你的车正在监视你。这不是妄想症或科幻小说。它是高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 革命的重要组成部分。ADAS 技术旨在提高车辆安全性和驾驶效率，监控车辆内外的状况，以主动预防事故并确保极佳的舒适度。
在车内，驾驶员监控系统 (DMS) 和乘员监控系统 (OMS) 是 ADAS 的关键组件。这些警觉的眼睛通过观察驾驶员和乘客的状态和行为，来确保车内安全、舒适。通过 DMS 和 OMS，可以检测驾驶员是否分心、驾驶疲劳，甚至还能检测是否有无人看管的儿童或宠物，这对于 ADAS 实现减少道路事故的目标发挥着至关重要的作用。它们还可用于通过支持手势控制和面部识别等功能来增强用户体验，以进行驾驶员身份验证。
DMS 和 OMS 本质上是先进的机器视觉系统，其效能高度依赖于所使用的照明技术。传统上，发光二极管 (LED) 照明器为摄像头和传感器提供必要的光线。
但随着 ADAS 技术的进步，设计师努力提高 DMS 和 OMS 组件效率和可靠性。特别是，他们希望提高在较差光条件和宽温度范围内运行的能力。他们还希望增强系统功能，例如加入 3D 感应功能。出于所有这些目的，人们开始探索垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 作为光源。
与 LED 相比，VCSEL 具有众多优势，例如改善深度感知和最大限度降低“红光”干扰。VCSEL 有望改变 ADAS 的这些关键组件。在此，我们将探讨照明在 DMS 和 OMS 中的重要作用，研究 LED 技术的局限性，并讨论 VCSEL 在增强 ADAS 汽车安全功能方面的变革潜力。
监控系统基础知识
DMS 和 OMS 的总体配置非常相似。它们使用近红外光源照亮感目标区域，使用摄像头和传感器扫描场景影像，然后使用各种处理硬件和软件来解读看到的内容。近红外照明是首选照明方式，因为肉眼看不见近红外光，所以它不会分散驾驶员的注意力或降低能见度，但使用廉价的传感器仍然能够轻松检测到。
然而，DMS 和 OMS 在细节上确实有所不同。DMS 的主要功能是监控驾驶员的行为和清醒程度。因此，DMS 通常只能照亮和查看车辆内预期驾驶员所在的有限区域。DMS 可能会返回有关驾驶员眼球运动、头部位置甚至心率等生理指标的数据。这样它能就够探测并警告驾驶员潜在的危险行为，例如分心或困倦，从而显著降低事故风险。
OMS 将这种监控范围扩展到车内的所有乘客。这些系统会评估每个乘员的存在、大小和位置，在发生碰撞时优化安全气囊等安全功能。它们对于检测儿童及宠物等易受伤害的乘客尤其重要。
Coherent 生产多种 VCSEL 阵列产品，适用于需要大照明区的 3D 传感任务，包括驾驶监控系统 (DMS)、乘客监控系统 (OMS) 和手势识别。
照明概念
出于多种原因，近红外 LED 照明器已成为舱内监控系统的支柱。首先，它们是一种广泛使用、广为人知且经过验证的技术。与其他照明技术相比，它们的成本效益也很高。LED 的能效高，这在汽车应用中尤其重要，尤其是电动汽车 (EV)。它们结构紧凑、耐用、可靠且寿命长。
尽管有这些优点，LED 也有局限性。此外，随着 DMS 和 OMS 的发展，这些缺点变得更加明显。
LED 的一个关键问题是所谓的“红光”。LED 发出的光谱相对较宽。因此，尽管其峰值输出波长可能是位于不可见红外区域的 940 nm，但它仍然可以发出一些可见红光。红光可能会在视觉上干扰驾驶员或分散驾驶员的注意力，尤其是在夜间或其他光线不足的情况下。这也会影响美观。
与大多数激光源一样，VCSEL 产生接近单色的输出。940 nm VCSEL 几乎不产生可见光。因此没有红光。
VCSEL 的输出光谱窄，这是其优于 LED 的另一个优势。具体来说，将 VCSEL 与光学“带通滤光片”配对，以消除场景中的环境光（阳光和人造光源），就要容易得多了。环境光可能会在监测系统中引入噪音和错误，导致读数错误或准确性降低。
带通滤光片是放置在摄像头系统中的光学元件，仅传输特定范围的波长。当与 VCSEL 配合使用时，带通滤光片几乎可以阻挡除峰值发射波长周围极小范围之外的所有信号。即使在非常明亮的环境光（如直射阳光）下也能正常运行。相比之下，LED 必须使用更宽的带通滤光片才能让其所有光线通过。但是，这样也会透过更多不需要的环境光。
与 LED 相比，VCSEL 在温度发生变化时也能保持更一致的波长和输出功率。这种稳定性在汽车应用中至关重要，因为这意味着系统在多种温度下都能提供一致的结果。此外，VCSEL 随温度变化的波长稳定性进一步增强了与窄带通滤光片配合使用的能力。否则，VCSEL 输出可能会移到滤光片的带通之外，降低系统效率。
VCSEL 拥有激光源的另一个关键特性。也就是说，它们看起来是一个非常小的光源，在相对较窄的角度范围内输出。相比之下，LED 基本上可以照射整个半球。任何试图缩小输出功率的方案，最终都会浪费光线。
这样可以轻松地将 VCSEL 的角输出与摄像头系统的视野相匹配。换句话说，VCSEL 仅照亮所需区域，并且不会造成任何光损失。这比 LED 效率高得多，因为 LED 通常需要更大的功率才能在传感器上达到相同的有效照明水平。
VCSEL 的另一个特点使 DMS 和 OMS 远远超出当前基于 LED 的系统的能力。具体来说，这就是以极高速度（超过 50 MHz）调制（脉冲）VCSEL 输出的能力。LED 无法做到这一点。
这种快速脉冲的好处是它可以用于 3D 传感。这可以通过直接飞行时间 (dToF) 或间接飞行时间 (iToF) 技术来实现。dToF 方法只是测量 VCSEL 脉冲从物体反弹并返回传感器所需的时间。时间测量值用于计算物体之间的距离。在 iToF 中，系统利用反射光波的相移来确定距离。在环境光干扰或需要快速距离计算等因素导致难以使用 dToF 方法或准确性降低的情况下，这种最新方法可能会更有效。
Coherent 高意相信，通过将 DMS 和 OMS 中的 LED 改换为 VCSEL，将提高系统效率和性能。更重要的是，它可以显著提升这些组件的功能。作为全球顶级 VCSEL 生产商之一，我们的产品适用于多种应用，而且特别注重高功率、可靠性和效率。此外，我们通过垂直整合，能够制造和封装符合 AEC-Q102 标准的 VCSEL 和照明模块，使 ADAS 设计人员能够充分利用该技术的优势。
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