生物识别技术在汽车上的应用

宁波市鄞州职业高级中学 顾雯斌

科技的进步迅速带动了各行各业的发展，对于汽车市场来说，可谓是“质的飞跃”。汽车本身向着智能化、电子化的方向不断进步，它们在日常生活中就好像一位贴心的管家，不仅能替你遮风挡雨，也在潜移默化地改变着人们对于汽车的认知。在当下这个黑科技爆炸的时代，诸多先进科技的诞生足以改变人们未来的生活，其中生物识别技术便是其中之一。

1 生物识别技术

所谓生物识别技术就是，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性（如手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等）和行为特征（如笔迹、声音、步态、按键力度等）来进行个人身份的鉴定。基于上述特征，人们已经发展了手形识别、指纹识别、面部识别、发音识别、虹膜识别、签名识别等多种生物识别技术，人们常见的手机指纹解锁及面部识别解锁就是基于生物识别技术打造的。根据IBG（International Biometric Group，国际生物识别小组）的统计结果，市场已有多种针对不同生理特征和行为特征的应用，其中，占有率最高的就是指纹识别了。2018年12月17日，中国驻英国大使刘晓明向诺贝尔经济学奖得主、伦敦政治经济学院教授克里斯托弗·皮萨里德斯颁发中国驻英国使领馆首张生物识别签证。生物识别技术比传统的身份鉴定方法（如身份标识物品和身份标识知识等）更具安全、保密和方便性。生物识别技术具不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点。

2 生物识别技术在汽车上的应用

传统的汽车领域目前正沿着智能汽车、无人驾驶、车联网等新兴技术方向迈进。生物识别技术将更广泛地参与汽车领域的应用和创新，传统汽车厂商、汽车电子企业、半导体厂家、金融支付厂家在汽车领域的安全、支付、辅助驾驶等方面，都开始利用生物识别技术展开了一些列新的动作。在汽车行业，生物识别技术可以让系统对驾驶人的身份进行识别，大大省去繁琐的操作步骤；使用人脸识别技术判断脸部表情变化、识别情绪；利用眼球追踪技术，研究驾驶人是否分心，判断个人兴趣取向、心理状况，甚至进行游戏交互等；利用监测心率和脑电波等信息，监测驾驶人的健康状况、注意力集中程度、疲劳程度、情绪等，最大程度保证行车安全。这些相关应用突破了传统范畴的生物识别技术的定义的“识别”和“鉴权”的主要应用范围，可以说是一种更广义范畴的生物识别技术应用。

在了解了生物识别技术的相关概念和应用后，那么生物识别技术会给汽车领域带来哪些创新？汽车中又会涉及到哪些生物识别技术？笔者结合几个国际公司在汽车生物识别应用方面的一些进展和实例进行说明。

2.1 德国大陆集团基于指纹识别技术的起动系统

德国大陆集团使用生物识别技术加强汽车安全等级，给汽车注入生物识别元素，只用1把车钥匙无法起动汽车的发动机，还需要再进行驾驶人的指纹认证，这样的双重认证大大提升了汽车的防盗性能。

2.2 德国大陆集团基于人脸识别技术的无钥门禁系统

如图1所示，车内安装有1个摄像头，用于进行人脸识别，然后将其连接到信息系统，判断出具体的驾驶人，从而对汽车进行个性化配置，例如座椅和后视镜的位置、音乐、温度和导航等。

2.3 捷豹路虎公司基于眼球追踪技术的汽车风窗玻璃清洁系统

眼球追踪技术是一项科学应用技术，当人的眼睛看向不同方向时，眼部会有细微的变化，这些变化会产生可以提取的特征，计算机可以通过图像捕捉或扫描提取这些特征，从而实时追踪眼睛的变化，预测用户的状态和需求，并进行响应，达到用眼睛控制设备的目的。眼球追踪技术，一是根据眼球和眼球周边的特征变化进行跟踪；二是根据虹膜角度变化进行跟踪；三是主动投射红外线等光束到虹膜来提取特征。眼球追踪技术是当代心理学研究的重要技术，广泛运用于实验心理学、应用心理学、工程心理学、认知神经科学等领域。

捷豹路虎公司的汽车风窗玻璃清洁系统便采用了眼球追踪技术，使用追踪传感器监测驾驶人的眼部动作。追踪传感器由摄像头、红外传感器或光学传感器组成，可安装于汽车顶篷、仪表盘或转向盘，一旦追踪传感器识别到驾驶人的眼部动作，系统便起动刮水器对风窗玻璃进行清洁，让驾驶人获得更好的视野。捷豹路虎公司称，即使在有阳光或驾驶人戴着眼镜、墨镜的情况下，追踪传感器仍然能够轻松地捕捉到驾驶人的眼部动作。采用眼球追踪技术的汽车风窗玻璃清洁系统有助于驾驶人将目光注意力保持在前方的路面上，提高安全性。另外，该系统还具有智能特性，如果刚刚驾驶人已经手动使用过刮水器清洁过玻璃，那么当驾驶人再一次因为其他原因出现相同的眼神时，系统会自动判断当前无需再一次触发命令，保证驾驶人视线已经足够清晰，而不用重复进行清理。

2.4 捷豹路虎公司基于面部识别和步态识别技术的汽车门禁控制系统

捷豹路虎公司基于面部识别和步态识别技术的汽车门禁控制系统，利用车上的摄像头连接生物识别软件系统，在驾驶人靠近汽车时，通过面部识别和步态识别，对其身份进行辨认，驾驶人甚至可以通过特殊的手势解锁特定的车门。

2.5 捷豹路虎公司其他基于生物识别技术的系统简介

捷豹路虎公司使用转向盘中的传感器，可以对驾驶人的脑电波进行检测，发现驾驶人分心后，会尝试通过振动转向盘来提醒其集中精力；另外，捷豹路虎公司还有一款预测性的摄像头系统，对于用户手势进行识别，取代之前手指接触显示屏的操作；还有健康检测系统，监测驾驶人的压力和心率，调整情绪照明系统，帮助减少压力。具体相关技术可参阅图2。

2.6 沃尔沃公司基于面部识别的防疲劳驾驶技术

沃尔沃公司基于面部识别的防疲劳驾驶技术，在A柱内侧安装有摄像头（图3），用于时刻拍摄驾驶人的脸，在仪表盘下方安装有2个红外线探头（图4），用于探测驾驶人的眼部动作，如果驾驶人长时间闭眼（持续闭眼3 s以上），则车内就会发出“嘀嘀”的警告声。注意图5中右侧的曲线，沃尔沃公司称是表示驾驶人的注意力，如果注意力集中，两眼一直目视前方，则红蓝曲线会重合，如果有一只眼睛没有看前方，则红蓝曲线便分离，并根据时间来发出提醒。

图2 捷豹路虎公司在汽车上应用的生物识别技术

图3 安装与A柱内侧的摄像头

图4 安装于仪表盘下方的红外线探头

图5 对驾驶人注意力的监测

2.7 美国通用汽车公司基于面部识别技术的半自动驾驶超级巡行系统

美国通用汽车公司（GM）的半自动驾驶超级巡行（Super Cruise）系统采用了面部识别技术，允许驾驶人在高速公路上让汽车自动驾驶，但如果道路上有太多拐弯，系统能够根据驾驶人的面部状态，帮助判断驾驶人的注意力是集中还是昏昏欲睡或分心，一旦检测到驾驶人没有集中精力，便会发出一系列警报（振动座椅、播放事先录制好的音频信息、启动红的指示等），以通知驾驶人对车辆采取控制措施。如果驾驶人未对自动驾驶汽车发出的警报做出响应，通用的OnStar人工系统将会与驾驶人沟通，车辆还会自动减速并停车，然后打开危险警告灯。通用汽车公司采用超级巡行（Super Cruise）的车辆将允许驾驶人长时间将双手离开转向盘（图6）。

图6 驾驶人长时间双手离开转向盘

2.8 美国Olea传感器网络公司基于心率监控的汽车安全带

美国Olea传感器网络公司立足于开发智能传感器，并提供基于传感器的安全系统分析软件。该公司开发了一款自带Olea Sense分析软件的汽车安全带，该汽车安全带能够无需接触皮肤或布线就可以检测穿戴者的心率，获取相关数据后通过蓝牙上传至云端，在发现异常时，触发自动紧急服务报警。除了应用于汽车安全之外，Olea 的 Heart Signature 技术，让系统可以基于驾驶人独特的心脏数据，进行个性化智能汽车设置。

2.9 哈曼国际基于瞳孔状态的疲劳驾驶系统

哈曼（已被三星收购）是全球领先的音响产品制造商，该公司曾研发了一款系统，能通过分析驾驶人的瞳孔状态，来判断驾驶人的疲劳和分心的程度，然后和汽车内置的安全功能相结合，对驾驶人的状态作出反应，例如系统会将驾驶人使用的手机等设备设置为免打搅模式，保证驾驶人不会进一步分心。

2.10 美国Synaptics公司的指纹传感器

美国Synaptics公司主要提供移动计算、通信和娱乐设备人机界面交互开发解决方案设计制造公司，其在收购指纹识别传感器制造商Validity Sensors 后，正式进入指纹识别市场。Synaptics面向汽车的最新产品系列包括Natural ID™指纹传感器，它可以让指纹传感器嵌入到车内和车身大多数部位，例如门把手、转向盘和起动按钮。用户通过生物识别身份验证后，可打开车锁、调节座椅和后视镜、点火、按自己的偏好设置娱乐系统及设定防盗措施。

2.11 VISA基于语音和指纹识别技术的互联网汽车支付系统

VISA是一个信用卡品牌，由位于美国州市的Visa 国际组织负责经营和管理，是国际支付领域的重要机构。VISA和埃森哲咨询公司一起组建团队开发未来智能汽车方面的应用，旨在将电子商务带向互联网汽车领域，有望将语音识别、指纹识别等技术用于互联网汽车的支付系统，让智能汽车可以更加方便地进行移动购物和网络购物。

2.12 起亚汽车公司的全新实时情感自适应驾驶系统座舱

第52届消费类电子产品展览会（Consumer Electronics Show，简称CES）上，起亚汽车公司带来了与麻省理工学院（MIT）媒体实验室合作研发的全新实时情感自适应驾驶系统（R.E.A.D，即Real-time Emotion Adaptive Driving）座舱（图7），这套实时情感自适应驾驶系统的目的是改善人类的移动出行体验。该套系统可以通过基于人工智能的生物信号识别技术，即时分析驾驶者的情绪状态，从而优化和个性化定制车辆乘坐空间，根据其评估调整内部环境，改变座舱内灯光、气温、音乐类型，从而创造更愉快的移动体验。其中，R.E.A.D. Me是单人驾驶座舱，R.E.A.D. Now是双人驾驶座舱，而图9中展示的R.E.A.D. Motion则是4人座舱，模拟了一个“移动工作空间”，可用作为商务旅行，进行实时电话会议等，乘客还可以使用V-Touch手势控制查看行程、会议记录、打开电子邮件等。

在国内，在汽车生物识别领域最有希望的可能要数欧菲光了。该公司具有国内最大的指纹模组工厂，同时也在南昌成立了相关的生物识别技术公司。其在生物识别领域，特别是指纹识别领域表现突出，同时也涉及摄像头、触控、人脸识别等相关业务，去年又在上海花巨资设立了上海欧菲智能车联有限公司，加强汽车电子、智能驾驶和车联网等领域的产业布局，所以未来应该可以观察到其在汽车生物识别领域的相关表现。

图7 起亚汽车公司的全新实时情感自适应驾驶系统座舱

3 未来生物识别技术在汽车领域的应用趋势

根据以上的相关公司在生物识别领域的案例介绍和分析，未来生物识别技术在汽车领域的应用呈现3大主要应用趋势。

（1）汽车安全。这一类应用主要集中于汽车自身安全防护方面，例如门禁、起动控制、防盗系统，甚至有相关驾照资格的核实等，涉及到的生物识别技术包括人脸识别、指纹识别、步态识别、手势识别等。

（2）辅助驾驶。这一类应用主要包括驾驶人的驾驶状态监测，例如有无分神、犯困、紧急健康状况等；辅助驾驶人的驾驶操作，例如打开刮水器、调节座椅等；也包括对于车外行人和自行车的监测，以防发生交通事故，涉及到的生物识别技术包括人脸识别、眼球追踪、脑电波识别、心率识别等。

（3）个人服务。这一类应用应该包括给个人提供汽车联网支付认证业务、监测个人的健康和舒适状况、提供适合驾驶的环境和娱乐服务等，涉及到的生物识别技术包括语音识别、指纹识别、人脸识别、手势识别等。