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PRIAUTO Kinder-Lebenszeichen-Simulationsziele erneut aufgerüstet: Neue komplexe Atemwellenformen und Mehrzonen-Körpertemperatursteuerung, Anwendungen von Fahrzeug-CPD auf Wärmestrahlungs-Mutter-Kind-Produktvalidierung erweitert

Erstellt 09.17
Kürzlich hat PRIAUTO (Pu'ao Automotive Technology) eine neue Runde technischer Upgrades am Zielobjekt für die Kindes-Anwesenheitserkennung (Child Presence Detection, CPD) durchgeführt.
Aufbauend auf den ursprünglichen Funktionen wie Kindesform-Simulation, Atmungsmikrobewegung, zufälliger Atmung, Atemstillstand und Körpertemperatursimulation wurde das neue PRIAUTO-Kindeszielobjekt um editierbare komplexe Atmungswellenformen sowie unabhängige Körpertemperatursteuerung in mehreren Körperregionen erweitert. Damit können die Atmungsbewegungen und die thermischen Oberflächenmerkmale des menschlichen Körpers von Kindern unterschiedlichen Alters in verschiedenen Zuständen realistischer und reproduzierbarer simuliert werden.
Dieses Upgrade erweitert die Anwendungsgrenzen des Produkts weiter. Neben traditionellen CPD-Tests im Automobil-Fahrzeuginnenraum kann das neue Kindeszielobjekt auch in der Infrarotwahrnehmung, Thermografie, berührungslosen Vitalzeichenerkennung sowie in Forschung und Validierung von Mutter-Kind-Produkten auf Basis menschlicher Wärmestrahlungstechnologie eingesetzt werden. Damit entwickelt es sich schrittweise von einem reinen Automobiltest-Zielobjekt zu einer hochpräzisen physischen Testplattform für kindliche Vitalzeichen und multimodale Wahrnehmungstechnologie.

I. Editierbare komplexe Atmungswellenformen zur realistischeren Simulation unterschiedlicher Atmungszustände von Kindern

Herkömmliche CPD-Testziele verwenden üblicherweise periodische Brust-Bauch-Bewegungen mit fester Frequenz und fester Amplitude, um die menschliche Atmung zu simulieren. Diese Methode bietet eine gute Testwiederholbarkeit, aber die Atmung echter Kinder ist keine vollständig regelmäßige Sinusbewegung.
Je nach Alter, Schlafphase, Körperhaltung und körperlichem Zustand können sich die Einatemgeschwindigkeit, Ausatemgeschwindigkeit, das Ein-Ausatem-Verhältnis, die Atemtiefe und die Zyklusstabilität von Kindern deutlich unterscheiden.
Was sind die Mikrobewegungsmerkmale?
Derzeit simulierbare Atmungsmerkmale umfassen:
  • Schnelles Einatmen – langsames Ausatmen;
  • Langsames Einatmen – schnelles Ausatmen;
  • Nach der Einatmung in hoher Position halten;
  • Nach der Ausatmung pausieren;
  • Unterschiedliche Verhältnisse von Einatmungs-/Ausatmungszeit;
  • Zufällige Störungen der Atemfrequenz;
  • Zufällige Änderungen der Atemamplitude;
  • Atemstillstand;
  • Zyklische Cheyne-Stokes-Veränderungen mit Verstärkung und Abschwächung;
  • Verschiedene unregelmäßige Atemrhythmen;
  • Benutzerdefinierte Atemwellenformen.
Durch die gemeinsame Anpassung von Atemfrequenz, Thorax-/Abdomen-Verschiebungsamplitude, Verhältnis von Einatmung zu Ausatmung, Haltezeit, Pausenzeit sowie Grad der zufälligen Störung können Testpersonen verschiedene Testbedingungen von stabiler Atmung bis hin zu komplexer aperiodischer Atmung einrichten.
Im Vergleich zum bloßen Festlegen einer „Atemfrequenz“ kommt die neue Steuerungsmethode den tatsächlichen Bewegungsmustern der Brust- und Bauchoberfläche echter Kinder näher.

Zweitens: Weitere Validierung der Fähigkeit zur Erkennung komplexer Vitalzeichen durch Regelatmungserkennung

Die Bedeutung der komplexen Atmungssimulation liegt nicht nur darin, "das Zielobjekt realistischer zu bewegen", sondern vielmehr darin, eine strengere Leistungsvalidierung des CPD-Algorithmus zu ermöglichen.
Bei Technologien wie Millimeterwellenradar und UWB, die auf menschlichen Mikrobewegungen basieren, um die Anwesenheit von Kindern zu erkennen, führen feine Verschiebungen der Brust- und Bauchoberfläche zu Änderungen der Radarphase, Entfernung, Zeit-Frequenz- und Mikrobewegungsmerkmale.
Wenn das Testziel stets eine vollständig regelmäßige, stabile periodische Bewegung ausgibt, kann der Algorithmus möglicherweise leichter erkennen, was jedoch reale Kinderszenarien nicht ausreichend repräsentiert.
Durch die Einführung von:
asymmetrischem Ein- und Ausatmungsprozess, Atmungsamplitudenvariationen, Periodenstörungen, Atemstillstand sowie komplexen Atmungswellenformen
können die Erkennungsfähigkeiten von Sensoren und Algorithmen unter folgenden Bedingungen weiter getestet werden:
  • schwache Atmung;
  • unregelmäßige Atmung;
  • Änderungen der Atemfrequenz;
  • kurzzeitiges Verschwinden des Atmungssignals;
  • Umgebung mit niedrigem Signal-Rausch-Verhältnis;
  • Verdeckung durch Kindersitze und Kleidung;
  • Vorhandensein von Fahrzeugvibrationen und anderen Störsignalen.
Dadurch entwickelt sich das Testziel von einem einfachen "Kinderanwesenheitssimulator" weiter zu einer experimentellen Plattform, die zur Erforschung der Wahrnehmungsleistung komplexer Vitalzeichen genutzt werden kann.
CPD-Atemwelle

Drittens: Unabhängige Temperaturregelung mehrerer Körperregionen am gesamten Körper für eine realistischere Simulation der menschlichen Wärmeverteilung

Neben den Atmungsmikrobewegungen sind auch die thermischen Merkmale des menschlichen Körpers eine wichtige Informationsquelle für die Erkennung der Anwesenheit von Kindern und berührungslose Überwachungstechnologien.
Herkömmliche Testziele verwenden häufig Einzelpunktbeheizung oder eine einheitliche Gesamtbeheizung. Obwohl dadurch gewisse Temperaturmerkmale entstehen können, ist es schwierig, die Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Regionen des realen menschlichen Körpers widerzuspiegeln.
PRIAUTO新一代儿童目标物进一步采用全身多区域温度控制技术，可针对不同身体区域分别进行温度设定和调节。
根据目标物配置，可对头部、躯干、四肢等多个区域建立不同的表面温度条件，从而形成更加接近真实人体的空间热分布。
这使目标物不仅具有一个“温度值”，而是能够进一步形成具有空间差异的人体热辐射特征。
该功能可用于：
  • 远红外传感器测试；
  • 热成像系统验证；
  • 人体存在检测；
  • 热目标识别算法开发；
  • 儿童热分布识别；
  • 不同环境温度下的感知测试；
  • 被衣物、儿童座椅或覆盖物部分遮挡情况下的热特征研究。
Heizendes Kind CPD
Heizendes Kind CPD

四、支持毫米波雷达、UWB、红外、热成像及多传感器融合验证

随着儿童存在检测技术不断发展，CPD系统正在由单一传感器逐步向多模态融合方向演进。
不同感知技术获取的信息并不相同：
毫米波雷达可以感知胸腹微动及人体运动；
UWB可以对细微人体运动和存在状态进行检测；
远红外及热成像设备可以识别人体热辐射分布；
视觉系统可以获得儿童位置、姿态及外观信息。
因此，新一代测试目标物需要尽可能在同一个物理儿童目标上呈现这些不同传感器可以识别的特征。
PRIAUTO此次升级的重点之一，就是逐步实现儿童目标物由单一几何外形向多模态物理特征模拟发展。
目前可支持或面向的测试方案包括：
  • 毫米波雷达CPD；
  • UWB儿童存在检测；
  • 红外儿童检测；
  • 热成像CPD；
  • 毫米波雷达+红外；
  • 毫米波雷达+UWB；
  • UWB+热成像；
  • 视觉+毫米波雷达；
  • 雷达+红外+视觉等多模态融合方案。
通过在同一目标物上集成儿童外形、呼吸微动和人体热特征，可以更方便地研究不同传感器对同一儿童状态的响应差异以及融合算法的稳定性。

五、不再局限于汽车座舱：拓展至基于热辐射的母婴产品研发

Nach diesem Upgrade hat der Anwendungsbereich des PRIAUTO-Kinderzielobjekts auch die traditionellen Kfz-CPD-Szenarien weiter durchbrochen.
Für Mutter-Kind-Produkte, die Infrarot-, Wärmestrahlungs-, Wärmebild- oder berührungslose Vitalzeichenerkennungstechnologien verwenden, besitzt das Kinderzielobjekt ebenfalls einen wichtigen Entwicklungswert.
Wenn beispielsweise bei der Entwicklung von Säuglings- und Kleinkindüberwachungsprodukten direkt echte Kinder für eine große Anzahl wiederholter Tests eingesetzt werden, wird dies häufig durch Faktoren wie Testzeit, Sicherheit, nicht reproduzierbaren Zustand des Kindes und schwer zu vereinheitlichende Testbedingungen eingeschränkt.
Besonders in der frühen Entwicklungsphase von Algorithmen müssen Entwickler oft wiederholt anpassen:
  • Installationsposition des Infrarotsensors;
  • Erkennungsdistanz;
  • Erkennungswinkel;
  • Temperaturschwelle;
  • Wärmebild-Erkennungsalgorithmus;
  • Empfindlichkeit der Atemerkennung;
  • Präsenzerkennungsschwelle;
  • Multisensor-Fusionsstrategie.
Wenn all diese grundlegenden Anpassungen ausschließlich mit echten Kindern durchgeführt werden, ist dies nicht nur ineffizient, sondern es ist auch sehr schwierig, vollständig reproduzierbare Testbedingungen zu erhalten.
Ein kontrollierbares Kinder-Simulationsziel kann eine stabilere Umgebung für die technische Validierung bieten.

Sechs: Testanwendungen für intelligente Mutter-Kind- und Kinderüberwachungsgeräte

Basierend auf der Simulation von Wärmestrahlung in mehreren Bereichen und der editierbaren Atemfunktion kann das PRIAUTO-Kinderzielobjekt künftig für die Entwicklung und Validierung verschiedener intelligenter Mutter-Kind-Produkte eingesetzt werden, darunter:

1. Infrarot-Überwachungsgeräte für Säuglinge und Kleinkinder

Zur Validierung, ob das Gerät die thermischen Merkmale des kindlichen Körpers bei unterschiedlichen Entfernungen, Winkeln und Umgebungstemperaturen stabil erkennen kann.

2. Thermografie-Kinderüberwachungssystem

Durch kontrollierbare menschliche Oberflächentemperatur und räumliche Wärmeverteilung werden die Fähigkeiten von Thermografie-Algorithmen zur Personenerkennung, Bereichsidentifikation und Zielverfolgung validiert.

3. Berührungslose Überwachung von Körpertemperatur und Wärmezustand bei Kindern

Für die frühe Sensorforschung und -entwicklung, Kalibrierung sowie wiederholte Vergleichstests zwischen verschiedenen Algorithmen.

4. Anwesenheitserkennung von Kindern in Babybetten und Wiegen

Simulation von liegenden, abgedeckten und unterschiedlich positionierten Zuständen von Kindern zur Entwicklung von Infrarot-, Millimeterwellen- oder anderen berührungslosen Sensortechnologien.

5. Geräte zur Schlaf- und Atmungsüberwachung

Validierung berührungsloser Atemerkennungsalgorithmen durch unterschiedliche Frequenzen, unterschiedliche Amplituden sowie unregelmäßige Atemmuster.

6. Intelligente Pflege- und Mutter-Kind-Umgebungswahrnehmungsgeräte

Für die integrierte Entwicklung verschiedener Wahrnehmungsfunktionen wie Anwesenheit von Kindern, Position von Kindern, Wärmezustand sowie Vitalparameter.

Sieben: Lösung der technischen Herausforderung „nicht reproduzierbarer Zustände“ bei Tests mit echten Kindern

Der wahre Wert eines Testzielobjekts besteht nicht darin, reale menschliche Tests vollständig zu ersetzen, sondern in der Produktentwicklungsphase standardisierte, kontrollierbare und reproduzierbare Versuchsbedingungen bereitzustellen.
Zum Beispiel ist es für echte Kinder sehr schwierig, Dutzende Male hintereinander einen völlig identischen Atemvorgang zu wiederholen, und es kann auch nicht verlangt werden, dass Kinder bei jedem Test völlig identisch bleiben in:
  • Atemfrequenz;
  • Bewegungsamplitude von Brust und Bauch;
  • Körperhaltung;
  • Position;
  • Oberflächentemperatur;
  • Wärmeverteilungszustand.
Das Testzielobjekt kann jedoch mit völlig identischen Parametern wiederholt betrieben werden.
Daher kann jeweils eine Variable verändert werden, um die Veränderung der Sensorleistung zu untersuchen.
Zum Beispiel:
Körperhaltung unverändert lassen, nur die Atemamplitude ändern;
Atmung unverändert lassen, nur die Oberflächentemperatur ändern;
Temperatur unverändert lassen, nur den Sensorabstand ändern;
oder alle anderen Bedingungen gleich halten und nur eine Abdeckung hinzufügen.
Diese Fähigkeit zu kontrollierten Variablenexperimenten ist von großer Bedeutung für die Sensorentwicklung, den Algorithmusvergleich sowie die Optimierung der Produktleistung.

VIII. Entwicklung von „CPD-Testzielen“ hin zu einer „hochpräzisen Simulationsplattform für kindliche Vitalparameter“

Mit der technologischen Entwicklung verändert sich die Produktpositionierung von PRIAUTO für Kinderziele allmählich.
In der Anfangsphase diente das Ziel hauptsächlich dazu, den standardisierten Testbedarf bei der Bewertung der Fahrzeug-Insassenüberwachung für zurückgelassene Kinder zu erfüllen.
Und mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Millimeterwellenradar, UWB, Infrarot, Thermografie und multimodaler Wahrnehmungstechnologie sind die Informationen, auf die das Wahrnehmungssystem achtet, nicht mehr nur:
„Gibt es ein Kind im Fahrzeuginnenraum?“
Und entwickelt sich weiter zu:
Wo ist das Kind?
Hat das Kind Vitalzeichen?
Ist Atmung vorhanden?
Angesichts dieser Eigenschaft erweitert das neue PRIAUTO-Kindeszielobjekt die Möglichkeit zur Bearbeitung von Atmungswellenformen. Je nach Entwicklungs- und Testanforderungen können komplexere Brust-Bauch-Bewegungsmuster konfiguriert werden.
Wie sind die Wärmestrahlungsmerkmale des Kindes?
Kann es nach Abschirmung durch Sitz, Kleidung oder Abdeckungen noch erkannt werden?
Das bedeutet auch, dass zukünftige Testzielobjekte von der einfachen Simulation von Größe und Form weiter zur Simulation mehrerer physikalischer Merkmale wie menschlicher Mikrobewegung, Wärmestrahlung, elektromagnetischer Eigenschaften und Körperhaltung fortschreiten müssen.
PRIAUTO wird die Produktentwicklung weiterhin rund um die Atmungsmikrobewegungen von Kindern, die Oberflächentemperaturverteilung des menschlichen Körpers, elektromagnetische Streumerkmale, Kinderhaltungen, Verdeckungszustände sowie reale Anwendungsszenarien vorantreiben.
Durch die kontinuierliche Verbesserung der Realitätstreue, Kontrollierbarkeit, Reproduzierbarkeit und sensorübergreifenden Kompatibilität der Zielobjekte möchte PRIAUTO Automobilherstellern, Zulieferern, Prüfinstitutionen, Forschungsinstituten sowie Unternehmen für intelligente Mutter-Kind-Produkte umfassendere Werkzeuge für die Entwicklung und Prüfung von Kinderwahrnehmungstechnologie bereitstellen.

Über PRIAUTO

PRIAUTO (普傲汽车科技) konzentriert sich auf die Entwicklung von Zielobjekten für intelligente Fahrzeugsicherheitstests, Technologien zur Erkennung der Anwesenheit von Kindern sowie Geräten zur Validierung der Multisensorwahrnehmung.
Rund um Millimeterwellenradar, Vision, Infrarot, UWB und andere fortschrittliche Wahrnehmungstechnologien entwickelt das Unternehmen kontinuierlich hochpräzise physische Testziele und zugehörige Testlösungen und treibt die Entwicklung von Testzielen von der traditionellen geometrischen Simulation hin zu einer hochpräzisen Testplattform mit Mehrphysikfeldern, multiplen Vitalzeichen und Multisensorkompatibilität voran.

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