生物識(shí)別技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

寧波市鄞州職業(yè)高級(jí)中學(xué) 顧雯斌

科技的進(jìn)步迅速帶動(dòng)了各行各業(yè)的發(fā)展，對(duì)于汽車市場(chǎng)來說，可謂是“質(zhì)的飛躍”。汽車本身向著智能化、電子化的方向不斷進(jìn)步，它們?cè)谌粘Ｉ钪芯秃孟褚晃毁N心的管家，不僅能替你遮風(fēng)擋雨，也在潛移默化地改變著人們對(duì)于汽車的認(rèn)知。在當(dāng)下這個(gè)黑科技爆炸的時(shí)代，諸多先進(jìn)科技的誕生足以改變?nèi)藗兾磥淼纳睿渲猩镒R(shí)別技術(shù)便是其中之一。

1 生物識(shí)別技術(shù)

所謂生物識(shí)別技術(shù)就是，通過計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性（如手形、指紋、臉形、虹膜、視網(wǎng)膜、脈搏、耳廓等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)、按鍵力度等）來進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定?；谏鲜鎏卣?，人們已經(jīng)發(fā)展了手形識(shí)別、指紋識(shí)別、面部識(shí)別、發(fā)音識(shí)別、虹膜識(shí)別、簽名識(shí)別等多種生物識(shí)別技術(shù)，人們常見的手機(jī)指紋解鎖及面部識(shí)別解鎖就是基于生物識(shí)別技術(shù)打造的。根據(jù)IBG（International Biometric Group，國(guó)際生物識(shí)別小組）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，市場(chǎng)已有多種針對(duì)不同生理特征和行為特征的應(yīng)用，其中，占有率最高的就是指紋識(shí)別了。2018年12月17日，中國(guó)駐英國(guó)大使劉曉明向諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主、倫敦政治經(jīng)濟(jì)學(xué)院教授克里斯托弗·皮薩里德斯頒發(fā)中國(guó)駐英國(guó)使領(lǐng)館首張生物識(shí)別簽證。生物識(shí)別技術(shù)比傳統(tǒng)的身份鑒定方法（如身份標(biāo)識(shí)物品和身份標(biāo)識(shí)知識(shí)等）更具安全、保密和方便性。生物識(shí)別技術(shù)具不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時(shí)隨地可用等優(yōu)點(diǎn)。

2 生物識(shí)別技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的汽車領(lǐng)域目前正沿著智能汽車、無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)方向邁進(jìn)。生物識(shí)別技術(shù)將更廣泛地參與汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和創(chuàng)新，傳統(tǒng)汽車廠商、汽車電子企業(yè)、半導(dǎo)體廠家、金融支付廠家在汽車領(lǐng)域的安全、支付、輔助駕駛等方面，都開始利用生物識(shí)別技術(shù)展開了一些列新的動(dòng)作。在汽車行業(yè)，生物識(shí)別技術(shù)可以讓系統(tǒng)對(duì)駕駛?cè)说纳矸葸M(jìn)行識(shí)別，大大省去繁瑣的操作步驟；使用人臉識(shí)別技術(shù)判斷臉部表情變化、識(shí)別情緒；利用眼球追蹤技術(shù)，研究駕駛?cè)耸欠穹中?，判斷個(gè)人興趣取向、心理狀況，甚至進(jìn)行游戲交互等；利用監(jiān)測(cè)心率和腦電波等信息，監(jiān)測(cè)駕駛?cè)说慕】禒顩r、注意力集中程度、疲勞程度、情緒等，最大程度保證行車安全。這些相關(guān)應(yīng)用突破了傳統(tǒng)范疇的生物識(shí)別技術(shù)的定義的“識(shí)別”和“鑒權(quán)”的主要應(yīng)用范圍，可以說是一種更廣義范疇的生物識(shí)別技術(shù)應(yīng)用。

在了解了生物識(shí)別技術(shù)的相關(guān)概念和應(yīng)用后，那么生物識(shí)別技術(shù)會(huì)給汽車領(lǐng)域帶來哪些創(chuàng)新？汽車中又會(huì)涉及到哪些生物識(shí)別技術(shù)？筆者結(jié)合幾個(gè)國(guó)際公司在汽車生物識(shí)別應(yīng)用方面的一些進(jìn)展和實(shí)例進(jìn)行說明。

2.1 德國(guó)大陸集團(tuán)基于指紋識(shí)別技術(shù)的起動(dòng)系統(tǒng)

德國(guó)大陸集團(tuán)使用生物識(shí)別技術(shù)加強(qiáng)汽車安全等級(jí)，給汽車注入生物識(shí)別元素，只用1把車鑰匙無法起動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，還需要再進(jìn)行駕駛?cè)说闹讣y認(rèn)證，這樣的雙重認(rèn)證大大提升了汽車的防盜性能。

2.2 德國(guó)大陸集團(tuán)基于人臉識(shí)別技術(shù)的無鑰門禁系統(tǒng)

如圖1所示，車內(nèi)安裝有1個(gè)攝像頭，用于進(jìn)行人臉識(shí)別，然后將其連接到信息系統(tǒng)，判斷出具體的駕駛?cè)耍瑥亩鴮?duì)汽車進(jìn)行個(gè)性化配置，例如座椅和后視鏡的位置、音樂、溫度和導(dǎo)航等。

2.3 捷豹路虎公司基于眼球追蹤技術(shù)的汽車風(fēng)窗玻璃清潔系統(tǒng)

眼球追蹤技術(shù)是一項(xiàng)科學(xué)應(yīng)用技術(shù)，當(dāng)人的眼睛看向不同方向時(shí)，眼部會(huì)有細(xì)微的變化，這些變化會(huì)產(chǎn)生可以提取的特征，計(jì)算機(jī)可以通過圖像捕捉或掃描提取這些特征，從而實(shí)時(shí)追蹤眼睛的變化，預(yù)測(cè)用戶的狀態(tài)和需求，并進(jìn)行響應(yīng)，達(dá)到用眼睛控制設(shè)備的目的。眼球追蹤技術(shù)，一是根據(jù)眼球和眼球周邊的特征變化進(jìn)行跟蹤；二是根據(jù)虹膜角度變化進(jìn)行跟蹤；三是主動(dòng)投射紅外線等光束到虹膜來提取特征。眼球追蹤技術(shù)是當(dāng)代心理學(xué)研究的重要技術(shù)，廣泛運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)心理學(xué)、應(yīng)用心理學(xué)、工程心理學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域。

捷豹路虎公司的汽車風(fēng)窗玻璃清潔系統(tǒng)便采用了眼球追蹤技術(shù)，使用追蹤傳感器監(jiān)測(cè)駕駛?cè)说难鄄縿?dòng)作。追蹤傳感器由攝像頭、紅外傳感器或光學(xué)傳感器組成，可安裝于汽車頂篷、儀表盤或轉(zhuǎn)向盤，一旦追蹤傳感器識(shí)別到駕駛?cè)说难鄄縿?dòng)作，系統(tǒng)便起動(dòng)刮水器對(duì)風(fēng)窗玻璃進(jìn)行清潔，讓駕駛?cè)双@得更好的視野。捷豹路虎公司稱，即使在有陽(yáng)光或駕駛?cè)舜髦坨R、墨鏡的情況下，追蹤傳感器仍然能夠輕松地捕捉到駕駛?cè)说难鄄縿?dòng)作。采用眼球追蹤技術(shù)的汽車風(fēng)窗玻璃清潔系統(tǒng)有助于駕駛?cè)藢⒛抗庾⒁饬Ρ３衷谇胺降穆访嫔?，提高安全性。另外，該系統(tǒng)還具有智能特性，如果剛剛駕駛?cè)艘呀?jīng)手動(dòng)使用過刮水器清潔過玻璃，那么當(dāng)駕駛?cè)嗽僖淮我驗(yàn)槠渌虺霈F(xiàn)相同的眼神時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷當(dāng)前無需再一次觸發(fā)命令，保證駕駛?cè)艘暰€已經(jīng)足夠清晰，而不用重復(fù)進(jìn)行清理。

2.4 捷豹路虎公司基于面部識(shí)別和步態(tài)識(shí)別技術(shù)的汽車門禁控制系統(tǒng)

捷豹路虎公司基于面部識(shí)別和步態(tài)識(shí)別技術(shù)的汽車門禁控制系統(tǒng)，利用車上的攝像頭連接生物識(shí)別軟件系統(tǒng)，在駕駛?cè)丝拷嚂r(shí)，通過面部識(shí)別和步態(tài)識(shí)別，對(duì)其身份進(jìn)行辨認(rèn)，駕駛?cè)松踔量梢酝ㄟ^特殊的手勢(shì)解鎖特定的車門。

2.5 捷豹路虎公司其他基于生物識(shí)別技術(shù)的系統(tǒng)簡(jiǎn)介

捷豹路虎公司使用轉(zhuǎn)向盤中的傳感器，可以對(duì)駕駛?cè)说哪X電波進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)朔中暮螅瑫?huì)嘗試通過振動(dòng)轉(zhuǎn)向盤來提醒其集中精力；另外，捷豹路虎公司還有一款預(yù)測(cè)性的攝像頭系統(tǒng)，對(duì)于用戶手勢(shì)進(jìn)行識(shí)別，取代之前手指接觸顯示屏的操作；還有健康檢測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)駕駛?cè)说膲毫托穆剩{(diào)整情緒照明系統(tǒng)，幫助減少壓力。具體相關(guān)技術(shù)可參閱圖2。

2.6 沃爾沃公司基于面部識(shí)別的防疲勞駕駛技術(shù)

沃爾沃公司基于面部識(shí)別的防疲勞駕駛技術(shù)，在A柱內(nèi)側(cè)安裝有攝像頭（圖3），用于時(shí)刻拍攝駕駛?cè)说哪?，在儀表盤下方安裝有2個(gè)紅外線探頭（圖4），用于探測(cè)駕駛?cè)说难鄄縿?dòng)作，如果駕駛?cè)碎L(zhǎng)時(shí)間閉眼（持續(xù)閉眼3 s以上），則車內(nèi)就會(huì)發(fā)出“嘀嘀”的警告聲。注意圖5中右側(cè)的曲線，沃爾沃公司稱是表示駕駛?cè)说淖⒁饬?，如果注意力集中，兩眼一直目視前方，則紅藍(lán)曲線會(huì)重合，如果有一只眼睛沒有看前方，則紅藍(lán)曲線便分離，并根據(jù)時(shí)間來發(fā)出提醒。

圖2 捷豹路虎公司在汽車上應(yīng)用的生物識(shí)別技術(shù)

圖3 安裝與A柱內(nèi)側(cè)的攝像頭

圖4 安裝于儀表盤下方的紅外線探頭

圖5 對(duì)駕駛?cè)俗⒁饬Φ谋O(jiān)測(cè)

2.7 美國(guó)通用汽車公司基于面部識(shí)別技術(shù)的半自動(dòng)駕駛超級(jí)巡行系統(tǒng)

美國(guó)通用汽車公司（GM）的半自動(dòng)駕駛超級(jí)巡行（Super Cruise）系統(tǒng)采用了面部識(shí)別技術(shù)，允許駕駛?cè)嗽诟咚俟飞献屍囎詣?dòng)駕駛，但如果道路上有太多拐彎，系統(tǒng)能夠根據(jù)駕駛?cè)说拿娌繝顟B(tài)，幫助判斷駕駛?cè)说淖⒁饬κ羌羞€是昏昏欲睡或分心，一旦檢測(cè)到駕駛?cè)藳]有集中精力，便會(huì)發(fā)出一系列警報(bào)（振動(dòng)座椅、播放事先錄制好的音頻信息、啟動(dòng)紅的指示等），以通知駕駛?cè)藢?duì)車輛采取控制措施。如果駕駛?cè)宋磳?duì)自動(dòng)駕駛汽車發(fā)出的警報(bào)做出響應(yīng)，通用的OnStar人工系統(tǒng)將會(huì)與駕駛?cè)藴贤?，車輛還會(huì)自動(dòng)減速并停車，然后打開危險(xiǎn)警告燈。通用汽車公司采用超級(jí)巡行（Super Cruise）的車輛將允許駕駛?cè)碎L(zhǎng)時(shí)間將雙手離開轉(zhuǎn)向盤（圖6）。

圖6 駕駛?cè)碎L(zhǎng)時(shí)間雙手離開轉(zhuǎn)向盤

2.8 美國(guó)Olea傳感器網(wǎng)絡(luò)公司基于心率監(jiān)控的汽車安全帶

美國(guó)Olea傳感器網(wǎng)絡(luò)公司立足于開發(fā)智能傳感器，并提供基于傳感器的安全系統(tǒng)分析軟件。該公司開發(fā)了一款自帶Olea Sense分析軟件的汽車安全帶，該汽車安全帶能夠無需接觸皮膚或布線就可以檢測(cè)穿戴者的心率，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)后通過藍(lán)牙上傳至云端，在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，觸發(fā)自動(dòng)緊急服務(wù)報(bào)警。除了應(yīng)用于汽車安全之外，Olea 的 Heart Signature 技術(shù)，讓系統(tǒng)可以基于駕駛?cè)霜?dú)特的心臟數(shù)據(jù)，進(jìn)行個(gè)性化智能汽車設(shè)置。

2.9 哈曼國(guó)際基于瞳孔狀態(tài)的疲勞駕駛系統(tǒng)

哈曼（已被三星收購(gòu)）是全球領(lǐng)先的音響產(chǎn)品制造商，該公司曾研發(fā)了一款系統(tǒng)，能通過分析駕駛?cè)说耐谞顟B(tài)，來判斷駕駛?cè)说钠诤头中牡某潭?，然后和汽車?nèi)置的安全功能相結(jié)合，對(duì)駕駛?cè)说臓顟B(tài)作出反應(yīng)，例如系統(tǒng)會(huì)將駕駛?cè)耸褂玫氖謾C(jī)等設(shè)備設(shè)置為免打攪模式，保證駕駛?cè)瞬粫?huì)進(jìn)一步分心。

2.10 美國(guó)Synaptics公司的指紋傳感器

美國(guó)Synaptics公司主要提供移動(dòng)計(jì)算、通信和娛樂設(shè)備人機(jī)界面交互開發(fā)解決方案設(shè)計(jì)制造公司，其在收購(gòu)指紋識(shí)別傳感器制造商Validity Sensors 后，正式進(jìn)入指紋識(shí)別市場(chǎng)。Synaptics面向汽車的最新產(chǎn)品系列包括Natural ID?指紋傳感器，它可以讓指紋傳感器嵌入到車內(nèi)和車身大多數(shù)部位，例如門把手、轉(zhuǎn)向盤和起動(dòng)按鈕。用戶通過生物識(shí)別身份驗(yàn)證后，可打開車鎖、調(diào)節(jié)座椅和后視鏡、點(diǎn)火、按自己的偏好設(shè)置娛樂系統(tǒng)及設(shè)定防盜措施。

2.11 VISA基于語(yǔ)音和指紋識(shí)別技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)汽車支付系統(tǒng)

VISA是一個(gè)信用卡品牌，由位于美國(guó)州市的Visa 國(guó)際組織負(fù)責(zé)經(jīng)營(yíng)和管理，是國(guó)際支付領(lǐng)域的重要機(jī)構(gòu)。VISA和埃森哲咨詢公司一起組建團(tuán)隊(duì)開發(fā)未來智能汽車方面的應(yīng)用，旨在將電子商務(wù)帶向互聯(lián)網(wǎng)汽車領(lǐng)域，有望將語(yǔ)音識(shí)別、指紋識(shí)別等技術(shù)用于互聯(lián)網(wǎng)汽車的支付系統(tǒng)，讓智能汽車可以更加方便地進(jìn)行移動(dòng)購(gòu)物和網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物。

2.12 起亞汽車公司的全新實(shí)時(shí)情感自適應(yīng)駕駛系統(tǒng)座艙

第52屆消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)（Consumer Electronics Show，簡(jiǎn)稱CES）上，起亞汽車公司帶來了與麻省理工學(xué)院（MIT）媒體實(shí)驗(yàn)室合作研發(fā)的全新實(shí)時(shí)情感自適應(yīng)駕駛系統(tǒng)（R.E.A.D，即Real-time Emotion Adaptive Driving）座艙（圖7），這套實(shí)時(shí)情感自適應(yīng)駕駛系統(tǒng)的目的是改善人類的移動(dòng)出行體驗(yàn)。該套系統(tǒng)可以通過基于人工智能的生物信號(hào)識(shí)別技術(shù)，即時(shí)分析駕駛者的情緒狀態(tài)，從而優(yōu)化和個(gè)性化定制車輛乘坐空間，根據(jù)其評(píng)估調(diào)整內(nèi)部環(huán)境，改變座艙內(nèi)燈光、氣溫、音樂類型，從而創(chuàng)造更愉快的移動(dòng)體驗(yàn)。其中，R.E.A.D. Me是單人駕駛座艙，R.E.A.D. Now是雙人駕駛座艙，而圖9中展示的R.E.A.D. Motion則是4人座艙，模擬了一個(gè)“移動(dòng)工作空間”，可用作為商務(wù)旅行，進(jìn)行實(shí)時(shí)電話會(huì)議等，乘客還可以使用V-Touch手勢(shì)控制查看行程、會(huì)議記錄、打開電子郵件等。

在國(guó)內(nèi)，在汽車生物識(shí)別領(lǐng)域最有希望的可能要數(shù)歐菲光了。該公司具有國(guó)內(nèi)最大的指紋模組工廠，同時(shí)也在南昌成立了相關(guān)的生物識(shí)別技術(shù)公司。其在生物識(shí)別領(lǐng)域，特別是指紋識(shí)別領(lǐng)域表現(xiàn)突出，同時(shí)也涉及攝像頭、觸控、人臉識(shí)別等相關(guān)業(yè)務(wù)，去年又在上海花巨資設(shè)立了上海歐菲智能車聯(lián)有限公司，加強(qiáng)汽車電子、智能駕駛和車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)布局，所以未來應(yīng)該可以觀察到其在汽車生物識(shí)別領(lǐng)域的相關(guān)表現(xiàn)。

圖7 起亞汽車公司的全新實(shí)時(shí)情感自適應(yīng)駕駛系統(tǒng)座艙

3 未來生物識(shí)別技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì)

根據(jù)以上的相關(guān)公司在生物識(shí)別領(lǐng)域的案例介紹和分析，未來生物識(shí)別技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用呈現(xiàn)3大主要應(yīng)用趨勢(shì)。

（1）汽車安全。這一類應(yīng)用主要集中于汽車自身安全防護(hù)方面，例如門禁、起動(dòng)控制、防盜系統(tǒng)，甚至有相關(guān)駕照資格的核實(shí)等，涉及到的生物識(shí)別技術(shù)包括人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、步態(tài)識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別等。

（2）輔助駕駛。這一類應(yīng)用主要包括駕駛?cè)说鸟{駛狀態(tài)監(jiān)測(cè)，例如有無分神、犯困、緊急健康狀況等；輔助駕駛?cè)说鸟{駛操作，例如打開刮水器、調(diào)節(jié)座椅等；也包括對(duì)于車外行人和自行車的監(jiān)測(cè)，以防發(fā)生交通事故，涉及到的生物識(shí)別技術(shù)包括人臉識(shí)別、眼球追蹤、腦電波識(shí)別、心率識(shí)別等。

（3）個(gè)人服務(wù)。這一類應(yīng)用應(yīng)該包括給個(gè)人提供汽車聯(lián)網(wǎng)支付認(rèn)證業(yè)務(wù)、監(jiān)測(cè)個(gè)人的健康和舒適狀況、提供適合駕駛的環(huán)境和娛樂服務(wù)等，涉及到的生物識(shí)別技術(shù)包括語(yǔ)音識(shí)別、指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別等。