汽車智能化，離不開硬件的迭代。

即將亮相的理想L9（理想ONE之后的第二款車）將搭載3D-ToF傳感器，除了駕駛員眼睛注視和頭部跟蹤監控，還將作為理想自研的深度學習+多模態三維空間交互技術的主要硬件載體。而此前，大部分用于檢測駕駛員疲勞的駕駛員監測系統 (DMS)均采用成本較低的傳統2D可見光攝像頭（配合IR紅外LED）。當應用需要高距離精度以及三維成像時，3D ToF具有明顯的優勢。

一般而言，ToF傳感器的圖像處理深度精度比2D攝像頭（視頻流）要高。例如，在一米距離內，ToF利用VCSEL（可選光源的一種）通常可實現1%（也就是1cm）的距離精度，而2D攝像頭無法達到這種精度。

3D TOF發出均勻的表面光源，即使長距離也不會產生大量的衰減（和傳統3D結構光技術相比）；其次，TOF 3D鏡頭幀率較高，能夠接收動態信息，更適合動態場景。同時，TOF技術還具有較低的功耗，適用于嵌入式開發應用。

這意味著，基于3D ToF開發的安全功能應用包括駕駛員疲勞檢測功能，以及乘員/兒童座椅檢測，可以實現更精確的安全氣囊控制。使用ToF攝像頭，還可以實現其他一些安全功能，例如手握方向盤檢測、視線、頭部姿勢、身體姿勢檢測和高級安全帶應用。

同時，從DMS到OMS，3D ToF還可以應用于物體遺留監測以及物體的分類和識別等。車內安全功能一般主要是防偽面部檢測，用于實現可靠的駕駛員識別（比如，用于車門開鎖、啟動）以及在線支付安全授權。

此外，還有車外感知的應用，比如，基于3D ToF技術的Flash激光雷達。不過，和攝像頭不同，激光雷達在應用場景、結構設計和發射光波長等方面存在不同。當然，攝像頭成本更低。

一、

實際上，基于ToF的3D攝像頭感知系統早在2015年前后已經上車，主要用于艙內手勢交互功能。當時的系統QVGA分辨率較低（320x240像素），以及較窄的視場角。

但3D ToF的優勢非常明確。

3D ToF是一種無掃描光探測和測距技術（調制光源主動照射物體），基于持續的光脈沖，從特定指向場景捕捉深度信息（通常在短距離）。

ToF技術路線以獨特方式結合高分辨率深度和幅度（灰度）映射，可滿足許多內部傳感應用的需求。根據3D深度差異進行分類，而而無需前景和背景之間存在顏色或灰度對比即可在許多復雜的應用中識別人和物體。

此外，ToF攝像頭可同時提供兩個輸出。第一個是深度圖像視頻流，輸出偽彩色圖像（其中彩色代表深度）或點云，再通過檢測算法和神經網絡進行處理。第二個是代表反射信號強度的幅度圖像，又稱置信度圖像，近紅外2D視頻流，并且不受日光影響。

這其中，對于駕駛員監控系統來說，眼動追蹤是核心技術，也是確保系統可靠性和準確度的關鍵。傳統方式主要通過軟件算法來解決，但基于深度傳感相機顯然可以實現更低的軟件開發成本和更高的性能。

而對于DMS解決方案提供商以及主機廠來說，接下來艙內視覺感知交互是一個真正的挑戰，因為法規正在聚焦L2+/L3級自動輔助駕駛的人機交互。

今年初，美國公路安全保險協會（IIHS）正式發布了一項針對輔助駕駛系統的新評級體系，明確要求搭載相關系統的新車必須采取安全措施（包括方向盤離手監測、駕駛員注意力監測），以幫助駕駛員保持專注。

此外，隨著歐洲NCAP的新法規陸續實施，基于視覺的駕駛員監控功能將成為新車拿到五星評級的必要條件。按照計劃，從2022年6月開始，所有進入歐盟市場的新車都必須配備類似的安全系統，包括駕駛員困倦和注意力警告。

目前，新車搭載視覺DMS系統，主要分為兩類：一是作為座艙的交互體驗升級，基于FaceID功能的延展，代替傳統的非視覺監測系統；二是用于L2+/L3等高階自動輔助駕駛系統的標配項，但后者的比重較低。

高工智能汽車研究院監測數據顯示，2021年國內乘用車市場（不含進出口）標配視覺DMS（駕駛員監控）新車上險量為54.33萬輛（同比增長228.87%），前裝搭載率僅為2.66%。

此外，2021年度中國市場新車（不含進出口）前裝標配搭載L2級ADAS功能上險量為395.62萬輛，不過，同時搭載DMS艙內視覺監測系統的比例不到20%。

這意味著，駕駛員監控系統的門檻將進一步提升，僅僅基于人臉識別（簡單的常見模式，比如，頭部運動、打哈欠、眼瞼閉合）的低價方案將被“淘汰出局”。眼球跟蹤（凝視方向）、面部表情及情緒監測等更精準技術將成為主流趨勢。

英偉達公司相關負責人表示，融合不同的傳感器是增強座艙監控系統魯棒性的重要方法。3D ToF圖像傳感器可以在惡劣的光照條件下捕捉深度和紅外圖像，這是現有傳統方案的最大瓶頸。

二、

市場需求的變化，間接帶動前裝方案尤其是硬件的變化。就在今年初，英飛凌開始在中國市場啟動3D TOF前裝量產的“熱身”。

比如，結合3D ToF和RGB攝像頭，可以實現低光/暗光場景下得到高質量的深度信息。同時，在3D建模、AR/VR在內的更多場景，還有人臉識別和移動支付等對安全性要求極高的應用場景，提供精準可靠的數據。

比如，拿到理想量產定點的虹軟科技，就是英飛凌在中國的合作伙伴，并將ArcSoft ToF 3D Face ID應用（此前在手機行業）拓展至汽車領域，通過檢測深度信息，實現車載人臉識別防偽以及艙內人機交互。

由于TOF具備魯棒性、高準確性以及在低光下的高性能，比如，ArcSoft ToF DMS可以有效輔助DMS檢測駕駛員的頭部姿態和位置坐標信息，大大提升駕駛員分心/危險行為檢測的準確率。

此外，ArcSoft ToF OMS可對乘客所處的位置進行更精準的判斷，以便在發生事故時可以通過計算乘客頭部、身體的姿態，彈出安全氣囊時可以控制對應的角度和強度做到更有效的防護等等。

更關鍵的是數據安全。

3D ToF技術路線將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的方式呈現出虛擬圖像(類似點云)，而并非RGB彩色圖像，實現獲得人的輪廓和行為，而不會造成隱私問題。

而另一家3D ToF全棧自研方案商——奧銳達，依托母公司奧比中光的3D視覺傳感技術研發資源，在車載3D視覺領域提供可模塊化定制產品及解決方案。

該公司認為，以3D視覺感知為代表的生物識別技術已經在手機、線下零售刷臉支付等行業實現成熟商用，而在智能汽車行業，3D視覺感知技術的應用才剛剛興起，具有著廣闊的市場空間。

目前，奧銳達已經開發出車規級面向前裝市場的車載3D TOF人臉識別攝像頭。客戶可基于該模組開發車內物品檢測、乘客屬性分析、刷臉開門、車載3D Face ID、駕駛行為檢測、手勢識別等智能座艙應用。

此外，這套車載3D TOF攝像頭方案，以車規級3D iTOF系統參考設計，主動成像抗干擾性好，適用車內外各種場景。同時，模組可定制結構設計，“身型”小巧，可以靈活匹配到各種車內安裝位置上，并適配高通、NXP、TI等多個汽車級硬件平臺。

更關鍵的來自于3D ToF技術在艙內交互上的方案復用。

而在英飛凌看來，3D ToF和傳統方案的對比，應該放在整車系統級BOM成本進行考量。“ToF攝像頭可以減少座椅和安全帶等其他傳感器等電子系統的BOM用料。”

同時，在車外環境，相對成熟的短距Flash激光雷達（10米探測范圍內），可以支持自動代客泊車功能，而攝像頭則可以支持3D身份驗證的人臉識別。

按照ToF傳感芯片方案供應商Melexis的說法，在實現人臉識別、駕駛員監測系統功能的同時，3D ToF技術的精準眼球視線定位能力，可同時協助AR HUD實現動態校正。