能識(shí)別駕駛員狀態(tài)行為的監(jiān)控系統(tǒng)還不夠可靠

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

人們意識(shí)到，DMS的出現(xiàn)確實(shí)能夠改善汽車(chē)安全性，也由此推動(dòng)了新的法規(guī)條款與新的汽車(chē)安全評(píng)級(jí)方式。歐洲議會(huì)已經(jīng)更新了其《通用安全法規(guī)（GSR）》以推動(dòng)DMS類(lèi)型認(rèn)證，歐洲CNAP（新車(chē)評(píng)估計(jì)劃）也在著手制定DMS測(cè)試協(xié)議。順帶一提，NCAP五星碰撞評(píng)級(jí)計(jì)劃的測(cè)試工作已經(jīng)推遲了兩年，預(yù)計(jì)相關(guān)工作將在2024年正式啟動(dòng)。

但這并不是全部。

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

誠(chéng)然，汽車(chē)制造商希望自己的高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）能夠給用戶(hù)帶來(lái)更強(qiáng)大的安全保障，但對(duì)此類(lèi)系統(tǒng)的過(guò)度依賴(lài)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(tái)。

這就帶來(lái)了新的問(wèn)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(fǎng)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(dòng)安全系統(tǒng)融合起來(lái)?！弊鳛楣钒踩ｋU(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）中的研究員，他在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)L1與L2級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)反而會(huì)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(dòng)化與人工操縱優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，最大化提升安全水平?！睘榱吮ＷC人車(chē)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(duì)接起來(lái)?！盉arnden還指出，DMS在駕駛者身上檢測(cè)到的結(jié)果，應(yīng)該被轉(zhuǎn)化為ADAS中的制動(dòng)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(jí)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(lái)了新的機(jī)會(huì)。”他還列舉了ADAS與DMS相對(duì)接有望帶來(lái)的“兩大核心價(jià)值，即：1）理解現(xiàn)實(shí)世界中的安全風(fēng)險(xiǎn)，確保正確檢測(cè)出人類(lèi)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(pán)上，但他或她能及時(shí)操作方向盤(pán)嗎？

Lenné指出，目前一大核心挑戰(zhàn)在于“判斷如何針對(duì)不同的駕駛場(chǎng)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(hào)？”

除此之外，汽車(chē)制造商還“有必要將人機(jī)界面（HMI）/車(chē)輛響應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度匹配起來(lái)。換言之，應(yīng)該根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度決定HMI與車(chē)輛響應(yīng)方式?！?/p>

DMS的“基礎(chǔ)版本”

好高騖遠(yuǎn)顯然不可齲例如，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(jí)別安全性”網(wǎng)絡(luò)會(huì)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(wèn)題?！盨chram強(qiáng)調(diào)稱(chēng)，歐洲NCAP首先應(yīng)“在每輛車(chē)上使用DMS的基礎(chǔ)版本，而后根據(jù)技術(shù)路線(xiàn)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?！?/p>

那么這會(huì)是什么樣的基礎(chǔ)版本？會(huì)是基于攝像頭的，還是基于視覺(jué)識(shí)別的？

根據(jù)目前歐洲NCAP正在起草的DNS測(cè)試協(xié)議，可以看到其重點(diǎn)完全放在基于視覺(jué)識(shí)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(pán)扭矩傳感器有時(shí)候也會(huì)被歸類(lèi)為DMS……但很明顯，這類(lèi)方案已經(jīng)過(guò)時(shí)了。”

在采訪(fǎng)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(shuō)「心態(tài)」。OEM廠(chǎng)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(lèi)功能方面仍然具有最好的投資回報(bào)。成本很重要，選擇視覺(jué)檢測(cè)的合理性也正在于此。”

最近剛剛更名為Cipia的Eyesight Technologies公司也堅(jiān)持認(rèn)為，視覺(jué)識(shí)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(fǎng)中表示，視覺(jué)分析“能夠檢測(cè)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)?！?/p>

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(jué)分析之外，沒(méi)有其他方法能夠準(zhǔn)確跟蹤駕駛員的視線(xiàn)?！?/p>

Krzypow并沒(méi)有貶低其他傳感器，例如用于監(jiān)測(cè)呼吸的雷達(dá);但他強(qiáng)調(diào)稱(chēng)“目前市場(chǎng)的發(fā)展在很大程度上由法規(guī)要求所驅(qū)動(dòng)，而視覺(jué)分析確實(shí)能夠更好地解決這方面要求?！?/p>

下一代DMS傳感器會(huì)是什么樣子？

雖然大部分OEM廠(chǎng)商都把基于視覺(jué)識(shí)別的DMS作為優(yōu)先方向，但DMS開(kāi)發(fā)商也不會(huì)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?！?020年的CES上，我們展示了一種基于雷達(dá)的呼吸探測(cè)器?！迸c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(chē)內(nèi)感知方案，包括使用一到兩臺(tái)連接攝像機(jī)跟蹤整個(gè)乘員艙，測(cè)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(lái)。”在他看來(lái)，汽車(chē)內(nèi)部未來(lái)將“采用多模傳感器套件實(shí)時(shí)監(jiān)控?！盨mart Eye公司也計(jì)劃“繼續(xù)開(kāi)發(fā)我們的軟件，使其能夠?qū)佣喾N傳感器形式。”

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

行駛時(shí)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(kāi)展合作，Jugo公司CEO Herbst解釋稱(chēng)，ToF傳感器能夠提高人臉識(shí)別、手勢(shì)與姿態(tài)/姿勢(shì)等識(shí)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(cè)手是否離開(kāi)了方向盤(pán)?！彼硎綯oF傳感器將在“來(lái)年”首次登陸DMS方案。

但也有一派觀(guān)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(dòng)、心律活動(dòng)以及呼吸等因素?！蹦壳埃拇罄麃喤c英國(guó)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都在開(kāi)發(fā)相應(yīng)的生理傳感器，“但我們發(fā)現(xiàn)這些傳感器會(huì)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(lái)越貼近現(xiàn)實(shí)，Seeing Machines重申了其基本思路：“眼睛不會(huì)說(shuō)謊，眼睛能夠體現(xiàn)一切。”Lenné強(qiáng)調(diào)廣泛的研發(fā)活動(dòng)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?！?/p>

歐洲NCAP應(yīng)該測(cè)試哪些方案？又該如何測(cè)試？

Smart Eye公司的Krantz指出，DMS測(cè)試的首要任務(wù)是“將系統(tǒng)安裝在汽車(chē)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(wú)法適應(yīng)真實(shí)汽車(chē)行駛所處的惡劣環(huán)境?！?/p>

Semicast公司的Barden則強(qiáng)調(diào)，“陽(yáng)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(yáng)鏡的駕駛員也會(huì)令DMS無(wú)所適從。

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

“最重要的就是同時(shí)跟蹤基礎(chǔ)信號(hào)的準(zhǔn)確性與可用性，例如頭部姿勢(shì)、眼瞼是否張開(kāi)、注視的方向等等。如果這些信號(hào)的完整性不高，則無(wú)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(bào)概率控制在極低的水平。”

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

目前歐洲NCAP測(cè)試協(xié)議仍在進(jìn)行當(dāng)中，Krantz強(qiáng)調(diào)“我們相信這項(xiàng)協(xié)議能夠反映出對(duì)先進(jìn)技術(shù)的需求，確保未來(lái)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(shí)別頭部姿勢(shì)以分析注意力分布情況，例如瞥向手機(jī)、調(diào)整車(chē)載娛樂(lè)信息等；

識(shí)別出打瞌睡及其他疲勞情況；

通過(guò)多種信號(hào)（眼睛、哈欠、腦電圖、不動(dòng)方向盤(pán)）識(shí)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(yáng)光直射）；

各類(lèi)常見(jiàn)佩戴物（眼鏡、太陽(yáng)鏡、帽子、口罩）。

最后，OEM廠(chǎng)商希望NCAP的要求不要太過(guò)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(chē)載計(jì)算平臺(tái)之上（例如車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)）。”汽車(chē)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(xiàn)廠(chǎng)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(huì)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(duì)于碰撞安全假人，會(huì)出現(xiàn)“瞌睡測(cè)試假人”嗎？

這是個(gè)奇怪的問(wèn)題，但又特別真實(shí)。換言之，歐洲NCAP是怎么測(cè)試車(chē)載DMS效果的？使用“瞌睡測(cè)試假人”嗎？

Seeing Machines的Lenné表示，“我們的觀(guān)點(diǎn)是，人/駕駛員需要在模擬器或測(cè)試賽道中主動(dòng)對(duì)接被測(cè)系統(tǒng)。目前還不清楚這個(gè)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(shí)。”

關(guān)于打瞌睡，Smart Eye公司的Krantz認(rèn)為“除了在意識(shí)出打瞌睡時(shí)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(huì)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(shí)間間隔不斷評(píng)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(cè)試對(duì)象徹底入睡。”

實(shí)際上，真正的測(cè)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(duì)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(huì)，當(dāng)前DMS技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)在于，一旦誤報(bào)頻率過(guò)高，駕駛員會(huì)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(guò)多的誤報(bào)實(shí)在令人討厭。在Jungo，我們會(huì)優(yōu)先除非種種干擾性事件，例如不看路、接電話(huà)、吸煙等。目前，我們還不會(huì)主動(dòng)評(píng)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(bào)了，還沒(méi)有實(shí)用意義。”

Smart Eye公司CEO Krantz指出，“要盡可能降低錯(cuò)誤率，關(guān)鍵是在基礎(chǔ)信號(hào)中保持極高的精度。這就要求構(gòu)建起一套設(shè)計(jì)精良且經(jīng)過(guò)全面測(cè)試的應(yīng)用程序，由其將基礎(chǔ)信號(hào)轉(zhuǎn)換為有價(jià)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(duì)此表示贊同。“以人為本的設(shè)計(jì)非常重要，我們必須了解行為與相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，將其解釋為特征，這樣才能真正支撐起「實(shí)際意義」。誤報(bào)的數(shù)量還取決于其他因素，包括信號(hào)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(chē)公司為例，強(qiáng)調(diào)過(guò)度活躍的駕駛員警報(bào)系統(tǒng)有可能帶來(lái)糟糕的體驗(yàn)。

“通用汽車(chē)目前已經(jīng)與Super Cruise合作開(kāi)發(fā)出一套多段式警報(bào)方法，能夠通過(guò)增強(qiáng)（無(wú)聲提示）及逐步升級(jí)警報(bào)的組合形式解決問(wèn)題?！?/p>

從理論上講，準(zhǔn)確識(shí)別駕駛員狀態(tài)并對(duì)接DMS警報(bào)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(wèn)題。我們整個(gè)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(wú)法解決前文中提出的種種現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(chēng)“在某些情況下，F(xiàn)AW可能無(wú)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(pán)所遮擋時(shí)。”

請(qǐng)注意，F(xiàn)AW系統(tǒng)無(wú)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(chē)輛與前方車(chē)輛間的速度差異與距離。

所以……事實(shí)就是這樣，DMS還不夠可靠，而汽車(chē)制造商仍然在成本的權(quán)衡之下推出可用性糟糕的方案，并將其作為重要賣(mài)點(diǎn)。
責(zé)任編輯：YYX