|
來源：DigiKey 作者： Jim Toal and Samy Ahmed, Vishay Semiconductor, Optoelectronics Group 上大四前的那個(gè)暑假，我當(dāng)過酒保，主要是拉拉水龍頭、開開酒瓶之類，沒什么花樣。我們凌晨 4 點(diǎn)關(guān)門。一天晚上，我開車回家，在紅綠燈處睡著了。似乎我的腳一直踩在剎車上，但我不知道自己昏睡了多久，至少有幾個(gè)紅綠燈周期。幸運(yùn)的是，當(dāng)時(shí)路上沒有其他人，所以當(dāng)我驚醒時(shí)，沒有造成任何損失。如果你開過幾年車或者跑過長途，我敢打賭，你一定有過這樣的經(jīng)歷：你有點(diǎn)累了，上眼皮開始跟下眼皮打架，此時(shí)你也許會(huì)打開音樂唱唱歌，也許會(huì)搖下車窗吹吹風(fēng)，讓自己保持清醒。據(jù)估計(jì)，全世界至少有 10% 的交通事故與疲勞駕駛有關(guān)。美國國家公路交通安全管理局估計(jì)，每年警方報(bào)告有 10 萬起瞌睡駕駛撞車事故，造成近 800 人死亡，5 萬人受傷。這是一個(gè)很嚴(yán)重的問題，汽車制造商正在推出解決方案。 制造商作為高級駕駛輔助系統(tǒng)的一部分，引入了瞌睡駕駛監(jiān)控系統(tǒng)。2024 年，歐洲所有新車都必須配備基于攝像頭的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)，以防止瞌睡駕駛導(dǎo)致事故。在美國，最初配備該系統(tǒng)的往往是高端汽車，現(xiàn)在則是要在未來五年內(nèi)逐步普及到所有汽車。駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)必須能夠評估駕駛員的警覺性。該功能基于 CMOS 攝像頭，就像智能手機(jī)或安全系統(tǒng)中的攝像頭一樣，通過專有軟件來檢測眼瞼眨動(dòng)的頻率。攝像頭可以安裝在后視鏡支架后面或旁邊，也可以安裝在儀表板上，視場“聚焦”在面部。攝像頭依靠外部光源照亮駕駛員的臉部，白天依靠陽光，晚上則依靠高功率紅外線發(fā)射器。 
CMOS 傳感器對大約 350 納米 (nm) 到 1050 nm 的波長敏感。瞌睡駕駛監(jiān)控系統(tǒng)使用峰值強(qiáng)度為 850 nm 或 940 nm 的紅外線發(fā)射器，例如 Vishay 的 VSMA1094250X02 �！案吖β省斌w現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，發(fā)射器可以產(chǎn)生高強(qiáng)度紅外線。作為紅外芯片，VSMA1094259X02 發(fā)射器的尺寸較大，為 0.042 英寸 x 0.042 英寸或 1.07 mm x 1.07 mm。封裝尺寸為 3.4 mm x 3.4 mm。VSMA1094250X02 有兩個(gè)芯片，雙層堆疊，典型強(qiáng)度為 1350 mW/sr，正向脈沖電流為 1.0 A。其次，發(fā)射器設(shè)計(jì)用于高驅(qū)動(dòng)電流，最高可達(dá) 1.5 A（直流）和 5 A（脈沖）。5 A 時(shí)，發(fā)射器的強(qiáng)度為 6000 mW/sr�？紤]到這種高強(qiáng)度，瞌睡駕駛相機(jī)系統(tǒng)的占用空間相對較小，只需要一個(gè)紅外線發(fā)射器。
與寬視場安防攝像機(jī)不同，瞌睡駕駛監(jiān)控系統(tǒng)的視場要窄得多，只需對準(zhǔn)司機(jī)的臉部和眼睛。該紅外線發(fā)射器的透鏡具有 ±28° 的半強(qiáng)度角，完美實(shí)現(xiàn)這一視角要求；一半的發(fā)射功率集中在這一狹窄的錐形區(qū)域。汽車原始設(shè)備制造商使用的任何發(fā)射器都必須符合 AEC-Q102 規(guī)定的汽車標(biāo)準(zhǔn)，工作溫度最高要達(dá) 125°。為了解決與高紅外輸出有關(guān)的安全問題，有些解決方案設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)采用像 VCNL3040 這樣的接近傳感器，以便在人員過于接近發(fā)射區(qū)域時(shí)關(guān)閉或減少發(fā)射器的輸出。為了確定車內(nèi)照明是否足以探測到駕駛員的眼睛，需要使用 VEML6031X00 這樣的環(huán)境光傳感器。
作為高級駕駛輔助系統(tǒng)的一部分，制造商還在努力擴(kuò)大乘員感應(yīng)范圍。引用 Bosch 文獻(xiàn)，“座艙監(jiān)控解決方案可全面了解駕駛員、乘員和整個(gè)座艙場景。我們將對汽車領(lǐng)域的理解與計(jì)算機(jī)視覺和傳感器系統(tǒng)方面的強(qiáng)大專業(yè)技術(shù)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了出色的安全性和舒適性，使自動(dòng)駕駛成為一種安全體驗(yàn)。”駕駛員和乘客安全氣囊剛推出時(shí)，在發(fā)生碰撞時(shí)兩個(gè)安全氣囊都會(huì)展開。保險(xiǎn)公司提醒原始設(shè)備制造商，更換在空座位前展開的安全氣囊成本很高，因此鼓勵(lì)他們開發(fā)能檢測乘客是否存在的系統(tǒng)�，F(xiàn)在，美國和歐洲的所有汽車都配備了這種系統(tǒng)。當(dāng)乘客座位有人時(shí)，乘客艙內(nèi)的 LED 指示燈會(huì)亮起。這對前排乘客側(cè)安全氣囊很有效，但 B 柱上的安全氣囊和后排座椅上的側(cè)安全氣囊需要同樣的功能，并在有人時(shí)才展開�；跀z像頭的座艙監(jiān)控系統(tǒng)能夠識別所有乘客的位置，從而實(shí)現(xiàn)這一功能。音響系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜，如果前座和后座都有乘客，而不是只有前座有乘客，音響系統(tǒng)就會(huì)改變音調(diào)。氣候控制也可以根據(jù)乘客所在位置和陽光照射角度進(jìn)行“調(diào)整”。隨著自主駕駛車輛的出現(xiàn)，可能不會(huì)再有前座和后座之分，而更像是一個(gè)起居室。在這種情況下，安全、氣候和娛樂系統(tǒng)將真正需要了解車內(nèi)每位乘客的位置。
與瞌睡駕駛檢測一樣，座艙監(jiān)控的基本元件就是一個(gè)或多個(gè)攝像頭和大功率紅外線發(fā)射器。為了在整個(gè)座艙內(nèi)均勻分布光線，將使用廣角發(fā)射器而不是窄角發(fā)射器。如使用類似 Vishay 的 VSMA108575X02 這樣的發(fā)射器。它與 VSMA109425X02 擁有相同的發(fā)射器芯片、相同的雙疊層技術(shù)和相同的導(dǎo)熱封裝，但其透鏡卻有所不同。它不是聚光，而是散光。這種發(fā)射器的半強(qiáng)度角為 ±75°。由于相同的光量會(huì)散射到更大的角度，因此任何一個(gè)區(qū)域的強(qiáng)度都會(huì)降低。在脈沖 5 A 正向電流下，VSMA108575X02 的強(qiáng)度為 1600 mW/sr。同樣，發(fā)射器需要在機(jī)艙黑暗時(shí)使用。這可能是在夜間或車窗著色較深的情況下。 瞌睡駕駛檢測技術(shù)已經(jīng)成熟。幾年內(nèi)，它將成為每輛新車的一項(xiàng)功能。座艙監(jiān)控系統(tǒng)即將面世。如今，自主駕駛車輛，尤其是像往返于同一地點(diǎn)的班車這樣特定任務(wù)車輛，正在城市道路上進(jìn)行測試。采用高功率紅外線發(fā)射器的車內(nèi)攝像系統(tǒng)將提高車輛的安全性和舒適性。 |
