舱内传感技术：雷达模块与ToF摄像头市场的演变趋势

随着向电动汽车的转变，最终用户越来越不关心发动机马力等传统汽车参数，而是更加看重智能内饰功能。这一趋势迫使主机厂不断加大力度增强车内体验，从而为其产品增加更大的价值，并将其与竞争者区分开来。

欧洲NCAP等法规的推出使驾驶员监控系统（DMS）获得了青睐，正在从一种豪华功能变为一种新的规范。截至2024年初，由于成本相对较低，大多数DMS都使用2D近红外（NIR）摄像头，采用率预计将越来越高，成为DMS的主要赋能技术。

从主机厂竞争力角度看，为进一步实现差异化，手势控制、儿童在场检测（CPD）和安全带检测等先进功能也日渐应用，尤其是在中高端车型中。目前，3D飞行时间（ToF）摄像头是DMS广泛采用的技术，沃尔沃和特斯拉等正在将其集成于客舱雷达模块。

IDTechEx从市场和技术的角度分析了舱内传感的现状，并给出了发展趋势和机遇的指引。

有望增长11倍的巨大市场

舱内传感即内部监控系统（IMS），包括DMS和乘客检测系统（OMS）。前者采用NIR摄像头、电容式/扭矩方向盘传感器等；后者则采用ToF摄像头和雷达等，主要用于眼动追踪、脑电图（EEG）/心电图（ESG）等生命体征监测和手势识别。

IMS功能划分

其中的眼动追踪传感器基于以下几种技术：机器视觉NIR摄像头、激光扫描MEMS、基于事件的视觉和电容式传感。

眼动追踪传感器类别

IDTechEx高级技术分析师Yulin Wang预计，到2034年，全球舱内传感市场将超过85亿美元，机会源于即将出台的法规和创新智能座舱功能的推动，将使DMS和OMS的采用率呈上升趋势。在监管授权推动下，预计DMS将被迅速和广泛的采用。虽然OMS也在快速增长，但中期仍将主要应用于中高端车型中。舱内传感的迅速崛起为硬件供应商（传感器、芯片、Tier1等）及软件解决方案供应商提供了巨大商机。

伴随自动驾驶能力，特别是自动驾驶级别的不断提高，以及欧洲NCAP和《欧盟通用安全条例》等地区法规即将实施，强制要求使用DMS，包括DMS和OMS的全球车内传感市场预计将从2020年到2034年增长11倍。

相关法规日渐加强

根据《欧盟通用安全条例》，自2024年年中起，所有属于M（客）类和N（货）类的新造车辆都必须配备先进的驾驶员分心警告系统（ADDW），以监测驾驶员眼睛运动，并在检测到分心迹象时发出警告。对此，几家主机厂迅速做出了回应。早在2019年，宝马X5就已搭载驾驶员注意力摄像头，观察其眼睛睁开和头部位置，以评估驾驶员参与程度。

事实上，DMS并非是一个新概念，传统DMS通常依赖从车辆收集信息的被动技术，如车道保持和驾驶持续时间及转向传感器，误报率很高。而ADDW法规规定了向主动监测驾驶员眼球运动过渡，标志着从被动技术向基于视觉的主动技术转变。

DMS传感器套件从L1到L4的演变

除了欧洲，其他主要地区也有类似法规。例如，国际汽车制造商协会和美国汽车制造商联盟都承诺到2025年建立标准化的后座提醒系统。中国交通运输部也发布了《交通运输部办公厅关于推广应用智能视频监控报警技术的通知》，明确提出加强驾驶员安全的要求。

DMS和OMS详解

DMS可实时监控和分析驾驶员，为计算机视觉算法提供数据。其主要目的是检测疲劳、分心、嗜睡、愤怒或其他可能影响驾驶的情绪状态，帮助系统采取适当措施来提高安全性。

评估驾驶员嗜睡或疲劳程度有几种现成的方法：

一是头部和视线追踪：监测驾驶员的头部位置和注意力水平，识别嗜睡、分心或伤病迹象，并提供警告，让驾驶员注意力重新集中于道路。先进的系统还可以调整汽车设置，以匹配驾驶员的眼睛，增强舒适性和安全性。

二是面部分析：提取驾驶员面部的有价值信息，包括年龄、性别和情绪，并以各种方式提高安全性和舒适性，如检测愤怒并进行相应干预，识别儿童存在以防止中暑事件，以及根据情绪个性化机舱设置。

三是人脸识别：只允许经验证的个人访问，降低汽车被盗风险；当经身份验证的人进入车辆时，系统可以记住并恢复驾驶员偏好，自动调整座椅位置、后视镜和娱乐选择等设置。

DMS技术大致分为两类：主动/直接监测和被动/间接监测。被动技术依赖车辆信息，如驾驶时长和车道保持等参数，以评估驾驶员疲劳程度，往往会出现更多误报，不太适合DMS应用。随着计算机视觉和人工智能（AI）技术的出现，以及需要眼动追踪的高级驾驶员嗜睡警告（ADDW）的要求，近年来基于视觉的DMS等主动方法日益凸显。它依赖安装在转向柱或A柱或其他位置的NIR摄像头来检测驾驶员生物特征，包括眼球运动、头部运动、打哈欠、使用手机和吸烟，以评估其当前状况。

被动/间接监测与主动/直接监测的区别

许多技术都可以实现DMS，如基于视觉的传感器、基于生物特征的参数、电容传感器、力和扭矩传感器等。到目前为止，已经采用了基于视觉的传感器、力/扭矩传感器等方法，如方向盘旋转、车道偏离和不规则加油门。例如本田驾驶员注意力监测平台、捷豹路虎驾驶员状态监测、梅赛德斯-奔驰注意力辅助、沃尔沃警报控制和大众疲劳检测。

目前的ADAS搭载了车道保持辅助（LKA）及离手检测（HOD）功能，但传统扭矩传感器有很多问题，容易失效。为了解决这些问题，电容传感是一种可行技术。它通过检测驾驶员的手吸收的电荷与方向盘接触时方向盘电容的变化来监测驾驶员对方向盘的抓握。这项技术只需一个连接方向盘内置传感器的芯片。

电容传感是一种成熟的技术，已在触摸屏和触摸传感按钮等中应用多年。由于其在座椅和方向盘中的潜力，截至2023年，一些试点项目和车辆使用了电容传感器。

基于电容的传感

OMS具有重要信号监测和手势控制等先进功能，主要使用ToF摄像头和/或雷达，例如理想L9的ToF摄像头和沃尔沃EX90的雷达模块。美国联邦通信委员会（FCC）等法规要求在新车中安装儿童在场检测系统，OMS的应用将越来越多。

不同主机厂的传感方法实例

主机厂搭载的车内传感器

就OMS而言，系统需要依赖雷达、ToF传感器等。通用汽车、日产等主机厂已将OMS集成到车辆中。NIR也为OMS提供了潜力，可以实现后座乘客监测等任务。这些系统还可以对车辆座舱进行实时调整，在发生事故时禁用较小乘客的安全气囊或对车辆内部进行预调节。

相比之下，其他一些技术，如EEG和ESG监测仍处于形成阶段。

截至2023年，DMS和OMS最常见的三种技术是NIR摄像头、ToF摄像头和雷达，每种传感器都有优缺点。

每种传感器的优缺点

是用雷达还是用摄像头？

从客舱监控传感器的分类可以看到当前主机厂采用的传感器类型分布。截至2023年，38%主机厂使用NIR传感器，33%使用3D ToF和2D NIR传感器组合。并非主机厂所有的车型都搭载了这些传感器，例如，沃尔沃EX90只在部分车型采用了车内雷达模块。

主机厂采用的传感器分布

2023年，DMS的主导技术仍然是2D NIR成像传感器（如CCD传感器等），并与LED照明和其他组件（透镜、芯片等）结合。不过，对高级功能日益增长的需求，如占用检测、增强安全功能（如儿童和宠物检测）及手势控制的集成，推动了对3D数据的需求。在OMS中收集3D信息的两种有前途的传感器是雷达和3D ToF摄像头。

目前，ToF摄像头和雷达模块的市场份额相对均衡。IDTechEx预计，平衡将在未来持续下去，尚未确定其中一方具有重大技术或成本优势。因此，这些传感器的选择通常取决于主机厂的偏好及当地法规。

先来看雷达，二十多年来，其在高级驾驶员辅助系统（ADAS）中发挥了重要作用。利用调频连续波（FMCW）编码系统的无线电波，雷达可以准确地测量视野内物体的距离和相对速度。不过，从历史上看，雷达模块主要用于外部，而不是车内应用。

现在奠定ADAS基础功能的雷达技术已在客舱中使用，如手势识别。有了额外的深度信息，雷达也将是DMS和OMS的理想选择，可以提供座椅加热开启、安全带警报检测、智能安全气囊展开、留守生命警告、自动空调系统等信息。

雷达可以测量亚毫米分辨率距离，通过测量身体微小运动（如呼吸）检测是否有人占据座位，还具有检测乘客生命体征的巨大潜力。

车内雷达的工作频率范围为60GHz至64GHz，属于无许可证ISM频段，探测距离通常在0.4米到2米，可有效覆盖内部空间。特斯拉官方最近表示，其Cybertruck电动皮卡搭载了OMS雷达模块，包括儿童在场检测和安全带提醒等功能。

与雷达模块类似，3D ToF摄像头也可用于OMS，利用LED或垂直腔表面发射激光器（VSCEL）等NIR照明及图像传感器操作。尽管一些供应商声称可以通过模糊人脸或仅在车载存储数据来解决这一问题，但隐私仍是摄像头的问题。

尽管DMS和OMS有很大的重叠和相似之处，但两者对IR LED和VCSEL的照明功率和分布角度要求有所不同。

DMS和OMS照明功率和分布角度

3D ToF摄像头的另一个限制是，与舱内雷达模块不同，无法通过阻隔物探测人或物体。此外，由于依赖计算机视觉技术，摄像头需要复杂的算法和重新校准，给其实现带来了复杂性。尽管如此，一些供应商仍在努力解决隐私问题，提高3D ToF摄像头的OMS整体能力。

OMS技术比较

到目前为止，3D ToF摄像头已在OMS中广泛采用，并不比雷达模块的功能逊色。不过，通过比较雷达模块和3D ToF摄像头的成本和功能，还是雷达模块机会较大。目前理想L9、宝马iX和新款极狐阿尔法S都使用3D ToF摄像头，而特斯拉和沃尔沃预计将使用雷达模块。

ToF摄像头模块成本估算

ToF传感器分辨率至关重要。英飞凌和迈来芯等的ToF传感器在DMS或OMS方面显示出巨大潜力。与RGB成像的传感器不同，ToF的成本高得多（舱内监测约为30美元），但3D ToF传感器/摄像头与传统2D摄像头相比更具优势。

舱内传感ToF传感器比较

走向多元化融合

总体而言，舱内传感技术的发展趋势是多元化和融合化。不同的传感器技术各有优劣，选择哪种技术取决于具体的应用场景和需求。未来，随着技术的不断进步和市场的不断扩大，我们有理由相信，舱内传感技术将为我们带来更智能、更安全的驾驶体验。

审核编辑：黄飞