汽車智能座艙內部的“傳感之道”

如何直觀感受一輛汽車的“智能化”水平？很簡單，坐進駕駛室里面感受一下。

上面描述的兩句話，是一般消費者對于汽車智能化這一趨勢最為直觀的感受，這也解釋了汽車智能座艙技術市場近幾年火爆的真實原因。從單純的駕駛工具，到人們生活的“第三空間”，汽車在定位上的轉變也催生了智能座艙這一概念的誕生與快速發展。在全新的智能化汽車中，座艙這一空間已經初步具備了思考學習、人機交互、情緒感知等擬人化功能，能夠為駕駛者與乘客提供更加多元化的用車體驗。

那么，什么才是真正的“智能座艙”呢？關于這一概念，其實業界也沒有一個明確的定論，可以說，智能座艙的形態是伴隨著消費者需求的變化不斷發生改變的。從硬件上來說，智能座艙系統是以座艙域控制器為核心，以顯示屏、HMI（人機交互）、座艙聲學、視覺追蹤等多個部件共同組成的，其中包含大量感知與AI技術的集中運用。

“感知、理解與表達”將是未來智能座艙系統重要的三大發展方向。在近日艾邁斯半導體（ams）與歐司朗（OSRAM）舉辦的《汽車智能駕艙傳感》在線技術研討會上，光電半導體傳感事業部市場經理涂少碧詳細闡述了汽車智能座艙中感知系統的原理及應用。

1 感知即安全——車載駕駛員監控系統（DMS）

有研究表明，超過六成的交通事故是由于駕駛員注意力分散或疲勞駕駛所導致，其中追尾事故的占比更為恐怖，高達94%。為了確保行駛安全，智能座艙中的一大重要系統——駕駛員監控系統（driver monitoring system）應運而生。

DMS系統是一種汽車安全系統，是豐田于2006年首次為其雷克薩斯（Lexus）新車型推出的。該系統包括一個攝像頭，位于轉向柱上，可以通過紅外攝像機進行眼球跟蹤或面部識別。如果駕駛員沒有注意前方道路且檢測到危險情況，系統將通過閃光燈和警告聲警告駕駛員。如果不采取任何措施，車輛將制動（警報響起，然后短暫自動制動）。

DMS系統內部集成了多種技術，包括頭部追蹤、眼動追蹤、駕駛員識別、疲勞駕駛檢測、視線追蹤/分神提醒等。從工作原理上講，DMS系統是通過攝像頭獲取圖像，采用圖像識別技術與算法分析能力對駕駛員的駕駛行為及生理狀態進行檢測。常見的紅外攝像頭光源波長為850 nm和940 nm，目前的智能汽車DMS系統主要采用940 nm波長的紅外攝像頭光源（如圖1）。

采用940 nm波長的主要原因在于：

● 陽光直射會干擾采用紅外光線的DMS相機操作；

● 940 nm紅外光源可吸收H2O，從而更好地抑制周圍的陽光（如圖2）；

● （900～1 000）nm之間的太陽總輻照度在60 W/m2 的范圍內（如果陽光直射駕駛員的臉）；

● 相機前面的附加帶通濾光片可以進一步改善對陽光的抑制。

艾邁斯半導體與歐司朗在DMS應用中的有IRLED和VCSEL兩種發射器供客戶選擇（如圖3），這兩種方案各有優勢。客戶可以根據研發需求進行選擇。

作為940 nm紅外組件中非常具有代表性的一款產品，SFH 4180S A01 IRED組件的尺寸為1.6 mm×1.6 mm， 封裝高度為0.81 mm，非常適用于內部空間狹小的交互式汽車應用。該組件在電流為1 A時，直流功率為1.15 W條件下，開關非常快，只需10 ns，既適用于攝像頭應用的恒定光源，也適用于調制或快速脈沖光的3D圖像采集功能。艾邁斯半導體與歐司朗還針對性地推出SFH 4181S A01的透鏡版本SFH 4181S A01，將在未來全面量產。

艾邁斯半導體與歐司朗的VCSEL 940 nm紅外激光器TARA2000在性能方面也有優勢：超窄的波長輸出可在DMS接收端使用窄帶濾波，效率更高，抗陽光干擾更強，散熱性能更好。其瞬態功率可達4 W，且保證高照度和良好的均勻度。在模塊層面，只需要使用一顆器件，具有小型化優勢，可植入汽車A柱等對模塊體積較敏感的位置。應用方面，可以使DMS同時擁有狀態監測和人臉識別多種功能。

人眼安全也是個重要的課題，尤其是在夜視場景下，過于靠近人眼的紅外光源監測容易造成傷害。在某些場景中，DMS系統攝像頭光源可能會被雜物遮擋，通過距離檢測、1D TOF以及接近傳感器等產品與解決方案，可以有效保證DMS系統良好運行。

2 感知即控制——手勢識別

一直以來，人機交互都是智能駕艙技術發展的重點，從實體按鍵發展到觸屏控制，再到如今的語音控制等方式。雖然車內人機交互方式一直在更迭，但其遵從的邏輯卻是亙古不變的，那就是如何讓駕駛員的操作更加方便和安全。手勢控制這一全新技術正在迅速崛起，成為一種讓大眾期待的車內人機交互方式。

在研討會中，涂少碧列舉了德國艾爾默斯半導體公司（ELMOS）推出的手勢控制解決方案LC E909.06（如圖4）。該方案能實現非接觸式手勢識別與控制，方案采用多款ams OSRAM的產品，如外部IR-LED SFH4258、補償發射器SFH4254及PD檢測器SFH2400FA。

3 感知即收集——雨水與環境光傳感器

在雨水與環境光傳感器領域，艾邁斯半導體與歐司朗擁有強大的市場占有率和產品實力（如圖5）。該公司是lR-LED和雨量傳感器用檢測器的市場領導者，市場份額超過60%，同時，公司還與大多數Tier1有著非常良好的合作關系。隨著汽車小型化趨勢愈演愈烈，其應用于消費電子的超小型高精度屏下傳感器也將在車載領域呈現非常光明的未來。

4 感知即體驗——環境光傳感器（ALS）呈現最佳視覺

未來的汽車駕駛艙中，智能助手、多屏互動、座艙監控、生物識別等新功能正在改變下一代新車的座艙布局。艾邁斯半導體與歐司朗可以全面提供未來汽車內部所需的關鍵技術，如用于手勢控制、駕駛員狀態監測和車內監控的IRED、VCSEL發射器和傳感器元器件；用于內部智能照明的LED；用于動態顯示屏亮度調整的環境光傳感器；用于下一代增強現實型平視顯示器的EEL。所有這些都旨在改善駕駛員和乘客的體驗。

例如，中控多媒體顯示屏采用環境光傳感器（ALS）能夠更好地還原真實色彩，給與用戶最佳的視覺感受。艾邁斯半導體與歐司朗的環境光傳感器AS7350可以通過光譜重建識別光源，準確識別環境光條件，在各種光照條件下都能自動實現出色、精準的白平衡，即使在色彩反差極大的環境下，也能提供準確的光源信息，保證出色的圖像質量。

此外，艾邁斯半導體與歐司朗的顏色傳感器內置濾波器，可以阻擋可見光譜范圍內的無用紅外光，從而實現高度精確的顏色測量。高靈敏度結合寬動態范圍，使其非常適合顯示管理系統中環境光的連續色溫測量，以及攝像頭應用中的自動白平衡輔助。

5 結束語

智始于知，汽車的智慧開啟于感知，而后才會實現自動乃至自主操作和控制。“傳感即生活”，在汽車智能化的道路上，艾邁斯半導體與歐司朗將利用領先的技術闡釋智能座艙的“傳感之道”。