DMS需求概述

智能驾驶开发既期望于更多的解放驾驶员双手双脚，又不得不关注ADAS系统控制整车所带来的行车安全问题。研究表明超过6成的事故是由于驾驶员注意力分散或疲劳驾驶导致。在真正做到完全的自动驾驶之前，我们的驾驶过程都要求驾驶员在系统中处于在环控制，也即人机共驾。这就对驾驶员在车内的状态提出了较高的要求，即系统控制整车的前提是驾驶员具备接管能力。

注意力分散和疲劳检测功能可大大提升行车安全，同时也能增强用户科技体验。驾驶员状态监测系统（Driver Monitor Sys，DMS）对于实现LEVEL2 +自动驾驶，技术上是必须的，自动驾驶时车辆必须知道在紧急情况时是否有能力接管车辆。从2020年起，驾驶员监控系统DMS将成为测试车型能否拿到ENCAP五星安全评级的关键要素，而且是必须要素。

目前在自动驾驶领域，合资车型DMS搭载较多，如 CT6 超级自适应巡航及奥迪A8低速自适应巡航配合驾驶员状态检测，解放了驾驶员双手，带来了超强用户体验。自主车企目前处于规划阶段，暂无量产车型搭载。

DMS硬件方案

DMS主要是安装在方向盘或仪表台板位置，相应的硬件架构包括摄像头、控制器、补光灯、LVDS、仪表、转向柱上壳体结构、方向盘、仪表外壳体等边界元素。如下图表示了凯迪拉克CT6和奥迪A8的DMS硬件布置方案。DMS通过布置在驾驶员方向盘位置，可以通过摄像头直接检测到驾驶员当前状态。

从2017年开始，基于AI视觉的DMS系统开始成为乘用车DMS的主流。DMS除了利用以上提到的摄像头意外，还可以接收驾驶员声音使用远场扬声器阵列技术，甚至通过面部表情探测到驾驶员情绪等生理状态。

由于DMS的核心部件之一是摄像头，主流的方式是图像传感器。在当前汽车的只能座舱内可能出现一些不可预知的环境噪声（如光照变化、迎面大灯等）影响DMS探测性能。实际工程项目中也需要充分考虑这些因素做相应的算法鲁棒性调整。

DMS检测原理

1、身份识别

在满足驾驶员解锁车辆进入驾驶位后，驾驶员监测系统（DMS）开始启动，启动后，DMS中的红外摄像头、红外补光灯、图像处理单元开始检测驾驶员头部姿态，包括从首摇、纵摇、横摇三个层面检测驾驶员头部姿态，为以下人脸检测及身份识别做准备，每当主驾车门状态发生变化后，认为驾驶员有上下车的动作，均重新开启人脸识别。

头部姿态检测

身份识别原理

2、疲劳检测

整车上电后且车速大于一定值，DMS开始检测驾驶员头部、头部姿态、眼部状态检测，并根据检测结果，判断驾驶员疲劳状态，相应的检测判断机制如下：

若DMS未检测到头部或眼睛，则认为驾驶员不在车内，发出相应疲劳检测不可用状态，若DMS检测到头部或眼睛，则根据眼睛状态检测结果，也即闭眼状态计算一定时间内眼睛张合度；通过设置先验阈值信息Threshold1、Threshold2、Threshold3判断驾驶员是否疲劳。

若该时间段内眼睛张合度 < 阈值Th1（可标定），则认为驾驶员处于清醒状态；

若该时间段内眼睛Th1 < 张合度 < 阈值Th2（可标定）并持续一定时间t1，则认为驾驶员处于轻度疲劳；

若该时间段内眼睛Th2 < 张合度 < 阈值Th3（可标定）并持续一定时间t2，则认为驾驶员处于中度疲劳；

若该时间段内眼睛张合度 >阈值Th3（可标定）并持续一定时间t3,则认为驾驶员处于重度疲劳。

相应的检测逻辑如下图：

疲劳检测原理

3、注意力分散检测

注意力分散是通过头部转向角度分析驾驶员视线角度从而判断驾驶员是否处于注意力分散状态。其重要的部分是根据当前驾驶工况提前定义安全区，当驾驶员头部转向角度超越安全区后，认为驾驶员注意力分散，发出相应的分散信号。

整车上电后，DMS开始检测驾驶员头部、头部姿态、眼部状态检测，并根据检测结果，判断驾驶员注意力分散状态，相应的检测判断机制如下：

若未检测到头部，则发出注意力分散未知信号；

若驾驶员注意力超越非安全视线区域持续一定时间t1，则发出驾驶员注意力分散状态；

若驾驶员注意力回到安全视线区域持续一定时间t2，则发出驾驶员注意力未分散状态；

注意力分散检测原理

这里需要注意的是，在高速和低速或弯道驾驶工况下，安全区和非安全区的定义会有所不同。如下图，我们以驾驶员横向朝向范围定义两种区域：测视区和正常脸部朝向范围；且分高低速分别说明两者定义范围区别。

高速时：侧视范围变宽，驾驶员正常脸部朝向范围变窄，驾驶员偏转头部集中度更高。

低速或转弯时：测试范围变窄，驾驶员正常脸部朝向范围变宽，驾驶员更多的可以观测横向驾驶范围内物体。

DMS指标分析

由于DMS在ADAS系统开发中占据举足轻重的地位，DMS对驾驶员的正确判断直接影响到ADAS系统决策的正确性，故ADAS系统对其需要定义相应严苛的检测指标。

性能指标如下：

检测时间延时满足要求；

在单眼或双眼均可见的条件下，疲劳检测检出率满足要求；

综合头部姿态和视线追踪，要求注意力分散检测检出率满足要求；

支持活体检测，能够抵御各类非活体攻击包含但不限于照片、视频、3D模型；

在头部检测正确的情况下，眼睛开度监测和视线追踪误报率不能过大;

要求DMS系统可以在全天候的情况下正常发出疲劳检测或注意力分散信号，不管是白天还是夜间，不管驾驶室内和外部环境的光照条件变化，支持佩戴了平面镜、花镜、近视镜、太阳镜等常见眼镜下的疲劳检测。

驾驶员头部追踪、疲劳检测、注意力分散检测有效检测距离范围满足要求

功能安全满足ADAS控制等级要求；

总结

本文从ADAS系统开发性能提升角度分析了其中最重要的关键元素驾驶员疲劳检测系统DMS相应的应用、原理、指标、硬件等。实际应用中应该综合考虑DMS这些因素做指标管控和性能提升策略。下一章将就DMS对整个ADAS系统开发提升策略做详细分析，敬请期待。