車載人臉識別技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

文／李育賢 臧金環(huán)

人機(jī)交互技術(shù)可視為人與智能駕艙之間圍繞“人—車—環(huán)境”交流信息的溝通工具。人臉識別是人機(jī)交互技術(shù)之一，它不僅可以用于身份驗(yàn)證、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測，還可以實(shí)現(xiàn)預(yù)警類功能，提供座艙智能化應(yīng)用，等等。預(yù)計(jì)2022年，車載人臉識別技術(shù)將進(jìn)入快速發(fā)展期。

近年來，智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展熱度不斷提升，智能駕艙成為其中受到重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一。智能駕艙是由一系列交互界面及不同交互方式所構(gòu)成的，可以根據(jù)應(yīng)用需求呈現(xiàn)智能化、信息化反饋的車內(nèi)駕駛環(huán)境系統(tǒng)。其中，具備信息化顯示功能的交互界面及新型交互方式所組成的這類人機(jī)交互技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能駕艙的重要支撐。駕乘人員通過交互方式發(fā)出指令，智能駕艙通過交互界面呈現(xiàn)信息給予反饋，實(shí)現(xiàn)駕艙中的信息、環(huán)境、事件處理等人機(jī)交互需求。

一、車載人機(jī)交互技術(shù)概述

人機(jī)交互技術(shù)可視為人與智能駕艙之間圍繞“人—車—環(huán)境”交流信息的溝通工具。

人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一階段為人機(jī)交互技術(shù)的早期形態(tài)，由以物理按鍵為主的傳統(tǒng)中控、后視鏡及其他按鍵旋鈕等構(gòu)成；第二階段為人機(jī)交互技術(shù)的當(dāng)前主要應(yīng)用，包括信息化電子屏、HUD、智能后視鏡、觸控、語音交互、手勢識別等新型交互技術(shù)；第三階段為人機(jī)交互技術(shù)的未來應(yīng)用方向，如人臉識別、智能車窗、AR 顯示、全息影像等將逐漸應(yīng)用。

總體而言，人機(jī)交互技術(shù)呈現(xiàn)出從不可視到可視、從接觸式到接觸式與非接觸式相結(jié)合、從現(xiàn)實(shí)到虛擬、從局部到整體的演變特征。

二、人臉識別技術(shù)的特點(diǎn)

人臉識別是人機(jī)交互技術(shù)之一，屬于生物特征識別，是利用攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并在采集過程中自動(dòng)檢測和跟蹤人臉，進(jìn)而對檢測到的人臉進(jìn)行臉部識別的一系列相關(guān)技術(shù)。人臉識別技術(shù)原理主包括以下步驟：一是建立一個(gè)包含大批量人臉圖像的數(shù)據(jù)庫；二是通過各種方式來獲得當(dāng)前要進(jìn)行識別的目標(biāo)人臉圖像；三是將目標(biāo)人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中既有的人臉圖像進(jìn)行比對和篩選。根據(jù)人臉識別技術(shù)原理具體實(shí)施起來的技術(shù)流程則主要包含以下四個(gè)部分，即人臉圖像的采集與預(yù)處理、人臉檢測、人臉特征提取、特征匹配與識別。

人臉識別的面部信息提取目前主要包括三種方案，分別是3D 結(jié)構(gòu)光、雙目視覺以及TOF 技術(shù)。相比雙目立體攝像頭，3D 結(jié)構(gòu)光技術(shù)精度高，更為成熟。

表1 人臉識別面部信息提取技術(shù)對比

三、車載人臉識別技術(shù)的應(yīng)用

1.車載人臉識別技術(shù)用于身份驗(yàn)證、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測

人臉識別可實(shí)現(xiàn)身份確認(rèn)和對象辨認(rèn)，逐漸應(yīng)用到金融、社會和企業(yè)管理、教育、校園安保、公共安全、手機(jī)、司法刑偵、交通、服務(wù)行業(yè)等諸多領(lǐng)域。

車載人臉識別技術(shù)在汽車防盜、行車安全，甚至是自動(dòng)駕駛等方面起到至關(guān)重要的作用，目前可以實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測兩大類功能。其中，身份驗(yàn)證類功能主要包括：車輛解鎖和啟動(dòng)、車內(nèi)支付、個(gè)性化服務(wù)、資質(zhì)認(rèn)證等；駕駛員狀態(tài)監(jiān)測類功能主要包括：疲勞駕駛監(jiān)測、分心駕駛監(jiān)測、健康狀態(tài)監(jiān)測、情緒識別等。

2.基于人臉識別技術(shù)的駕駛員狀態(tài)監(jiān)測可實(shí)現(xiàn)預(yù)警類功能，提供座艙智能化應(yīng)用

基于人臉識別技術(shù)的駕駛員狀態(tài)監(jiān)測將進(jìn)一步提升駕艙智能化水平，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，與ADAS 系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)預(yù)警類功能。也可在L2 級、L3 級自動(dòng)駕駛中，加強(qiáng)對駕駛員接管能力的實(shí)時(shí)監(jiān)控；第二，可實(shí)現(xiàn)智能座艙內(nèi)個(gè)性化交互，并提供如視線追蹤與HUD 聯(lián)動(dòng)、救援時(shí)車內(nèi)感知等更高階的智能化應(yīng)用。駕駛員狀態(tài)監(jiān)測主要通過檢測駕駛員以下特征：（1）頭部及上肢特征變化，如面部表情、面部輪廓、眼鼻口位置、面部朝向、雙手動(dòng)作；（2）眼部信號，如視線方向、眼瞼開合程度、眨眼頻率、瞳孔狀態(tài)；（3）其他生物指標(biāo)，如分析皮膚、眼周、嘴唇、骨骼等面部構(gòu)造，識別體脂、BMI 指數(shù)和血壓等。例如，當(dāng)駕駛員視線偏離時(shí)間比例高于30%或一次視線偏離時(shí)間超過閾值時(shí)進(jìn)行預(yù)警等。

表2 人臉識別技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域

圖1 車載人臉識別技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)功能

表3 裝備人臉識別技術(shù)的主要車型

3.人臉識別技術(shù)能應(yīng)用在車機(jī)端和手機(jī)端

當(dāng)前人臉識別在部分車型中已經(jīng)裝備應(yīng)用。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2019 年人臉識別技術(shù)車型裝備率為5.26%，款型裝備率為0.29%。車機(jī)端的人臉識別技術(shù)支持感應(yīng)解鎖、車載信息系統(tǒng)登錄、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、車輛個(gè)性化調(diào)整、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測、車內(nèi)支付等功能；手機(jī)端的人臉識別技術(shù)支持人臉識別代替密碼登錄進(jìn)行車主身份認(rèn)證、快速驗(yàn)證車輛操控指令，實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制車輛。

表4 人臉識別技術(shù)供應(yīng)商

4.人臉識別技術(shù)在其他行業(yè)應(yīng)用成熟且供應(yīng)商充分，是汽車行業(yè)應(yīng)用快速提升的重要基礎(chǔ)

人臉識別技術(shù)在其他行業(yè)已經(jīng)有了較為成熟的市場應(yīng)用，為汽車行業(yè)的落地應(yīng)用提供了一定技術(shù)基礎(chǔ)，如商湯科技、百度等部分企業(yè)已經(jīng)在汽車行業(yè)的人臉識別開展業(yè)務(wù)布局。

四、車載人臉識別技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.人臉識別技術(shù)需進(jìn)一步解決技術(shù)難點(diǎn)

盡管近年來人臉識別技術(shù)得到了快速發(fā)展，但是當(dāng)采集的圖像不理想時(shí)，識別的效果就會大打折扣，這也是人臉識別還需進(jìn)一步解決的難點(diǎn)。

（1）光照：如光線照射方向和角度不同，光線折射到人臉的部分陰影也不同，此時(shí)人臉的特征值會發(fā)生變化，影響識別率。在車輛行駛過程中，人臉的光照狀況也是實(shí)時(shí)變化的。

（2）表情姿態(tài)：在識別過程中，當(dāng)側(cè)臉、低頭等姿態(tài)不正時(shí)，或當(dāng)人臉發(fā)生很大程度的變化時(shí)，例如夸張表情、大哭、大笑等，人臉識別的識別率將會下降。在車輛行駛環(huán)境中，人臉的位置、姿態(tài)會有晃動(dòng)，也影響識別效果。

（3）飾物及遮擋：有些情況下，被識別人會帶著墨鏡、帽子等日常的飾物，長發(fā)也會遮擋住部分臉部特征，使得被采集出來的人臉圖像當(dāng)中，人臉的特征不完整，導(dǎo)致識別結(jié)果不好。

2.預(yù)計(jì)車載人臉識別技術(shù)2022 年進(jìn)入快速發(fā)展期

當(dāng)前車載人臉識別技術(shù)處于起步期，陸續(xù)會有新車型裝備。2022 年左右，預(yù)計(jì)進(jìn)入快速發(fā)展期。人臉識別實(shí)現(xiàn)的功能方面，車輛解鎖和啟動(dòng)、資質(zhì)認(rèn)證、駕駛員疲勞監(jiān)測、分心監(jiān)測、健康監(jiān)測會率先在汽車上得到應(yīng)用；車內(nèi)支付和個(gè)性化服務(wù)需要與車內(nèi)更多控制器整合；情緒識別預(yù)計(jì)只能夠在個(gè)別車型上得以實(shí)現(xiàn)，若想規(guī)模化應(yīng)用還需要較長時(shí)間。