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释放汽车三维飞行时间成像的潜能

Gaetan Koers?? Melexis公司?? 2016年02月19日 ?? 收藏0
汽车行业正在越来越重视保护乘员和行人免受伤害,并确保实现更高的安全水平。与此同时,客户希望在驾驶过程中获得直观的用户体验——在他们的汽车中能够与信息娱乐和连接功能实现交互。同时,在汽车设计中预计将会集成越来越高水平的自动化驾驶。然而,从目前的先进驾驶员辅助系统(ADAS)所具备的功能过渡到真正的自动操作所应有的功能,还有相当一段路要走。

这一演变过程中的一个重要部分将是,在特定情况下,从自动模式切换到手动模式能够实现多么的无缝。如果要做到充分有效,这个改变必须以一种简单的、对用户友好的方式进行。汽车的ADAS系统将需要不断访问有关驾驶员生物力学和认知状态的准确且极详细的信息。

世界卫生组织(WHO)最近公布的数据估计,每年大约有125万人死于道路交通事故。它还发现驾驶员分心是此类事故的主要原因之一——用手机呼叫或是发短信、检查内外后视镜、和乘客交谈、喝水进食、读仪表盘(车速表、燃油表等)、对付熊孩子以及操作信息娱乐系统或是导航系统等都是潜在的危险源。

由于驾驶员分心往往被证明是道路交通事故的原因(或至少具有影响作用),自动紧急制动和避撞机动等ADAS系统的价值便显而易见。然而,当驾驶员神志清醒并能够对危险情况做出生物力学反应时,ADAS系统过于突然的干预可能会被认为是不必要或者是更加危险的。相反,如果ADAS可以完全确定驾驶员状态,它就可以更智能地判断是否需要接替驾驶员,来对危险情况——例如即将发生的碰撞——做出反应。如果这种情况可以实现,那么驾驶员位置和运动的实时监控就至关重要。

通过使用三维成像数据,驾驶员的身体姿势、他们的头部位置和手掌定位都可以精确确定。例如,可以确定驾驶员的注意力是在道路上,他们的手是放在方向盘上。如果由于某种原因不是这种情况,那就可以使用相同的三维信息来估计驾驶员重新适应所需的生物力学反应时间,并与汽车计算出的事件界限(event horizon)进行比较。这时,如果驾驶员没有充分适应足够快的反应,ADAS就会意识到,如果有潜在危险情况出现,它可能就需要干预。

不幸的是,到现在为止,光学三维成像技术在汽车环境中还难以实现。其主要原因是,这类技术很难应付发生在普通驾驶情况下的环境光水平的大而突然的变化。另外,配套电子器件必须适合于恶劣的操作条件并支持ASIL B/C功能安全标准——很少有供应商在这一领域有所专长。另外,在汽车中还有一些集成相关的问题需要解决。通常,光传感器实现对于汽车来讲非常特殊;座舱尺寸或中控台/座位朝向若有任何差异,都将对传感器系统的有效性产生严重影响。

Melexis公司已经将光飞行时间(ToF)技术——该技术在游戏机之类的应用中被用来做三维成像已经有好几年——采纳并将其应用到了汽车行业。在这项技术中,红外光源发射出一束广角光束,该光束在撞击到障碍物后便会反射回ToF传感器。传感器接着检测到反射的红外信号,并将其与基准信号做比较。通过确定所发生的相移,便可以计算出到特定障碍物的距离,并绘制出详细的三维图像。Melexis公司符合AEC-Q100标准的高动态范围图像传感器MLX75023针对汽车应用进行了高度优化;专利像素解调技术使其可以提供必要的日光鲁棒性。此外,它支持的工作温度范围为-40℃至+105℃。飞行时间成像机构与其他三维成像技术相比,安装到车顶模块或仪表盘要容易得多。

图1

迄今为止,汽车飞行时间技术已经在人机界面(HMI)上得到关注——它为手势识别提供了能力(首次使用该技术的型号现在也已经进入了市场)。因此,不同的汽车功能可以通过手掌挥击和诸如此类的操作去实现,而无需驾驶员去专门查看控制台(接受或拒绝呼叫、升降音乐系统上的音量等)。虽然这实际上仅仅只是一个开始,它有潜力去超越目前的这些指标。通过增加灵敏度和视场角,飞行时间成像系统可以用来描绘整个驾驶员上身的三维轮廓。同时,它还允许对其他汽车乘客的确切位置及其大小(成人或儿童)进行数据收集,以便——举例来说——可以在必要时、采用恰当的力来部署气囊。Melexis公司正在引领汽车ToF传感前进的方向。通过专利技术的实现,及其对稳步推进新的战略伙伴关系的持续兴趣,该工程团队正在挑战技术极限,从而实现性能水平提高和成本效益上升。这将确保ToF在汽车应用环境中能够得到充分发挥。


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