驾驶员监控系统全解析:什么样的平台最合适?

文章来源:电子工程世界 点击数:18 发布时间:2019-04-12
DMS技术可以通过精确测量头部和眼睛位置来帮助检测分散注意力和潜在困倦的驾驶员,从而对驾驶员的注意力和疲劳进行分类TDA处理器采用最先进的DMS解决方案,在边缘进行低功率处理,提供人工智能(AI)和计算机视觉处理,使未来的车辆能够在路上更好地配备。
驾驶员监控系统全解析:什么样的平台最合适?

所有驾驶员都经历过某种方式的驾驶员监控,比如如下这些情景:配偶询问您是否需要在长途驾驶时休息,一位朋友询问您是否可以驾驶,或者一位同伴提醒您前方存在危险。尽管您的同伴可能会提醒您遇到障碍物或潜在的威胁,但是车辆中其他人对驾驶员监控并不可靠的。然而,正是在分散注意力时,才是导致事故的重要时间点。

根据NCAP 2025路线图报告,估计百分之九十的年度道路交通事故是由人为错误引起的。该报告表示:“一般来说,可以观察到驾驶员的两种错误:违法行为,其中最常见的是在酒精或毒品的影响下驾驶;第二类和人类的错误相关,包括驾驶员的状态,比如疏忽,疲劳,分心以及缺乏经验等。此外,在老龄化社会中,突然的身体状况也是导致道路交通事故的原因。”实际上驾驶员而非零部件是车辆相关事故中最常见的原因,因此更多研究机构也推出更多安全措施以消除常见的驾驶员错误。尽管半自动和自主驾驶功能可以帮助减少驾驶员错误,但是最近的新闻已经表明,不可预测的道路状况和道路障碍物仍然会导致车辆事故。

在自动驾驶操作模式可以解决这些未知数之前,驾驶员仍然需要掌握方向盘。基于视觉的驾驶员监控系统(DMS)为高级驾驶员辅助系统(ADAS),电子控制单元(ECU)和自动驾驶系统提供了大量反馈,以补偿并帮助纠正驾驶员常见错误。比如在驾驶员分心时,车辆可以对驾驶员或制动装置发出警示以避免碰撞。DMS解决方案包括一个或多个配备有朝向驾驶员的红外照明器的照相机;能够在缺乏清晰照明条件下捕获和处理高质量图像。TDA3X汽车处理器可以以每秒20到60帧的速率将摄像机图像传输到计算单元,并运行视觉算法来检测驾驶员和关键面部标记的存在,例如眼睛和嘴巴的光圈,眼睛注视和头部位置(见图1)。例如,瞌睡状态可以通过眼睛周围的点上下移动或头部的方向来检测;包括向上,向右倾斜等。

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图1:DMS中的驾驶员面部随着视觉算法不断收集和分析关键的面部标记,输出驾驶员状态的感知指标越准确,如警惕程度,疲劳,注意力分散,视觉聚焦区域等。这些指标用在ADAS ECU分析时,可有助于控制自动机动和制动决策,以尽量减少或减少碰撞。此外,根据驾驶员的注意力,可以停用或激活自动驾驶功能。

DMS系统的设计考量DMS在向车辆转向和控制系统提供精确和实时反馈方面发挥着关键作用,采用DMS反馈的效率和精度需要高性能的计算平台。通常,当设计用于受控环境的系统时,首先进行光源校准可以简化设计。此外,DMS平台的尺寸和形状因素不是主要限制因素,并且对功耗或散热没有严格的限制。

DMS中的主要设计考虑因素是系统中使用的算法的鲁棒性和准确性。您可能认为车辆的内部可以被称为合理定义的环境,但实际上,它远非如此。车辆的内部实际上是一个非常难以预测的环境。典型的约束包括但不限于,由于改变曝光,来自迎面而来的前灯光束的反射和环境温度的变化而引起的环境不可预测性。这些因素促使系统需要包括能够处理恶劣环境条件的足够算法。另一个增加系统复杂性的因素是适应车辆的装饰设计。汽车设计师不断尝试引入新的设计理念,同时最大限度地提高驾驶员舒适性。这些约束要求DMS摄像机的位置和位置经常改变。

在实践中,DMS设计人员需要考虑以下因素:即使在夜间,隧道或恶劣天气等低光照条件下,DMS也必须提供高质量的图像,以实现可靠的视觉处理。根据内部配置,摄像机位置可灵活安装在仪表板,转向柱,支柱或后视镜的任何位置。DMS解决方案可以作为独立设计运行,也可以集成到更强大的仪表盘或信息娱乐ECU中。

由于DMS解决方案可以与功能安全关键型ADAS和自动驾驶功能相关联,因此可能需要额外的系统评估和ASIL认证。满足这些系统挑战需要SoC提供:足够的性能来计算复杂的计算机视觉和人工智能算法灵活地连接新传感器并支持不同的系统拓扑结构,例如独立的单盒设计,集成的集群/信息娱乐系统+ DMS解决方案ECU,远距离传感器等低功耗以适应小型设计,这是放置在车辆任何位置的关键要求功能安全和汽车准备SoC解决方案,如图所示的TDA3x处理器,通过在小尺寸和低功耗设计中提供视觉和传感器处理的优化解决方案,为DMS系统带来了新的创新。Jacinto™6汽车处理器,如TDA3x系列,提供可扩展的SoC产品组合,使开发人员能够在保持通用软件基础的同时满足广泛的性能和系统需求。

使用TDA3x SoC,DMS解决方案可以帮助提供:增强的图像质量 - TDA3x处理器上的高级图像信号处理器(ISP)可实现先进的传感器感知,并增强对图像传感器的支持,如全局快门,RGB-IR和滚动快门传感器。这意味着DMS解决方案可以有效地适应不断变化的曝光和过滤系统噪音,从而获得出色的图像质量。热量减少 - TDA3异构架构利用集成的嵌入式视觉引擎(EVE)和C66x DSP,以更低的功耗(<2.5W)实现高效的软件执行,从而降低散热。更灵活的相机功能 - TDA3x器件占地面积小,使开发人员能够适应集成了成像器,红外LED,电源和存储器的PCB设计。或者,开发人员可以利用带有远程LVDS连接摄像头的中央计算单元来实现更小的摄像头模块,以便在车辆的更多空间受限位置进行定位。

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图:DMS的TDA3x和TDA2Px器件的系统框图。

开发套件还可以帮助设计人员快速开发DMS解决方案。 D3 Engineering DMS套件如图2所示,将TDA3x汽车处理器与摄像头模块和视觉算法相结合,帮助工程师评估技术并开发DMS应用。DMS工程公司提供的DMS套件包括一个DesignCore RVP-TDA3x Rugged Vision平台ECU,具有TDA3x系统级模块(SOM)板,相关固件和可在坚固外壳中定制的基板。两个D3CM摄像头模块(D3CM),可启用驾驶员监控和光圈跟踪。这些摄像机采用2MP传感器,红外照明,可在各种照明条件下(根据TI公布的规格)可靠运行,以及RGB LED,用于系统开发期间的用户反馈。

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图:用于DMS的D3工程套件。

FotoNation算法经过优化,可在ECU上运行,FotoNation应用程序库包括眼睛注视跟踪,人脸检测,头部位置跟踪和3D面部特征检测。除了自动驾驶和ADAS功能外,工程师还可以使用面部和虹膜识别功能,根据驾驶员身份开发车内安全和定制功能。D3 DMS套件支持2级和3级半自动驾驶汽车,确保驾驶员能够根据需要随时接管。该套件支持工业和半自动汽车系统中的司机认证,感知和困倦检测等其他用例。DMS套件适用于车载或现场测试。它支持D3 Engineering的产品开发服务,支持工程验证测试(EVT)单元和汽车样品的开发,它旨在为集成仪表板和售后市场DMS提供解决方案。嗜睡和司机分心已成为全球主要的安全问题。

DMS技术可以通过精确测量头部和眼睛位置来帮助检测分散注意力和潜在困倦的驾驶员,从而对驾驶员的注意力和疲劳进行分类TDA处理器采用最先进的DMS解决方案,在边缘进行低功率处理,提供人工智能(AI)和计算机视觉处理,使未来的车辆能够在路上更好地配备。