生物識別技術在汽車上的應用

寧波市鄞州職業高級中學 顧雯斌

科技的進步迅速帶動了各行各業的發展，對于汽車市場來說，可謂是“質的飛躍”。汽車本身向著智能化、電子化的方向不斷進步，它們在日常生活中就好像一位貼心的管家，不僅能替你遮風擋雨，也在潛移默化地改變著人們對于汽車的認知。在當下這個黑科技爆炸的時代，諸多先進科技的誕生足以改變人們未來的生活，其中生物識別技術便是其中之一。

1 生物識別技術

所謂生物識別技術就是，通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性（如手形、指紋、臉形、虹膜、視網膜、脈搏、耳廓等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態、按鍵力度等）來進行個人身份的鑒定。基于上述特征，人們已經發展了手形識別、指紋識別、面部識別、發音識別、虹膜識別、簽名識別等多種生物識別技術，人們常見的手機指紋解鎖及面部識別解鎖就是基于生物識別技術打造的。根據IBG（International Biometric Group，國際生物識別小組）的統計結果，市場已有多種針對不同生理特征和行為特征的應用，其中，占有率最高的就是指紋識別了。2018年12月17日，中國駐英國大使劉曉明向諾貝爾經濟學獎得主、倫敦政治經濟學院教授克里斯托弗·皮薩里德斯頒發中國駐英國使領館首張生物識別簽證。生物識別技術比傳統的身份鑒定方法（如身份標識物品和身份標識知識等）更具安全、保密和方便性。生物識別技術具不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時隨地可用等優點。

2 生物識別技術在汽車上的應用

傳統的汽車領域目前正沿著智能汽車、無人駕駛、車聯網等新興技術方向邁進。生物識別技術將更廣泛地參與汽車領域的應用和創新，傳統汽車廠商、汽車電子企業、半導體廠家、金融支付廠家在汽車領域的安全、支付、輔助駕駛等方面，都開始利用生物識別技術展開了一些列新的動作。在汽車行業，生物識別技術可以讓系統對駕駛人的身份進行識別，大大省去繁瑣的操作步驟；使用人臉識別技術判斷臉部表情變化、識別情緒；利用眼球追蹤技術，研究駕駛人是否分心，判斷個人興趣取向、心理狀況，甚至進行游戲交互等；利用監測心率和腦電波等信息，監測駕駛人的健康狀況、注意力集中程度、疲勞程度、情緒等，最大程度保證行車安全。這些相關應用突破了傳統范疇的生物識別技術的定義的“識別”和“鑒權”的主要應用范圍，可以說是一種更廣義范疇的生物識別技術應用。

在了解了生物識別技術的相關概念和應用后，那么生物識別技術會給汽車領域帶來哪些創新？汽車中又會涉及到哪些生物識別技術？筆者結合幾個國際公司在汽車生物識別應用方面的一些進展和實例進行說明。

2.1 德國大陸集團基于指紋識別技術的起動系統

德國大陸集團使用生物識別技術加強汽車安全等級，給汽車注入生物識別元素，只用1把車鑰匙無法起動汽車的發動機，還需要再進行駕駛人的指紋認證，這樣的雙重認證大大提升了汽車的防盜性能。

2.2 德國大陸集團基于人臉識別技術的無鑰門禁系統

如圖1所示，車內安裝有1個攝像頭，用于進行人臉識別，然后將其連接到信息系統，判斷出具體的駕駛人，從而對汽車進行個性化配置，例如座椅和后視鏡的位置、音樂、溫度和導航等。

2.3 捷豹路虎公司基于眼球追蹤技術的汽車風窗玻璃清潔系統

眼球追蹤技術是一項科學應用技術，當人的眼睛看向不同方向時，眼部會有細微的變化，這些變化會產生可以提取的特征，計算機可以通過圖像捕捉或掃描提取這些特征，從而實時追蹤眼睛的變化，預測用戶的狀態和需求，并進行響應，達到用眼睛控制設備的目的。眼球追蹤技術，一是根據眼球和眼球周邊的特征變化進行跟蹤；二是根據虹膜角度變化進行跟蹤；三是主動投射紅外線等光束到虹膜來提取特征。眼球追蹤技術是當代心理學研究的重要技術，廣泛運用于實驗心理學、應用心理學、工程心理學、認知神經科學等領域。

捷豹路虎公司的汽車風窗玻璃清潔系統便采用了眼球追蹤技術，使用追蹤傳感器監測駕駛人的眼部動作。追蹤傳感器由攝像頭、紅外傳感器或光學傳感器組成，可安裝于汽車頂篷、儀表盤或轉向盤，一旦追蹤傳感器識別到駕駛人的眼部動作，系統便起動刮水器對風窗玻璃進行清潔，讓駕駛人獲得更好的視野。捷豹路虎公司稱，即使在有陽光或駕駛人戴著眼鏡、墨鏡的情況下，追蹤傳感器仍然能夠輕松地捕捉到駕駛人的眼部動作。采用眼球追蹤技術的汽車風窗玻璃清潔系統有助于駕駛人將目光注意力保持在前方的路面上，提高安全性。另外，該系統還具有智能特性，如果剛剛駕駛人已經手動使用過刮水器清潔過玻璃，那么當駕駛人再一次因為其他原因出現相同的眼神時，系統會自動判斷當前無需再一次觸發命令，保證駕駛人視線已經足夠清晰，而不用重復進行清理。

2.4 捷豹路虎公司基于面部識別和步態識別技術的汽車門禁控制系統

捷豹路虎公司基于面部識別和步態識別技術的汽車門禁控制系統，利用車上的攝像頭連接生物識別軟件系統，在駕駛人靠近汽車時，通過面部識別和步態識別，對其身份進行辨認，駕駛人甚至可以通過特殊的手勢解鎖特定的車門。

2.5 捷豹路虎公司其他基于生物識別技術的系統簡介

捷豹路虎公司使用轉向盤中的傳感器，可以對駕駛人的腦電波進行檢測，發現駕駛人分心后，會嘗試通過振動轉向盤來提醒其集中精力；另外，捷豹路虎公司還有一款預測性的攝像頭系統，對于用戶手勢進行識別，取代之前手指接觸顯示屏的操作；還有健康檢測系統，監測駕駛人的壓力和心率，調整情緒照明系統，幫助減少壓力。具體相關技術可參閱圖2。

2.6 沃爾沃公司基于面部識別的防疲勞駕駛技術

沃爾沃公司基于面部識別的防疲勞駕駛技術，在A柱內側安裝有攝像頭（圖3），用于時刻拍攝駕駛人的臉，在儀表盤下方安裝有2個紅外線探頭（圖4），用于探測駕駛人的眼部動作，如果駕駛人長時間閉眼（持續閉眼3 s以上），則車內就會發出“嘀嘀”的警告聲。注意圖5中右側的曲線，沃爾沃公司稱是表示駕駛人的注意力，如果注意力集中，兩眼一直目視前方，則紅藍曲線會重合，如果有一只眼睛沒有看前方，則紅藍曲線便分離，并根據時間來發出提醒。

圖2 捷豹路虎公司在汽車上應用的生物識別技術

圖3 安裝與A柱內側的攝像頭

圖4 安裝于儀表盤下方的紅外線探頭

圖5 對駕駛人注意力的監測

2.7 美國通用汽車公司基于面部識別技術的半自動駕駛超級巡行系統

美國通用汽車公司（GM）的半自動駕駛超級巡行（Super Cruise）系統采用了面部識別技術，允許駕駛人在高速公路上讓汽車自動駕駛，但如果道路上有太多拐彎，系統能夠根據駕駛人的面部狀態，幫助判斷駕駛人的注意力是集中還是昏昏欲睡或分心，一旦檢測到駕駛人沒有集中精力，便會發出一系列警報（振動座椅、播放事先錄制好的音頻信息、啟動紅的指示等），以通知駕駛人對車輛采取控制措施。如果駕駛人未對自動駕駛汽車發出的警報做出響應，通用的OnStar人工系統將會與駕駛人溝通，車輛還會自動減速并停車，然后打開危險警告燈。通用汽車公司采用超級巡行（Super Cruise）的車輛將允許駕駛人長時間將雙手離開轉向盤（圖6）。

圖6 駕駛人長時間雙手離開轉向盤

2.8 美國Olea傳感器網絡公司基于心率監控的汽車安全帶

美國Olea傳感器網絡公司立足于開發智能傳感器，并提供基于傳感器的安全系統分析軟件。該公司開發了一款自帶Olea Sense分析軟件的汽車安全帶，該汽車安全帶能夠無需接觸皮膚或布線就可以檢測穿戴者的心率，獲取相關數據后通過藍牙上傳至云端，在發現異常時，觸發自動緊急服務報警。除了應用于汽車安全之外，Olea 的 Heart Signature 技術，讓系統可以基于駕駛人獨特的心臟數據，進行個性化智能汽車設置。

2.9 哈曼國際基于瞳孔狀態的疲勞駕駛系統

哈曼（已被三星收購）是全球領先的音響產品制造商，該公司曾研發了一款系統，能通過分析駕駛人的瞳孔狀態，來判斷駕駛人的疲勞和分心的程度，然后和汽車內置的安全功能相結合，對駕駛人的狀態作出反應，例如系統會將駕駛人使用的手機等設備設置為免打攪模式，保證駕駛人不會進一步分心。

2.10 美國Synaptics公司的指紋傳感器

美國Synaptics公司主要提供移動計算、通信和娛樂設備人機界面交互開發解決方案設計制造公司，其在收購指紋識別傳感器制造商Validity Sensors 后，正式進入指紋識別市場。Synaptics面向汽車的最新產品系列包括Natural ID?指紋傳感器，它可以讓指紋傳感器嵌入到車內和車身大多數部位，例如門把手、轉向盤和起動按鈕。用戶通過生物識別身份驗證后，可打開車鎖、調節座椅和后視鏡、點火、按自己的偏好設置娛樂系統及設定防盜措施。

2.11 VISA基于語音和指紋識別技術的互聯網汽車支付系統

VISA是一個信用卡品牌，由位于美國州市的Visa 國際組織負責經營和管理，是國際支付領域的重要機構。VISA和埃森哲咨詢公司一起組建團隊開發未來智能汽車方面的應用，旨在將電子商務帶向互聯網汽車領域，有望將語音識別、指紋識別等技術用于互聯網汽車的支付系統，讓智能汽車可以更加方便地進行移動購物和網絡購物。

2.12 起亞汽車公司的全新實時情感自適應駕駛系統座艙

第52屆消費類電子產品展覽會（Consumer Electronics Show，簡稱CES）上，起亞汽車公司帶來了與麻省理工學院（MIT）媒體實驗室合作研發的全新實時情感自適應駕駛系統（R.E.A.D，即Real-time Emotion Adaptive Driving）座艙（圖7），這套實時情感自適應駕駛系統的目的是改善人類的移動出行體驗。該套系統可以通過基于人工智能的生物信號識別技術，即時分析駕駛者的情緒狀態，從而優化和個性化定制車輛乘坐空間，根據其評估調整內部環境，改變座艙內燈光、氣溫、音樂類型，從而創造更愉快的移動體驗。其中，R.E.A.D. Me是單人駕駛座艙，R.E.A.D. Now是雙人駕駛座艙，而圖9中展示的R.E.A.D. Motion則是4人座艙，模擬了一個“移動工作空間”，可用作為商務旅行，進行實時電話會議等，乘客還可以使用V-Touch手勢控制查看行程、會議記錄、打開電子郵件等。

在國內，在汽車生物識別領域最有希望的可能要數歐菲光了。該公司具有國內最大的指紋模組工廠，同時也在南昌成立了相關的生物識別技術公司。其在生物識別領域，特別是指紋識別領域表現突出，同時也涉及攝像頭、觸控、人臉識別等相關業務，去年又在上海花巨資設立了上海歐菲智能車聯有限公司，加強汽車電子、智能駕駛和車聯網等領域的產業布局，所以未來應該可以觀察到其在汽車生物識別領域的相關表現。

圖7 起亞汽車公司的全新實時情感自適應駕駛系統座艙

3 未來生物識別技術在汽車領域的應用趨勢

根據以上的相關公司在生物識別領域的案例介紹和分析，未來生物識別技術在汽車領域的應用呈現3大主要應用趨勢。

（1）汽車安全。這一類應用主要集中于汽車自身安全防護方面，例如門禁、起動控制、防盜系統，甚至有相關駕照資格的核實等，涉及到的生物識別技術包括人臉識別、指紋識別、步態識別、手勢識別等。

（2）輔助駕駛。這一類應用主要包括駕駛人的駕駛狀態監測，例如有無分神、犯困、緊急健康狀況等；輔助駕駛人的駕駛操作，例如打開刮水器、調節座椅等；也包括對于車外行人和自行車的監測，以防發生交通事故，涉及到的生物識別技術包括人臉識別、眼球追蹤、腦電波識別、心率識別等。

（3）個人服務。這一類應用應該包括給個人提供汽車聯網支付認證業務、監測個人的健康和舒適狀況、提供適合駕駛的環境和娛樂服務等，涉及到的生物識別技術包括語音識別、指紋識別、人臉識別、手勢識別等。