利目前在做的DMS技术可以实时监控驾驶人员的状态、比如打瞌睡、打电话、抽烟、喝水等等状态。由于采用了红外光以及摄像头，因此甚至可以全天候地识别眼球动态，监测驾驶人员的注意力是否在路面上。
安富利亚太区工程总监 华诗显
Dan Clement也认为，目前改进DMS技术的途径集中在使用CMOS图像传感器和红外发射器，以捕获驾驶员在所有可能的照明条件和噪声下的行为，如戴上太阳镜、帽子和面具等。此外，眼球追踪技术的改进将监控驾驶员的目光，以确定他们是否警觉、昏昏欲睡或心不在焉。
来源：Avnet安富利
而除了在安全方面的监测作用，DMS还具备提高座舱体验的能力。“其实现在我们已经能做到一些表情的感知，比如说开心、不开心，如果有一些突发性的问题，或者看到五官有一些与平时不太一样、不太自然的表情。在这样一种应用场景下的话，有一些做算法的公司会把他再分类，比如说不开心时可以播放一些音乐，发困时就播放一些节奏比较轻快一点的音乐，起到提神作用，还可以调配不同状态下汽车座舱内的氛围灯。”华诗显介绍道。
另外，由眼球追踪技术还可以延伸出很多新的应用。比如智能A柱，由于不同驾驶者的视角不同，普通的智能A柱显示的画面可能会出现偏差，需要人手去调整画面。华诗显表示，在这个情况下，可以通过识别驾驶者的眼球位置空间，通过算法将智能A柱投放的画面做三维变形，令画面更符合实际观看角度的真实情况。
安森美解决方案工程中心高级首席应用市场推广工程师Dan Clement
在座舱内的应用中，Dan Clement还提到，OEM整车厂正在增加另一种类型的座舱感知，称为OMS，即乘员监控系统。Dan Clement表示，OMS可用于许多方面，包括安全、物体跟踪和识别、识别乘员并进行定制或调整安全气囊、安全带提醒，甚至视频会议或其他尚未想象的用例，其中一些用例有可能被OEM厂商作为服务来盈利。
虽然目前OMS与DMS在硬件上有所不同，比如OMS使用视觉光，不使用NIR（近红外）照明，OMS需要更宽视野，感知深度更长，因此需要更高分辨率的图像传感器。但Dan Clement认为，鉴于DMS和OMS需要类似的资源，未来的趋势是将这两个系统合二为一。
“NIR DMS和视觉光OMS使用一个图像传感器，制成一个组合系统，称为DOMS，即驾乘监控系统。这将两个图像传感器的需求减少到一个，并可共享电缆、电源、视觉处理、计算等。这样的整合将降低成本、功耗、重量和尺寸。”
Dan Clement透露，在CES 2022上，安森美与合作伙伴推出了一个演示，使用安森美支持RGB-IR成像的新的AR0820AT图像传感器，展示了DOMS的成功运作，同时这还是一个更高效和更紧凑的方案。
而在DMS的技术方向上，华诗显提到目前的自动驾驶和DMS是两套分别独立的系统，尽管两者可能会共用一个平台模块去做AI和ADAS特征点的区别，但DMS和ADAS之间是没有联系的。不过，华诗显认为未来DMS和ADAS肯定会联系在一起，甚至会融合ADAS或者是e-cockpit。比如自动驾驶可以让驾驶者降低专注力，去多做一些其他的事情。但在一些路况比较复杂的情况下，它可以提醒驾驶人员保持专注，而这也是DMS在场景里面可以应用的一个点”。
如何解决场景拓展下的算力需求增长？
从前面华诗显和Dan Clement的介绍中，我们能够发现DMS的应用场景正在随着用户需求所不断增加。与此同时，从一些厂商推出的方案来看，似乎多种传感器加入到DMS中也是其中一个趋势，比如毫米波雷达、3DToF等等。
华诗显认为，需要使用何种传感器，主要是看车企本身的一些应用场景。针对于ToF这项技术，他表示，普通的ToF传感器不能用于正规的驾驶员监控，即使是监测范围较大的ToF传感器，也只能针对某一个特定的点去监测，目前很多ToF传感器是用于手势识别。由于能够定义的应用场景比较多，所以摄像头在DMS系统的应用上还是具备一定优势。
Dan Clement也认为3DToF不太适合用于DMS，“有的正在用3D飞行时间来建立座舱的一个3D地图，这对手势识别和检测及跟踪车内的乘客和物品很有用，但它不适合眼球跟踪，而眼球跟踪是DMS的一个关键部分，今天只有摄像头可以做到这一点。由于上述原因，我们看到雷达和3D ToF更多用于乘员监控系统，而不是用于驾驶员监控。”
而毫米波雷达则关系到成本以及是否“刚需”的问题。“雷达很有意思，因为它可以用来测量心率，帮助检测健康问题。它可能对驾驶员监控很有用，但这只用于非常高端的车辆，因为它是又一个添加到车辆上的系统，客户可能没有兴趣为其付费。即使对安全有帮助，但它对驾驶员监控也不是很关键。”
来源：Avnet安富利
另一方面，应用场景的丰富，也对DMS的算力提出了更高需求。华诗显表示，目前有几种方法解决算力问题。一是将多AI芯片集成到一个系统中，比如有一些系统因为有高中低配之分，所以可能需要将不同数量的AI芯片融合，再用NPU做动态调配。
二是将同一芯片中的不同核心分配给不同的系统，也就是多系统融合。比如芯片中的大核用于Android娱乐系统，四个性能较弱的小核用于Linux，也就是作为仪表盘或感知、功能安全、快速启动等应用的系统。
“多系统融合的优点是，能通过特定的桥在不同的MCU和MPU之间，或是MUC与MCU之间进行沟通，而其中桥起到的作用是在内存中实现硬隔离。比如Android娱乐系统出现崩溃重启时，不会影响到Linux或其他部分，同时在保证安全的情况下重启系统。”华诗显进一步介绍道。
而Dan Clement也认为不同处理技术的混合和匹配是解决算力问题的未来趋势：“随着DMS的演进，我们相信分布式异构计算将在整个车辆上实施，以优化性能、延迟和成本。”
不过就现阶段而言，另外一个关键是DMS算法仍在开发中，并不断迭代完善。“这使得使用可重复编程的平台如GPU和FPGA非常有吸引力，可以OTA升级，以便系统随着算法的改进而改进。随着时间的推移，当DMS算法和技术在减少事故数量方面展示出实际的成功，该算法可被移植到大批量的ASIC上，以降低成本，同时通过每个新的工艺节点可以提供更好的性能/功耗优势。”Dan Clement补充道。
因此，从另一个角度去看，其实算力需求是一个价格与性能的平衡。华诗显坦言：“现在的算力部分相对来说主要是受限于价格成本的原因，算力要多高其实都可以搭配。用更好的摄像头、更高的分辨率、更好的AI算力，根据不同的应用场景去搭配。”
DMS渗透率低，价格不是不是主因
根据佐思汽研的数据，2021年1-9月中国乘用车新车的DMS系统销量25.1万套，同比增长244%，其中搭载DMS系统的车型主要为本土品牌为主，占94%。
即使增长迅速，但由于基数小，实际上渗透率依然很低。同期，本土品牌新车中DMS系统渗透率只有3.9%，相比2020年2%的渗透率增长近100%。
谈到DMS目前的渗透率状况，华诗显从体验的角度来分析到，DMS安装的位置可能影响车内美观。为了配合整体车内设计，不同安装位置对于DMS的检测效果也有所差别。比如安装在左边A柱上时，右边脸就可能存在检测盲区；安装在方向盘上的固定点时，也会随着方向盘转动而产生遮挡。
Dan Clement认为，当前DMS安装渗透率低是因为目前没有法规要求。“在没有法规和标准的情况下，车企会选择安装成本最低的DMS系统，来满足NCAP的最低要求。因为要达到NCAP的全安全评级，车企必须至少添加一个基本的DMS系统，否则客户会因为安全评级低而不会选择该车型。”
虽然欧盟将会在2022年7月开始强制新车必须配备DMS，但目前还未有一个统一的DMS监管标准。
当然，对于高端车型以及高阶自动驾驶的车型中，由于本身对成本不敏感，所以DMS在这些车型中是普遍存在的。
不过在成本方面，Dan Clement透露目前DMS约占车辆成本的0.25-1%，至于未来的价格下降，这取决于汽车制造商想在他们的DMS解决方案上走哪个方向。“假设目标是满足最低的安全标准，那么随着DMS在更多车辆上部署，成本有下调的空间。如果目标是提供更精密的DMS系统，需要更多的传感器和处理，那么成本可能保持稳定，但为驾驶员提供更多好处。在这两种情况下，DMS都将从上述的规模经济中受益。尽管需求不断增加，但成本下调的压力仍然存在，并且将保持强劲，就像每个汽车系统一样。”
另外，由于目前还没有任何关于DMS的监管标准，所以有各种不同的实施方案，性能和质量水平各异。“我们认为，最终会有一个主导设计的低端版本，以满足最低的欧洲新车安全评鉴协会(Euro NCAP)要求。而伴随着技术的演进，各种高端方案则用于高端车辆和那些正在向更高自动驾驶等级发展的车辆。随着时间的发展，低端复制产品将逐渐退市，目前的高端方案将标准化并进入中低端汽车，而高端方案将在高端汽车中持续创新。”Dan Clement补充道。
对于DMS，华诗显表示目前影响成本最主要的因素是摄像头硬件，因为DMS的算力需求其实相比于ADAS要小得多。同时他表示，在客户合作的过程中得知现在DMS的价格对于车企而言是非常合理的。而后续DMS如何普及到中低配的车型中，可能是重点发展的方向。
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直至近年，伴随ADAS高级驾驶辅助系统的快速渗透，DMS的装车量迎来高速增长期。不过，在近期多个因使用自动驾驶功能引起的事故中，很多情况是驾驶员没有注意路面状况，而DMS也并没有发挥相应的提醒作用。
对于这种情况，安森美解决方案工程中心高级首席应用市场推广工程师Dan Clement认为，自动驾驶汽车相关的事故很可能是因为驾驶员不了解自动驾驶的极限，操作自动驾驶汽车超过其指定的驾驶自动化水平造成的。“L2级自动驾驶是中国和美国目前允许上路的最高驾驶自动化系统等级，它利用了ADAS和DMS，但仍要求驾驶员保持警惕，并随时积极监控车辆的运行。”
另一方面，DMS技术其实分为两种，分别是被动式和主动式。Dan Clement提到，早期的被动式DMS技术是使用方向盘角度或扭矩测量，但这种方式无法知道驾驶员是否集中注意力，甚至不知道他们是否在驾驶座上，很容易可以做到欺骗系统。
当然，如今提起DMS这个概念，首先想到的一般是主动式DMS，这也是这次主要讨论的内容。那么DMS到底能在汽车中起到什么作用？
DMS应用场景广泛，未来或加速与ADAS融合
从应用场景上，安富利亚太区工程总监华诗显表示，安富利目前在做的DMS技术可以实时监控驾驶人员的状态、比如打瞌睡、打电话、抽烟、喝水等等状态。由于采用了红外光以及摄像头，因此甚至可以全天候地识别眼球动态，监测驾驶人员的注意力是否在路面上。
安富利亚太区工程总监 华诗显
Dan Clement也认为，目前改进DMS技术的途径集中在使用CMOS图像传感器和红外发射器，以捕获驾驶员在所有可能的照明条件和噪声下的行为，如戴上太阳镜、帽子和面具等。此外，眼球追踪技术的改进将监控驾驶员的目光，以确定他们是否警觉、昏昏欲睡或心不在焉。
来源：Avnet安富利
而除了在安全方面的监测作用，DMS还具备提高座舱体验的能力。“其实现在我们已经能做到一些表情的感知，比如说开心、不开心，如果有一些突发性的问题，或者看到五官有一些与平时不太一样、不太自然的表情。在这样一种应用场景下的话，有一些做算法的公司会把他再分类，比如说不开心时可以播放一些音乐，发困时就播放一些节奏比较轻快一点的音乐，起到提神作用，还可以调配不同状态下汽车座舱内的氛围灯。”华诗显介绍道。
另外，由眼球追踪技术还可以延伸出很多新的应用。比如智能A柱，由于不同驾驶者的视角不同，普通的智能A柱显示的画面可能会出现偏差，需要人手去调整画面。华诗显表示，在这个情况下，可以通过识别驾驶者的眼球位置空间，通过算法将智能A柱投放的画面做三维变形，令画面更符合实际观看角度的真实情况。
安森美解决方案工程中心高级首席应用市场推广工程师Dan Clement
在座舱内的应用中，Dan Clement还提到，OEM整车厂正在增加另一种类型的座舱感知，称为OMS，即乘员监控系统。Dan Clement表示，OMS可用于许多方面，包括安全、物体跟踪和识别、识别乘员并进行定制或调整安全气囊、安全带提醒，甚至视频会议或其他尚未想象的用例，其中一些用例有可能被OEM厂商作为服务来盈利。
虽然目前OMS与DMS在硬件上有所不同，比如OMS使用视觉光，不使用NIR（近红外）照明，OMS需要更宽视野，感知深度更长，因此需要更高分辨率的图像传感器。但Dan Clement认为，鉴于DMS和OMS需要类似的资源，未来的趋势是将这两个系统合二为一。
“NIR DMS和视觉光OMS使用一个图像传感器，制成一个组合系统，称为DOMS，即驾乘监控系统。这将两个图像传感器的需求减少到一个，并可共享电缆、电源、视觉处理、计算等。这样的整合将降低成本、功耗、重量和尺寸。”
Dan Clement透露，在CES 2022上，安森美与合作伙伴推出了一个演示，使用安森美支持RGB-IR成像的新的AR0820AT图像传感器，展示了DOMS的成功运作，同时这还是一个更高效和更紧凑的方案。
而在DMS的技术方向上，华诗显提到目前的自动驾驶和DMS是两套分别独立的系统，尽管两者可能会共用一个平台模块去做AI和ADAS特征点的区别，但DMS和ADAS之间是没有联系的。不过，华诗显认为未来DMS和ADAS肯定会联系在一起，甚至会融合ADAS或者是e-cockpit。比如自动驾驶可以让驾驶者降低专注力，去多做一些其他的事情。但在一些路况比较复杂的情况下，它可以提醒驾驶人员保持专注，而这也是DMS在场景里面可以应用的一个点”。
如何解决场景拓展下的算力需求增长？
从前面华诗显和Dan Clement的介绍中，我们能够发现DMS的应用场景正在随着用户需求所不断增加。与此同时，从一些厂商推出的方案来看，似乎多种传感器加入到DMS中也是其中一个趋势，比如毫米波雷达、3DToF等等。
华诗显认为，需要使用何种传感器，主要是看车企本身的一些应用场景。针对于ToF这项技术，他表示，普通的ToF传感器不能用于正规的驾驶员监控，即使是监测范围较大的ToF传感器，也只能针对某一个特定的点去监测，目前很多ToF传感器是用于手势识别。由于能够定义的应用场景比较多，所以摄像头在DMS系统的应用上还是具备一定优势。
Dan Clement也认为3DToF不太适合用于DMS，“有的正在用3D飞行时间来建立座舱的一个3D地图，这对手势识别和检测及跟踪车内的乘客和物品很有用，但它不适合眼球跟踪，而眼球跟踪是DMS的一个关键部分，今天只有摄像头可以做到这一点。由于上述原因，我们看到雷达和3D ToF更多用于乘员监控系统，而不是用于驾驶员监控。”
而毫米波雷达则关系到成本以及是否“刚需”的问题。“雷达很有意思，因为它可以用来测量心率，帮助检测健康问题。它可能对驾驶员监控很有用，但这只用于非常高端的车辆，因为它是又一个添加到车辆上的系统，客户可能没有兴趣为其付费。即使对安全有帮助，但它对驾驶员监控也不是很关键。”
来源：Avnet安富利
另一方面，应用场景的丰富，也对DMS的算力提出了更高需求。华诗显表示，目前有几种方法解决算力问题。一是将多AI芯片集成到一个系统中，比如有一些系统因为有高中低配之分，所以可能需要将不同数量的AI芯片融合，再用NPU做动态调配。
二是将同一芯片中的不同核心分配给不同的系统，也就是多系统融合。比如芯片中的大核用于Android娱乐系统，四个性能较弱的小核用于Linux，也就是作为仪表盘或感知、功能安全、快速启动等应用的系统。
“多系统融合的优点是，能通过特定的桥在不同的MCU和MPU之间，或是MUC与MCU之间进行沟通，而其中桥起到的作用是在内存中实现硬隔离。比如Android娱乐系统出现崩溃重启时，不会影响到Linux或其他部分，同时在保证安全的情况下重启系统。”华诗显进一步介绍道。
而Dan Clement也认为不同处理技术的混合和匹配是解决算力问题的未来趋势：“随着DMS的演进，我们相信分布式异构计算将在整个车辆上实施，以优化性能、延迟和成本。”
不过就现阶段而言，另外一个关键是DMS算法仍在开发中，并不断迭代完善。“这使得使用可重复编程的平台如GPU和FPGA非常有吸引力，可以OTA升级，以便系统随着算法的改进而改进。随着时间的推移，当DMS算法和技术在减少事故数量方面展示出实际的成功，该算法可被移植到大批量的ASIC上，以降低成本，同时通过每个新的工艺节点可以提供更好的性能/功耗优势。”Dan Clement补充道。
因此，从另一个角度去看，其实算力需求是一个价格与性能的平衡。华诗显坦言：“现在的算力部分相对来说主要是受限于价格成本的原因，算力要多高其实都可以搭配。用更好的摄像头、更高的分辨率、更好的AI算力，根据不同的应用场景去搭配。”
DMS渗透率低，价格不是不是主因
根据佐思汽研的数据，2021年1-9月中国乘用车新车的DMS系统销量25.1万套，同比增长244%，其中搭载DMS系统的车型主要为本土品牌为主，占94%。
即使增长迅速，但由于基数小，实际上渗透率依然很低。同期，本土品牌新车中DMS系统渗透率只有3.9%，相比2020年2%的渗透率增长近100%。
谈到DMS目前的渗透率状况，华诗显从体验的角度来分析到，DMS安装的位置可能影响车内美观。为了配合整体车内设计，不同安装位置对于DMS的检测效果也有所差别。比如安装在左边A柱上时，右边脸就可能存在检测盲区；安装在方向盘上的固定点时，也会随着方向盘转动而产生遮挡。
Dan Clement认为，当前DMS安装渗透率低是因为目前没有法规要求。“在没有法规和标准的情况下，车企会选择安装成本最低的DMS系统，来满足NCAP的最低要求。因为要达到NCAP的全安全评级，车企必须至少添加一个基本的DMS系统，否则客户会因为安全评级低而不会选择该车型。”
虽然欧盟将会在2022年7月开始强制新车必须配备DMS，但目前还未有一个统一的DMS监管标准。
当然，对于高端车型以及高阶自动驾驶的车型中，由于本身对成本不敏感，所以DMS在这些车型中是普遍存在的。
不过在成本方面，Dan Clement透露目前DMS约占车辆成本的0.25-1%，至于未来的价格下降，这取决于汽车制造商想在他们的DMS解决方案上走哪个方向。“假设目标是满足最低的安全标准，那么随着DMS在更多车辆上部署，成本有下调的空间。如果目标是提供更精密的DMS系统，需要更多的传感器和处理，那么成本可能保持稳定，但为驾驶员提供更多好处。在这两种情况下，DMS都将从上述的规模经济中受益。尽管需求不断增加，但成本下调的压力仍然存在，并且将保持强劲，就像每个汽车系统一样。”
另外，由于目前还没有任何关于DMS的监管标准，所以有各种不同的实施方案，性能和质量水平各异。“我们认为，最终会有一个主导设计的低端版本，以满足最低的欧洲新车安全评鉴协会(Euro NCAP)要求。而伴随着技术的演进，各种高端方案则用于高端车辆和那些正在向更高自动驾驶等级发展的车辆。随着时间的发展，低端复制产品将逐渐退市，目前的高端方案将标准化并进入中低端汽车，而高端方案将在高端汽车中持续创新。”Dan Clement补充道。
对于DMS，华诗显表示目前影响成本最主要的因素是摄像头硬件，因为DMS的算力需求其实相比于ADAS要小得多。同时他表示，在客户合作的过程中得知现在DMS的价格对于车企而言是非常合理的。而后续DMS如何普及到中低配的车型中，可能是重点发展的方向。
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