人類的不理性,得讓機器來治

摘要

正如自動擋車型的普及讓邊開車邊發短信這件事成為可能一樣,我們總喜歡騰出手干點別的事兒。如果一輛汽車具備了某種程度的自動駕駛能力,不管是什么等級,都應該引入 DMS 功能。

每一張駕照的背后都有學車時教練的「怒斥」和「嘲諷」,以及初次上路時爸媽時不時的嘮叨和叮囑。經過「千錘百煉」,終于從「馬路殺手」長成了可以「馳騁秋名山」的老司機,卻發現汽車變得越來越自動化,甚至連自動駕駛汽車都仿佛近在咫尺。

于是我們發現,曾經學車時的那些嘮叨、訓斥都變成了汽車上的一個個「安全功能」:盲點檢測提醒、自動緊急制動(AEB)、車道偏離警告/車道保持等等。即便那種能夠真正取代人駕駛的智能機器離現世還早,但高級駕駛輔助系統 ADAS 已經成為很多中高檔車型的標配,我們不可避免地已經來到了「人機共駕」的時代。

但這個看似已經有巨大安全提升的汽車時代,卻引發出另一個巨大的安全漏洞:人類過度的盲目信任機器。

特斯拉最早發生在美國佛羅里達州的致死事故就是因為駕駛員對 Autopilot 的局限性沒有認知,過度信任放手任其為之。最終車輛徑直撞上了拐彎的白色卡車。而去年在猶他州南約旦的另一起事故,一位女車主在 Autopilot 開啟的情況下頻繁脫離方向,落得車毀人亡的下場。

所以為了更好地在駕駛過程中進行銜接,同時防止人類因為覺得無聊失去對整個行駛過程的監管,駕駛員監控系統(Driver Monitoring System,簡稱『DMS』)就成了解決這個問題的關鍵。

從基本的功能點來說,DMS 對人類監控的目的是發現走神(distraction),疲勞(fatigue)或者打瞌睡(drowsiness),甚至是無法駕駛的意外情況。比如欺騙輔助駕駛系統用礦泉水瓶代替雙手放在方向盤上(很多特斯拉車主喜歡這么干),或者與車內其他乘客爭吵打架等。此外,如果作為自動駕駛的研發階段,監控駕駛員可以提供駕駛行為的第一手數據,甚至用于仿真模擬系統中。

駕駛員監控系統能夠識別車主身份并判斷其是否集中注意力在路面上 | Caruma         

如果把范圍拓展得更廣一些,除了改善安全之外,DMS 系統的引入還可以有效改善和提升出行體驗。

首先,系統通過面部識別技術讀取用車人信息,自動將車內設置(座椅、后視鏡、播放列表等)調整為其偏好的參數;其次,配合座椅和方向盤的傳感器,還能實現對乘客心率、坐姿等的監控,及時提供健康報告等。相當于用車的同時還能獲得免費的體檢。


像安全帶一樣標配?

不過目前只有已經上市的全新一代凱迪拉克 CT6,2018 款奧迪 A8 以及 2019 款斯巴魯森林人是標配 DMS 的量產車型。絕大多數初創公司提供的 L3 級別的解決方案中也會包含 DMS 功能或者有獨立的產品(商湯、Momenta 等)出售。當然特斯拉是個例外,不管行業內對 Autopilot 有多詬病,Musk 依然保持自我,聲稱「Autopilot 足夠強大,不需要 DMS 這種東西。」

全新一代凱迪拉克 CT6 搭載的駕駛員監控系統由 Seeing Machines 提供 | 官方供圖         

但 Euro NCAP(歐盟新車安全評鑒協會)去年發布的規定可能會慢慢改變這個現狀。在官方發布的「Euro NCAP 2025」路線圖中,強制要求參與 Euro NCAP 評價體系的車型必須將 DMS 作為基本的安全功能標配給用戶。盡管獲得 Euro NCAP 的安全評級對銷售新車并不是強制的,但越來越多的車企開始向其「妥協」,因為它會直接影響到消費者和保險公司的選擇。

而在中國 DMS 主要應用在道路客貨運輸領域。去年九月中旬,交通部再發文,加大了在該領域推廣應用智能視頻監控報警技術應用的力度,但尚無關于駕駛員檢測技術方面的相關政策法規出臺。

如果說有什么在推動 DMS 產品落地,除類似 Euro NCAP 發布的強制規定會起到一定的作用,另一個就是 L2~L3 級別駕駛輔助技術的快速普及。之前 Uber 和特斯拉的事故對整個行業都是警示:對人類而言,從高科技創造的舒適環境中跳出,直面危機是件很困難的事情。

在 MIT AgeLab 助理研究員 Bryan Reimer 看來,「人類是不理性的。正如自動擋車型的普及讓邊開車邊發短信這件事成為可能一樣(開輛手動擋的車你試試!),我們總喜歡騰出手干點別的事兒。」他認為,「如果一輛汽車具備了某種程度的自動駕駛能力,不管是什么等級,都應該引入 DMS 功能。」

「目前,整個汽車行業對 DMS 技術的需求是真實存在的。」Gabi Zijderveld 如是說。她是 Affectiva 的 CMO,這是家孵化于 MIT,從事「多模態車內人工智能感知解決方案」研發的初創公司。

Affectiva 的核心能力在于通過讀取人類面部和聲音信息(不只是說了什么,還有說話的方式)來分析當事人的心理和情緒狀態。據 Zijderveld 介紹,Affectiva 在過去的九年里一直在和世界 500 強企業、廣告代理公司進行合作,解讀消費者對視頻、廣告、電視節目產生的反應。「幾乎你能想象得到的豪華汽車品牌都找過我們,希望了解乘客以及車主對 robo-taxi 的態度。大家都感覺很焦慮,共享出行、自動駕駛對固有的商業模式產生了巨大沖擊,主機廠希望更懂消費者一些,這當然也是出于自保的心理。」

         Affectiva 提供的 DMS 解決方案可以對駕駛員的情緒進行判斷 | 官方供圖

不過 18 個月之后,事情變得有些不一樣了。

Affectiva 注意到,主機廠發來的問詢,方向有了很大的變化。比如它們會咨詢 Affectiva 的技術是否能用于「駕駛員監控」,能否監測到一些不良的駕駛行為?對酒駕,壓力大,疲憊,惡心反胃這些行為的反應如何,等等。


三家領頭羊

其實 DMS 的概念出現在汽車行業已經有超過 20 年的歷史了。盡管每家公司都有著不同的技術路徑,但只有在車內攝像頭系統開始引入時,DMS 才逐步進入主流市場。一些早期產品的思路更多是理論上的設想,比如借助方向盤的角傳感器實現對駕駛員疲勞狀態的智能監測。

比如特斯拉利用方向盤的扭矩傳感器來判斷駕駛員雙手是否脫離,但無數個 YouTube 上的案例已經證明,用戶完全可以使用礦泉水瓶、橙子等道具來騙過系統的檢測。還有的公司采用的是飛行時間技術(Time of Flight,簡稱『ToF』)來判斷駕駛員頭部的移動情況。

         特斯拉車主總喜歡用千奇百怪的東西來騙過方向盤的扭矩傳感器 | TheDrive

相比以上的技術手段,成熟的圖像傳感器、攝像頭系統以及配套的軟件算法能夠更好地對駕駛員的眼部動作進行追蹤,即便是戴墨鏡或者夜間的情況也能夠做到精度很高的識別。而如果按照產品技術在乘用車上量產落地的情況來看,目前 DMS 領域有三家具有絕對優勢的領頭羊,它們分別是 Seeing Machines,Smart Eye AB 和 FotoNation。

1. Seeing Machines 

Seeing Machines 和卡特彼勒在煤礦、建筑、林業工人監控方面一直保持著良好的合作關系,轉向乘用車這樣的大規模市場,可謂水到渠成。目前 Seeing Machines 的技術已經率先導入了通用的 Super Cruise,其他合作伙伴有零部件供應商高田和捷豹路虎等。

以通用 Super Cruise 為例,Seeing Machines 提供的車內解決方案中,最關鍵的就是那枚安裝在方向盤中柱后側的小型紅外攝像頭。不論是光照充足的日間,還是低光照的夜間均能正常工作。通過車內系統軟件的協同配合,它能夠對司機頭部位置、面部表情以及眨眼頻率進行評估。而軟件部分負責衡量司機眼球的轉動,監測他的視線與周圍物體的交集情況。兩部分匯總的信息能夠使系統對駕駛員的一舉一動皆有掌控。

2. Smart Eye

Smart Eye 的 DMS 技術通過與安波福合作,成功進入了奧迪 A8 這款目前全球唯一量產的具備 L3 級自動駕駛功能的車型里,它被集成于奧迪的中央駕駛輔助控制單元(zFAS)。

據了解,Smart Eye 的眼動追蹤軟件可集成應用于乘用車和其他車輛,提升安全性的同時來進一步改善用戶體驗。通過對人體眼睛、面部以及頭部動作的監測,Smart Eye 的算法可判斷其清醒度、注意力和關注度。除奧迪外,Smart Eye 與吉利汽車也建立了合作關系。

而為了方便對接更多的客戶,Smart Eye 還開發了一個通用硬件平臺。它可以利用處理器和基礎架構來實現高效集成。而由于采用了模塊化設計的駕駛員監控系統,客戶可以根據自己的需求,選擇在本地、外圍或者中央處理器中處理計算任務。

         Smart Eye 提供通用硬件開發平臺 | 官網截圖

Smart Eye 表示還在聯合英偉達、恩智浦、沃爾沃、歐司朗等合作伙伴開發下一代眼動追蹤技術。而未來的艙內感知功能還會包括乘客位置監測,安全帶狀態監測,遺忘物體監測并實現多模態監測功能,如深度人工智能與情緒識別。

這樣的話,汽車能夠將車輛控制權無縫轉交給清醒且有駕駛能力的駕駛員。該系統還支持在緊急時刻尋求幫助或主動播放最適合當前時刻的歌曲。

3. FotoNation

在 2019 款斯巴魯森林人上,搭載了由 FotoNation 開發的駕駛員監控技術。這個功能的官方名稱是「DriverFocus」,主要用來幫助監測駕駛過程中的分心行為。斯巴魯官方對其的描述是,「利用面部識別軟件來甄別駕駛員出現的疲勞或分心特征。」

盡管目前大多數公司提供的 DMS 解決方案,多是以監控駕駛員眼球動作和視線方向為主,但 FotoNation 有著不同的思考方向。它認為這兩種傳統的技術方向無論對車企還是供應商而言,在成本和應用方面都有著不同的局限性。

FotoNation 目前正在開發的技術「拋棄」了高架攝像頭的使用,用一枚 VGA 攝像頭取代了能夠提供兆像素成像的傳感器,通過追蹤駕駛員的頭部位置/方向,以此來幫助系統確定司機眼睛的位置。

所以,FotoNation 的監測技術只追蹤駕駛員的頭部動作。它首先定位的是司機面部上的 50 個點,進而使得監控系統能夠推斷出眉毛的位置,甚至能夠精確計算出雙眼睜開的角度。

由于 FotoNation 的 DMS 方案不依賴對駕駛員視線的追蹤,因此無需使用前向攝像頭。車企完全可以將這套系統(其實就一枚攝像頭)裝在汽車 A 柱或 B 柱的地方或者中控區域,甚至掛在后視鏡上(只要不遮擋視線)也可以。

FotoNation 的解決方案能夠進行 3D 面部建模,眼部追蹤可以達到 180° 范圍覆蓋 | 官網截圖

2018 年秋季,日本電裝與 FotoNation 建立合作,雙方計劃「利用面部圖像識別和深度神經網絡技術開發下一代駕駛員監控系統。」FotoNation 母公司 Xperi 負責汽車業務的總經理 Jeff Jury 表示,「目前正在與至少 5 家主機廠進行合作,除此之外還有不同的硬件平臺供應商。」

除此之外,之前提到的 Affectiva 也是目前 DMS 領域有很強競爭力的技術供應商。

在 Affectiva 看來,目前已有的一些 DMS 解決方案仍是「比較初級的」產品。因為除了分析駕駛員的頭部動作、追蹤眼球之外還可以加入對眨眼以及打哈氣等動作的分析。「我們甚至可以加入對語音的分析。」Zijderveld 介紹稱。「因為語音能夠提供關于駕駛員心理狀態更豐富的信息。我們不僅能夠探測到他/她說了什么,甚至是他/她說話的方式都可以檢測出來。」

Affectiva 的計劃是利用公司獲取的海量數據—87 個不同國家中超過 650 萬條臉部視頻數據,來不斷優化 AI 算法。它的解決方案是軟件層面的,既能夠在英偉達的 GPU,還可以在系統內嵌的的 ECU 中運行。

不過在 Semicast Research 的首席分析師 Colin Barnden 看來,Seeing Machines 是所有 DMS 解決方案提供商中的 No.1。很大一部分原因在于這家澳洲公司在最初應用于開礦業的駕駛員安全系統(Driver Safety System,簡稱『DSS』)上有著豐富的經驗。而卡特彼勒對 Seeing Machines 的評價如此之高,以致于它從 2015 年開始親自承擔起了 DSS 相關產品的生產、市場和銷售工作。

「Seeing Machines 在開發 DMS 產品時,結合了在『睡眠研究』以及『人類因素研究』上的成果,這使其具備了比其他對手更強的競爭力。」Barnden 解釋道,「而 Smart Eye,提供的是基于攝像頭的 DMS 解決方案,加上其在人工智能領域的積累,可以對駕駛員的心理認知、參與度以及情緒狀態進行更好的分析解讀。」


安全與用戶體驗的「對峙」

DMS 監測的準確度對減少誤報固然十分重要,但在發現駕駛員出現了打瞌睡、疲倦或者開小差的情況,系統如何給出警示,同樣是個關鍵問題。很可能會出現這種情況:突如其來的報警讓駕駛員變得很憤怒,最終他可能會選擇將 DMS 系統關閉。

所以如何讓人類與機器建立起信任就變得十分關鍵了。

如果只是簡單地告訴大家不要去做特定的事情,比如不要在開車的時候發郵件、發短信,這基本沒用。因為幾乎不會有人乖乖聽話的。而技巧在于,系統要逐步獲得駕駛員的信任,讓他知道機器是有局限性的,需要隨時獲得人類的幫助。這樣可以將人類駕駛員的分心和 DMS 的提醒以更連貫的方式建立聯系,這對贏得用戶的信任和接納非常關鍵。

舉個例子。假設 DMS 監測到了駕駛員這樣的行為:在他看向中控屏,要換首歌聽之前,注意力始終集中在前方道路上。這個時候,如果系統在駕駛員「分心」的兩秒內就發出警報,這會導致非常糟糕的用戶體驗。所以,機器應該知道人在注意力轉移之前在干什么,這個要比及時觸發警報重要得多。所以,最好將 DMS 的監控機制設計得「松散些」。比如將發出警報的時間設置在駕駛員分心后的 3 到 4 秒。這樣既能降低錯發警報的幾率,同時也有益于人類和 DMS 之間信任的建立。

關于 DMS 到底應該扮演什么樣角色的爭論,業界始終并無定論。到底是單純提醒,還是應該具有將危險扼殺的能力?對此,極客公園(id:geekpark)認為更實際同時也是更有效的解決方案,是把 DMS 單純地當做一種提醒駕駛員不要分心的工具就好。盡管很多公司都在嘗試提供不同的技術方向,但目前這個產品觸發報警的時機,應該是在遇到了較極端的情況。

最終一定會找到合理的分界線。如果有必要,在監控駕駛員的同時,可以采取逐級遞進的方式發出報警。不過目前的 DMS 產品的表現尚處于最基礎的層級。就好比是第一代 iPhone,有太多的地方需要改進。

至于相當「執拗」的特斯拉,盡管 Musk 把 DMS 和激光雷達、高精度地圖歸到了「無用」的一類,但它同樣設立了某種駕駛員監控機制。

在 2016 年更新的 特斯拉 8.0 系統版本中,當開啟 Autopilot 功能后,時速低于 72 公里/小時,在直道上行駛,雙手松開方向盤 5 分鐘后,才會有警報發出;而當時速 高于 72 公里/小時,如果沒有車輛跟隨,雙手脫離方向盤 1 分鐘后才會想起警報。

不過之后因為事故頻發,考慮到安全問題,特斯拉再次通過 OTA 修改了允許司機「脫手」的時間,只不過有車主反映,只要雙手離開方向盤 15~20 秒,就會有警報響起,間隔太短也讓人有點焦躁。

根據之前《美國消費者報告》的測試,當一輛 Model 3 以 105 公里/小時的速度行駛在一條幾乎封閉的高速公路時,在駕駛員松開方向盤后 30 秒,觸摸屏的車輛狀態欄頂部會出現閃爍的藍光,并顯示「請輕扶方向盤」的消息。駕駛員沒有理會,45 秒后請求升級,以更高的頻率發出蜂鳴警報。最終,60 秒過后,Autopilot 系統自動關閉,剩下的路程需手動進行轉向。只有將車輛停穩并換入駐車檔后,才能再次使用 Autopilot 功能。

針對用戶的抱怨,Elon Musk 在推特上也略有些無奈地回復說:「很多車主反映「警報」太頻繁了,我們也想找一個平衡點。」

極客公園(id:geekpark) 也翻閱了 Model 3 車型的用戶手冊,里面提到 Model 3 其實是配備了一枚駕駛室攝像頭的。只不過該攝像頭目前尚未激活,官方表示「未來隨著軟件更新換代,這沒攝像頭將會用于新功能的實現中。」極客公園(id:geekpark)猜測,即便不是用于 DMS,隨著特斯拉 robotaxi 業務的鋪開,人臉識別、定制化服務等等都可能基于這枚攝像頭展開。

位于特斯拉 Model 3 駕駛室內的一枚攝像頭,處于尚未激活的狀態 | 官方截圖

而未來隨著生物傳感技術的進步,通過內嵌于座椅或方向盤的生物傳感器,智能可穿戴設備等測量駕駛員心率、體溫等關鍵體表特征也能有效防止疲勞駕駛釀成嚴重事故。類似捷豹路虎測量腦電波的方式,都是繼傳統攝像頭解決方案之后,很有發展潛力的新技術。


責任編輯:王訓魁

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