【導讀】汽車製造商需要探索新的方法來讓自己脫穎而出。其中的一項重點就是汽車內部的新功能。現在，全新的車規級3D飛行時間（ToF）攝像頭幾乎和智能手機的ToF攝(she)像(xiang)頭(tou)一(yi)樣(yang)小(xiao)，這(zhe)使(shi)得(de)它(ta)們(men)可(ke)以(yi)集(ji)成(cheng)到(dao)汽(qi)車(che)內(nei)部(bu)，並(bing)以(yi)合(he)理(li)的(de)成(cheng)本(ben)實(shi)現(xian)豐(feng)富(fu)的(de)車(che)內(nei)應(ying)用(yong)，包(bao)括(kuo)無(wu)縫(feng)訪(fang)問(wen)私(si)人(ren)數(shu)據(ju)和(he)駕(jia)駛(shi)員(yuan)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)，以(yi)及(ji)智(zhi)能(neng)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)等(deng)。

過去，駕駛性能是決定一款車型銷量好壞的主要因素。強勁的發動機、動(dong)感(gan)操(cao)控(kong)和(he)低(di)油(you)耗(hao)是(shi)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)用(yong)來(lai)吸(xi)引(yin)客(ke)戶(hu)的(de)賣(mai)點(dian)。但(dan)時(shi)代(dai)在(zai)變(bian)化(hua)，消(xiao)費(fei)者(zhe)在(zai)選(xuan)購(gou)新(xin)車(che)時(shi)愈(yu)發(fa)關(guan)注(zhu)類(lei)似(si)於(yu)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)的(de)功(gong)能(neng)和(he)舒(shu)適(shi)性(xing)。此(ci)外(wai)
，監(jian)管(guan)機(ji)構(gou)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)的(de)安(an)全(quan)性(xing)要(yao)求(qiu)，正(zheng)在(zai)驅(qu)動(dong)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)愈(yu)發(fa)關(guan)注(zhu)車(che)內(nei)設(she)計(ji)。

3D數據的使用
，是實現未來車內設計
，並讓汽車製造商脫穎而出的一大特點。而較為簡單和經濟的3D數據采集方法要數使用飛行時間（ToF）攝像頭。這種攝像頭通過調製紅外光，照射感興趣區域，然後檢測反射光，並將其與發射信號進行比較。這就會產生一個2D灰度圖像，同時，從相位差中獲得每個像素的距離信息，從而獲得場景的三維信息（見圖1）。

圖1：iToF技術原理 

2D灰度圖與3D深度信息均由紅外光獲得

這種方法通常被稱為間接飛行時間（iToF）。與傳統攝像頭不同，iToF在所有環境光條件下（例如：夜間、強烈的陽光下和光影頻繁交替的馬路上）
，都可以提供高度可靠的3D數據

，而不會受到陰影和過曝的影響。相比其他深度傳感技術
，iToF還具有其他優勢：ToF攝像頭模塊設計簡單堅固，無需任何機械基線
；攝像頭校準速度快，易於可靠地大規模生產；應用處理器的計算負載相對較小。

監控駕駛員

將ToF傳感器置於A柱

、方向盤或組合儀表中
，便可用於駕駛員監控係統（DMS）。

這zhe些xie係xi統tong會hui觀guan察cha駕jia駛shi員yuan的de情qing況kuang，並bing在zai駕jia駛shi員yuan注zhu意yi力li分fen散san或huo出chu現xian疲pi勞lao跡ji象xiang時shi發fa出chu警jing告gao。現xian在zai，這zhe些xie係xi統tong越yue來lai越yue多duo地di被bei安an裝zhuang在zai車che中zhong，以yi滿man足zu最zui新xin的de新xin車che評ping估gu計ji劃hua（NCAP）的要求。到2029年，預計50%的車輛將配備 DMS，基於攝像頭的DMS市場規模將達到25億美元（見圖2）。

如今
，標準要求（駕駛員注意力、注視區域分割、注意力分散或疲勞）通常由2D攝像頭係統監控。但隻要納入第三個維度，就會湧現全新的創新應用
，“車輪上的智能手機”和“駕駛員成為乘員”等願景將成為現實（見圖3）。

圖2：未來幾年
，基於攝像頭的駕駛員監控係統將逐漸邁入市場

圖3：未來，車內設計將成為汽車製造商之間的一項重要差異化因素

基於ToF的DMS是較為經濟高效的選擇。在該係統中
，用於DMS功能的同一個ToF攝像頭可以用於實現安全、防欺詐的麵部驗證，就像許多智能手機和智能門鎖那樣。該算法使用2D紅外圖像進行麵部識別，並使用3D數據來避免任何類型的欺騙攻擊。如果沒有3D數據，一張簡單的照片就足以騙過麵部識別算法；而3D數據可以立即阻止這種企圖（參見：《3D攝像頭如何防止麵部識別欺詐》）。

但是，為什麼需要在汽車上進行3D麵部認證呢
？隨著消費者對智能手機、智能手表、智能電視和其他智能設備所提供的便利性愈發習以為常
，他們期望汽車也能帶來越來越多的便利。這意味著無論您身在何處（哪怕在智能汽車中），都可以無縫地訪問私人數據和雲服務，例如：流媒體音樂。

而這些新服務也需要身份驗證
，例如：zaigonggongchongdianzhangeidiandongqichechongdianshishixianqingsongzhifu。dangxuyaoduimougecaozuojinxingshenfenyanzhengshi，tebieshinaxieminganjiaoyi
，jiubixujubeianquanxing，erzhekeyitongguo3D數shu據ju來lai實shi現xian。但dan也ye有you一yi些xie不bu太tai敏min感gan的de麵mian部bu識shi別bie應ying用yong。以yi個ge性xing化hua為wei例li
，它ta能neng使shi汽qi車che檢jian測ce到dao剛gang剛gang是shi哪na位wei駕jia駛shi員yuan進jin入ru了le車che輛liang，從cong而er加jia載zai適shi當dang的de設she置zhi。

安全與便利應用

汽車一旦上路
，3D數據還可以用來更加精確地確定駕駛員眼睛和頭部的位置。這意味著
，抬頭顯示器的投影也將更加適應駕駛員的情況。

但DMS並非ToF攝像頭的唯一用途。後視鏡附近的寬視野ToF攝像頭可實現完整的乘員監控係統（OMS）
，為(wei)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)所(suo)有(you)必(bi)要(yao)任(ren)務(wu)提(ti)供(gong)支(zhi)持(chi)，為(wei)手(shou)握(wo)方(fang)向(xiang)盤(pan)檢(jian)測(ce)和(he)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)接(jie)管(guan)行(xing)為(wei)鋪(pu)平(ping)了(le)道(dao)路(lu)。車(che)輛(liang)接(jie)管(guan)駕(jia)駛(shi)時(shi)，駕(jia)駛(shi)員(yuan)可(ke)以(yi)大(da)幅(fu)改(gai)變(bian)姿(zi)勢(shi)
，甚(shen)至(zhi)躺(tang)臥(wo)。為(wei)確(que)保(bao)駕(jia)駛(shi)員(yuan)的(de)安(an)全(quan)，車(che)輛(liang)安(an)全(quan)係(xi)統(tong)必(bi)須(xu)適(shi)應(ying)駕(jia)駛(shi)員(yuan)的(de)新(xin)姿(zi)勢(shi)。例(li)如(ru)，智(zhi)能(neng)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)或(huo)安(an)全(quan)帶(dai)需(xu)要(yao)了(le)解(jie)乘(cheng)員(yuan)的(de)精(jing)確(que)位(wei)置(zhi)。ToF攝像頭通過準確的3D身體模型和實時身體跟蹤提供此類信息。於是
，哪怕駕駛員在L3和L4自動駕駛中享受了更多的“自由”，其被動安全依然有保障。

3D傳chuan感gan技ji術shu的de應ying用yong遠yuan不bu止zhi跟gen蹤zong運yun動dong，它ta還hai可ke以yi輕qing鬆song實shi現xian乘cheng員yuan檢jian測ce和he分fen類lei。這zhe提ti供gong了le準zhun確que的de尺chi寸cun和he重zhong量liang估gu計ji，可ke以yi取qu代dai現xian有you的de座zuo椅yi重zhong量liang測ce量liang係xi統tong。同tong樣yang
，ToF還支持兒童存在檢測（CPD）係統，該係統正逐步成為一項強製性要求。

ToF還提供全新的便利性應用。OMS的ToF傳感器可以跟蹤乘員的脊柱位置，從而提供健康座椅位置建議
、激活按摩座椅或提供健身提示等選項
，以便在長時間的乘坐中，稍事休息，放鬆背部。

ToF攝(she)像(xiang)頭(tou)也(ye)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)手(shou)勢(shi)控(kong)製(zhi)，讓(rang)乘(cheng)員(yuan)可(ke)以(yi)從(cong)不(bu)同(tong)的(de)座(zuo)椅(yi)位(wei)置(zhi)與(yu)大(da)屏(ping)幕(mu)交(jiao)互(hu)。同(tong)時(shi)，車(che)輛(liang)可(ke)以(yi)區(qu)分(fen)駕(jia)駛(shi)員(yuan)和(he)乘(cheng)員(yuan)的(de)輸(shu)入(ru)。但(dan)同(tong)樣(yang)，其(qi)追(zhui)蹤(zong)並(bing)不(bu)限(xian)於(yu)手(shou)部(bu)動(dong)作(zuo)，還(hai)可(ke)以(yi)擴(kuo)展(zhan)到(dao)整(zheng)個(ge)身(shen)體(ti)和(he)動(dong)作(zuo)。這(zhe)使(shi)得(de)智(zhi)能(neng)且(qie)直(zhi)觀(guan)的(de)車(che)內(nei)照(zhao)明(ming)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)，例(li)如(ru)：隻照亮當前的感興趣區域。這顯示了ToF技術的巨大優勢。雖然某些應用也可以通過其他（甚至可能更便宜的）傳感器來實現，但僅僅一個ToF傳感器就可以同時提供多種不同的功能。如上所述，ToF可以實現全新的應用
，優化車內現有的係統
，甚至免去其他傳感器，以降低總成本。

首批采用ToF傳感器的車輛已經上路

寶馬是利用ToF傳感器進行手勢控製的先驅；梅賽德斯也正在利用這項技術，提供便利性功能。在中國
，許多新的電動汽車初創公司正在依賴ToF傳感器進行DMS和麵部識別。這項技術已經在AITO車型中得到了應用

，預計其他各大汽車製造商將於明年推出更多采用該技術的車型。因此，這項技術已經打入了汽車內部。

3D攝像頭如何防止麵部識別欺詐

麵部識別算法在這一點上相當成熟。特別是在智能手機中
，該技術現得到廣泛的應用。但研究（例如：德國雜誌Computer Bild Q1/20的研究）表明，許多智能手機很容易被騙：25部智能手機中有20部可以被一張簡單的打印照片解鎖。隻有配備3D深度傳感器的智能手機才能區分真實的麵部和照片。這使得ToF成為了為汽車駕駛員監控係統添加安全麵部認證的理想技術。

英飛淩與Jungo Connectivity合作
，展示了與強大的反欺詐麵部認證功能相結合的駕駛員監控係統：該係統基於Jungo的人工智能車內感應解決方案CoDriver和英飛淩的REAL3™ ToF圖像傳感器。

圖4：3D ToF也適用於近距離車外感應

ToF也為車輛外部帶來了全新的可能性（見圖4）。如上文所述，麵部認證可以用來解鎖車輛。為此，我們在B柱中安裝了ToF模塊。

能夠自動開合的電動車門，需要通過傳感器來確保沒有障礙物擋道。對此，ToF傳感器可以提供所需的高精度數據。對於自動泊車，ToF傳感器可提供關於路緣石、柱子等物體的位置和大小的準確數據。

當然
，ToF攝像頭模塊是一個複雜的係統：它ta必bi須xu針zhen對dui各ge自zi的de車che輛liang和he應ying用yong進jin行xing定ding製zhi
，並bing且qie每mei個ge模mo塊kuai都dou必bi須xu進jin行xing校xiao準zhun。所suo使shi用yong的de激ji光guang必bi須xu得de到dao電dian氣qi保bao護hu和he機ji械xie保bao護hu，以yi便bian時shi刻ke確que保bao乘cheng員yuan的de眼yan部bu安an全quan。數shu據ju處chu理li同tong樣yang不bu可ke小xiao覷qu。在zai汽qi車che應ying用yong中zhong，ToF模塊與所有其他部件一樣，必須滿足特定的標準。例如：智能安全氣囊應用就需要符合包括ISO 26262在內的功能安全要求。

世界首款通過ISO 26262認證的ToF傳感器

英飛淩是首家提供符合ISO 26262 ASIL-B功能性安全要求的高分辨率車規級ToF圖像傳感器的公司。ISO 26262 ASIL-B標準定義了功能安全領域的最新技術水平。車內任何可能影響乘員安全的器件都必須符合該標準。

在通過該標準的器件中，英飛淩REAL3™ IRS2877A(S) ToF圖像傳感器就是其中的一個。它基於第五代像素技術，已經過了智能手機的實踐檢驗（IRS2877C）。有了這款新傳感器
，鏡頭尺寸再度大幅縮小，像素圈僅為4mm（0.25英寸），這使得鏡頭和智能手機的攝像頭一樣小。同時
，它還具有高達640 × 480像素（VGA）的係統分辨率。

這是一款高度集成的解決方案，每個像素都具有背光抑製功能（所以
，圖像傳感器完全不受陽光的幹擾）

、集成了保護人眼的安全電路，並采用經過優化的電源設計，有助於實現高效的（尺寸和成本）ToF攝像頭模塊設計。整個器件采用標準的光學球狀引腳柵格陣列（BGA）封裝，適用於標準的焊接工藝。

總結

3D深度數據讓一切變得與眾不同：ToF解決方案表明，合規與創新並不矛盾。僅一個傳感器就可以滿足歐盟的相關法規標準和NCAP DMS的功能要求（包括頭部跟蹤、閉眼檢測和凝視區域分割），同時通過安全的3D麵部認證增加了新的功能和服務。這開辟了一個無縫連接的時代。此外，基於ToF的乘員監控係統將“駕駛員成為乘員”的願景化為可能，例如
，在車輛自動駕駛時，駕駛員可以改變姿勢
，甚至躺臥。

英飛淩擁有一個強大的合作夥伴生態係統，包括：模塊製造商、一級客戶和應用軟件專家。該公司在消費類
、工業和物聯網應用中，也有著不錯的ToF傳感器成績。英飛淩與開發合作夥伴pmdtechnologies一起
，提供了一個完整的解決方案，包括複雜的深度算法、深度數據偽影檢測和校正、深度軟件支持，以及先進、快速並經過大量驗證的校準和測試設置。

英飛淩是首家提供符合ISO 26262 ASIL-B功能安全要求的高分辨率車規級ToF圖像傳感器的公司。

英飛淩的ToF圖像傳感器是全球第一款通過ISO 26262 ASIL-B標準認證的3D ToF圖像傳感器，可應對當前和未來的功能安全應用。

英飛淩還是車內傳感器領域的一站式服務提供商，除了ToF傳感器外，還提供毫米波雷達和矽麥克風等其他傳感器。

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