Melexis攜手寶馬深度剖析ToF技術(shù)賦能智能座艙

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，汽車發(fā)展至今已有100多年的歷史，汽車的電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化正在重新定義人與車的關(guān)系：司機不再只是辛勞的駕駛者，乘客不再只能無聊地打發(fā)時間。智能座艙是擁抱汽車發(fā)展新興技術(shù)趨勢，從消費者應(yīng)用場景角度出發(fā)而構(gòu)建的新型人機交互體系。目前，全球知名整車廠和傳感器供應(yīng)商正積極探索智能座艙的技術(shù)落地，其中以傳感器和人工智能為基礎(chǔ)的座艙監(jiān)控（In-cabin monitoring）是重要的核心功能之一，其通過實時監(jiān)控整個汽車座艙內(nèi)環(huán)境來提升駕駛員及乘客的安全性。

為了提升車輛和道路的安全性，歐盟新車安全評鑒協(xié)會（Euro NCAP）決定從2024年起將駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)（DMS）作為五星評級的必備安全功能指標。此外，DMS的擴展系統(tǒng)——乘客監(jiān)控系統(tǒng)（OMS）進一步提升了安全性、舒適性和便捷性，例如判斷是否有兒童或?qū)櫸镞z留車中、根據(jù)乘客喜好自動調(diào)整座椅位置。DMS和OMS需要諸多傳感器，例如圖像傳感器、超聲波傳感器、壓力傳感器、加速度計等，而新型ToF傳感器則為DMS和OMS提高人臉識別、手勢識別、姿態(tài)分析、座椅占用檢測等功能的準確性。

寶馬利用Melexis的3D ToF技術(shù)實現(xiàn)座艙監(jiān)控

比利時微電子半導(dǎo)體解決方案全球供應(yīng)商Melexis（邁來芯）在飛行時間（ToF）技術(shù)領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗。Melexis從2004年開始ToF傳感器的研發(fā)設(shè)計，于2015年率先向行業(yè)提供滿足車規(guī)要求的ToF傳感器芯片。2020年9月，Melexis發(fā)布了具有QVGA分辨率的最新第三代ToF傳感器芯片MLX75026，并通過AEC-Q100車規(guī)級認證。

Melexis通過AEC-Q100認證的QVGA分辨率ToF傳感器MLX75026

作為全球知名汽車廠商寶馬（BMW）的合作伙伴，Melexis為其座艙監(jiān)控提供ToF傳感器技術(shù)。那么，Melexis的ToF傳感器如何滿足汽車應(yīng)用的嚴苛要求？實際用例的表現(xiàn)如何？寶馬車內(nèi)監(jiān)控概念驗證進展如何？在2020 Autosens展會的在線研討會上，Melexis光學(xué)傳感器產(chǎn)品線的營銷經(jīng)理Gualtiero Bagnuoli講解了各種座艙監(jiān)控系統(tǒng)配置和ToF傳感器特點；寶馬Thomas Ewender博士則通過實際的車內(nèi)演示證明了ToF技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

寶馬利用Melexis的ToF技術(shù)進行座艙監(jiān)控的概念驗證

在線研討會：主持人（左上）、Melexis光學(xué)傳感器產(chǎn)品線的營銷經(jīng)理Gualtiero Bagnuoli（右上）和寶馬Thomas Ewender博士（下）

Gualtiero Bagnuoli首先介紹：“在DMS用例方面，采用Melexis的ToF技術(shù)之后，對駕駛員頭部位置、駕駛員眼睛不看路面、駕駛員閉眼等用例的探測準確率遠高于95%，在某些情況下甚至可接近100%?！弊摫O(jiān)控的目標是盡可能覆蓋更廣的車內(nèi)環(huán)境，以利于提供有關(guān)駕駛員和乘客位置及活動的準確信息。因此，ToF攝像頭必須具有寬廣的視場角（FOV）。如果希望覆蓋后排座椅，那么需將ToF攝像頭放置在后視鏡上方，最好是在車頂，以避免被前排座椅遮擋。但是，安裝在車頂位置的ToF攝像頭難以檢測到駕駛員的眼睛和面部，故無法滿足NCAP要求。

應(yīng)用于座艙監(jiān)控的不同ToF攝像頭配置方式

那么，Melexis的ToF技術(shù)應(yīng)用進一步擴展至OMS，對車內(nèi)所有乘客監(jiān)控的表現(xiàn)如何呢？Gualtiero Bagnuoli在研討會上展示了采用其合作伙伴gestigon（一家專注于座艙3D圖像處理軟件開發(fā)的德國初創(chuàng)企業(yè)，于2017年被法雷奧收購）的標準評估套件和軟件算法進行性能測試的結(jié)果：在水平視場角（FOV）分別為110°和156°時，座椅占用檢測和駕駛員活動監(jiān)測的準確率數(shù)據(jù)相當(dāng)：FOV為110°時，座椅占用檢測和駕駛員活動監(jiān)測的準確率分別為99%、97%；FOV為156°時，座椅占用檢測和駕駛員活動監(jiān)測準確率分別為98%、97%。

Thomas Ewender博士則重點分享了由寶馬、弗勞恩霍夫應(yīng)用光學(xué)和精密工程研究所（IOF）、gestigon和Melexis合作的聯(lián)合科學(xué)項目：開發(fā)具有超大視場角的超緊湊型3D ToF攝像頭系統(tǒng)（MiniTOFKA），旨在探究一顆攝像頭集成車內(nèi)所用3D傳感應(yīng)用的挑戰(zhàn)及解決方案。該項目始于2018年12月，投資總額為340萬歐元，其中幾乎一半資金由產(chǎn)業(yè)界合作伙伴提供，并獲得了由德國聯(lián)邦教育及研究部（German Federal institute of Education and Research）提供的資助。

一個ToF攝像頭滿足多個用例需求，面臨眾多挑戰(zhàn)：如何滿足車規(guī)級溫度穩(wěn)定性和日光魯棒性要求？設(shè)計上如何實現(xiàn)多功能的集成？車內(nèi)安裝位置的考量？……Thomas Ewender博士介紹了MinTOFKA的整體架構(gòu)情況，MinTOFKA由新型光學(xué)方案（多孔徑光學(xué)元件）與ToF傳感器組成，從而打造出尺寸非常緊湊的ToF攝像頭。

超緊湊型ToF攝像頭系統(tǒng)（MinTOFKA）的組成部分

Thomas Ewender博士介紹：“新型光學(xué)方案由兩個結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，將視場角分為2個通道（見下圖左側(cè)）；混合光學(xué)元件由一個玻璃光學(xué)元件和一個晶圓級光學(xué)元件（WLO）組合（見下圖右側(cè)）?！边@種全新組合有哪些優(yōu)勢？首先，薄型光學(xué)元件采用分割視場角式設(shè)計；其次，該項目經(jīng)過兩次迭代，光學(xué)通道由2個增加到6個，光學(xué)元件厚度實現(xiàn)了小于10 mm的目標，并獲得了高達170°的視場角；第三，由于復(fù)雜性降低并使用晶圓級光學(xué)元件，成本有所下降，同時可以獲得很高的溫度穩(wěn)定性。

MinTOFKA新型光學(xué)方案及混合光學(xué)元件示意圖

Thomas Ewender博士向大家展示了第一次迭代產(chǎn)品的實測結(jié)果：其中，手勢識別準確率為86%，駕駛員手握方向盤檢測準確率為92%，座椅占用檢測準確率高達99%，同時展示了溫度穩(wěn)定性的測試結(jié)果。然后，他還分享了剛剛完成光學(xué)設(shè)計的第二次迭代MinTOFKA系統(tǒng)預(yù)覽，其目標為水平視場角（FOV）為169°、垂直視場角為127°，并增加身體姿勢識別、手指指向識別、安全氣囊控制和兒童檢測等測試項目。

五年前，ToF還只是一項小眾技術(shù)。而如今，它不僅作為手勢控制功能的核心技術(shù)在寶馬的幾乎全系車型中獲得應(yīng)用，也被智能手機、無人機和AR/VR設(shè)備等消費類產(chǎn)品認可！關(guān)于ToF技術(shù)實現(xiàn)座艙監(jiān)控的具體細節(jié)，請學(xué)習(xí)由麥姆斯咨詢在國內(nèi)獨家發(fā)布的Melexis和寶馬聯(lián)合參與的在線研討會視頻！

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