Cineon+Smart Eye航空眼动追踪:MicroBird非接触式方案迁移到汽车DMS

技术概述

项目 内容
合作方 Cineon (训练专家) + Smart Eye (眼动硬件)
产品 Empathic Learning Engine (ELE) + MicroBird
应用 航空模拟器训练 → 仪表扫视分析
日期 2026年9月15日
核心 非接触、支持处方眼镜、无需穿戴

核心创新

Cineon和Smart Eye合作将MicroBird环境眼动追踪集成到Cineon的**共情学习引擎(ELE)**中,实现飞行员仪表扫视的客观评估。

特性 传统眼动仪 MicroBird
穿戴 需要眼镜/头戴 ❌ 非接触
处方眼镜 ❌ 不兼容 ✅ 兼容
安装 需要穿戴时间 驾驶室隐蔽安装
环境 受控实验室 真实驾驶室
定制 通用 驾驶室仪表建模
数据 原始视线 仪表级映射

技术详解

1. 系统架构

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"""
Cineon ELE + Smart Eye MicroBird 航空眼动系统
迁移到汽车DMS的架构设计

核心: 隐蔽安装摄像头 → 视线追踪 → AOI映射 → 行为分析

依赖: numpy
"""

import numpy as np
from typing import Dict, List

class MicroBirdSystem:
"""
Smart Eye MicroBird 环境眼动追踪

特点:
- 驾驶室隐蔽安装多个摄像头
- 支持处方眼镜
- 真实环境(非实验室)
- 仪表级AOI映射
"""

def __init__(self, cockpit_type='aviation'):
self.cockpit_type = cockpit_type

# 摄像头配置 (隐蔽安装)
self.cameras = {
'left': {'position': '仪表板左侧上方', 'fov': [60, 40]},
'center': {'position': '仪表板中央上方', 'fov': [60, 40]},
'right': {'position': '仪表板右侧上方', 'fov': [60, 40]},
}

# AOI (兴趣区域) 定义
if cockpit_type == 'aviation':
self.aoi_zones = {
'PFD': {'desc': '主飞行显示', 'priority': 'high'},
'MFD': {'desc': '多功能显示', 'priority': 'medium'},
' standby': {'desc': '备用仪表', 'priority': 'low'},
'outside': {'desc': '挡风玻璃外', 'priority': 'high'},
'center_console': {'desc': '中央控制台', 'priority': 'medium'},
'overhead': {'desc': '头顶面板', 'priority': 'low'},
}
elif cockpit_type == 'automotive':
self.aoi_zones = {
'road_ahead': {'desc': '前方道路', 'priority': 'high'},
'hud': {'desc': 'HUD显示区', 'priority': 'medium'},
'dashboard': {'desc': '仪表盘', 'priority': 'medium'},
'center_screen': {'desc': '中控屏', 'priority': 'medium'},
'left_mirror': {'desc': '左后视镜', 'priority': 'low'},
'right_mirror': {'desc': '右后视镜', 'priority': 'low'},
'steering_wheel': {'desc': '方向盘区域', 'priority': 'low'},
'passenger': {'desc': '乘客侧', 'priority': 'low'},
}

def map_gaze_to_aoi(self, gaze_x, gaze_y):
"""将视线坐标映射到AOI"""
# 简化的AOI映射
if self.cockpit_type == 'automotive':
if 0.3 < gaze_x < 0.7 and 0.0 < gaze_y < 0.4:
return 'road_ahead'
elif 0.3 < gaze_x < 0.7 and 0.4 < gaze_y < 0.6:
return 'dashboard'
elif 0.7 < gaze_x < 1.0 and 0.3 < gaze_y < 0.7:
return 'center_screen'
elif 0.0 < gaze_x < 0.2 and 0.3 < gaze_y < 0.6:
return 'left_mirror'
elif 0.8 < gaze_x < 1.0 and 0.3 < gaze_y < 0.6:
return 'right_mirror'
else:
return 'road_ahead'
return None


class EmpathicLearningEngine:
"""
Cineon 共情学习引擎 (ELE)

分析飞行员/驾驶员的仪表扫视模式:
- 扫视频率
- 注视时长
- 扫视顺序
- 信息获取效率

评估维度:
1. 仪表扫视完整性 (是否检查所有关键仪表)
2. 扫视效率 (最短路径)
3. 情境意识 (关键信息获取)
4. 决策延迟 (信息→行动时间)
"""

def __init__(self, aoi_zones):
self.aoi_zones = aoi_zones
self.scan_history = []

def analyze_scan_pattern(self, gaze_sequence, timestamps):
"""
分析仪表扫视模式

Args:
gaze_sequence: list of AOI names
timestamps: list of timestamps (秒)

Returns:
analysis: dict with scan metrics
"""
# 1. 扫视频率 (每秒AOI切换次数)
transitions = sum(1 for i in range(1, len(gaze_sequence))
if gaze_sequence[i] != gaze_sequence[i-1])
duration = timestamps[-1] - timestamps[0]
scan_rate = transitions / duration if duration > 0 else 0

# 2. 各AOI注视时长
dwell_times = {}
for i in range(len(gaze_sequence)):
if i > 0:
dt = timestamps[i] - timestamps[i-1]
aoi = gaze_sequence[i-1]
dwell_times[aoi] = dwell_times.get(aoi, 0) + dt

# 3. 关键AOI覆盖率
high_priority_aois = [k for k, v in self.aoi_zones.items()
if v['priority'] == 'high']
covered_high = [a for a in set(gaze_sequence)
if a in high_priority_aois]
coverage = len(covered_high) / len(high_priority_aois) if high_priority_aois else 0

# 4. 平均注视时长
avg_dwell = np.mean(list(dwell_times.values())) if dwell_times else 0

# 5. 扫视效率 (实际路径 vs 最优路径)
unique_aois = list(dict.fromkeys(gaze_sequence))
efficiency = len(unique_aois) / len(gaze_sequence) if gaze_sequence else 0

return {
'scan_rate_per_sec': scan_rate,
'dwell_times': dwell_times,
'high_priority_coverage': coverage,
'avg_dwell_sec': avg_dwell,
'scan_efficiency': efficiency,
'unique_aois': unique_aois,
'total_aois': len(set(gaze_sequence)),
}

def assess_competency(self, analysis):
"""
评估驾驶员/飞行员能力等级

基于扫视模式的完整性、效率、覆盖率
"""
score = 0

# 高优先AOI覆盖率 (40%)
score += analysis['high_priority_coverage'] * 0.4

# 扫视频率 (20%) - 理想3-5次/秒
rate = analysis['scan_rate_per_sec']
if 2 < rate < 6:
score += 0.2
elif 1 < rate < 8:
score += 0.1

# 平均注视 (20%) - 理想0.3-1.0秒
dwell = analysis['avg_dwell_sec']
if 0.3 < dwell < 1.0:
score += 0.2
elif 0.1 < dwell < 2.0:
score += 0.1

# 效率 (20%)
score += analysis['scan_efficiency'] * 0.2

if score > 0.8:
level = 'Expert'
elif score > 0.6:
level = 'Proficient'
elif score > 0.4:
level = 'Novice'
else:
level = 'At Risk'

return {'score': score, 'level': level}


# ========== 测试 ==========
if __name__ == "__main__":
# 汽车座舱版本
microbird = MicroBirdSystem(cockpit_type='automotive')
ele = EmpathicLearningEngine(microbird.aoi_zones)

print("=" * 60)
print("Cineon ELE + Smart Eye MicroBird → 汽车DMS")
print("=" * 60)

print(f"\n汽车座舱AOI区域 ({len(microbird.aoi_zones)}个):")
for name, info in microbird.aoi_zones.items():
print(f" {name}: {info['desc']} [优先级: {info['priority']}]")

# 模拟驾驶员扫视数据 (60秒, 30Hz)
np.random.seed(42)
n = 60 * 30
timestamps = np.arange(n) / 30

# 正常驾驶员扫视模式
normal_gaze = []
for t in timestamps:
if t % 3 < 0.5: # 每3秒看一次仪表盘
normal_gaze.append('dashboard')
elif t % 5 < 0.3: # 每5秒看一次后视镜
normal_gaze.append('left_mirror')
else:
normal_gaze.append('road_ahead')

# 分心驾驶员
distracted_gaze = []
for t in timestamps:
if t < 10:
distracted_gaze.append('road_ahead')
elif t < 20:
distracted_gaze.append('center_screen') # 看手机
elif t < 25:
distracted_gaze.append('road_ahead')
elif t < 35:
distracted_gaze.append('center_screen')
else:
distracted_gaze.append('road_ahead')

# 分析
print(f"\n--- 正常驾驶员扫视分析 ---")
normal_analysis = ele.analyze_scan_pattern(normal_gaze, timestamps)
normal_assess = ele.assess_competency(normal_analysis)

print(f" 扫视频率: {normal_analysis['scan_rate_per_sec']:.2f}/s")
print(f" 高优先AOI覆盖率: {normal_analysis['high_priority_coverage']:.0%}")
print(f" 平均注视时长: {normal_analysis['avg_dwell_sec']:.2f}s")
print(f" 扫视效率: {normal_analysis['scan_efficiency']:.2f}")
print(f" 能力评分: {normal_assess['score']:.2f} ({normal_assess['level']})")

print(f"\n--- 分心驾驶员扫视分析 ---")
distracted_analysis = ele.analyze_scan_pattern(distracted_gaze, timestamps)
distracted_assess = ele.assess_competency(distracted_analysis)

print(f" 扫视频率: {distracted_analysis['scan_rate_per_sec']:.2f}/s")
print(f" 高优先AOI覆盖率: {distracted_analysis['high_priority_coverage']:.0%}")
print(f" 平均注视时长: {distracted_analysis['avg_dwell_sec']:.2f}s")
print(f" 扫视效率: {distracted_analysis['scan_efficiency']:.2f}")
print(f" 能力评分: {distracted_assess['score']:.2f} ({distracted_assess['level']})")

2. 航空→汽车技术迁移

航空功能 汽车DMS适配 价值
仪表扫视分析 仪表盘/中控/HUD扫视频率 分心检测
情境意识评估 关键信息获取(速度/导航) 认知状态
扫视效率 最优路径 vs 实际路径 注意力质量
能力评估 驾驶员能力等级 个性化DMS
处方眼镜兼容 ✅ 直接可用 覆盖率提升

3. Smart Eye汽车产品线

产品 应用 精度 帧率 车规
MicroBird 环境(航空) 0.5° 30-60Hz ❌
AI-X 汽车DMS 0.3° 60Hz ✅
Pro 研究级 0.1° 120Hz ❌

IMS开发启示

1. 扫视模式分析集成

2. AOI映射配置

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# IMS汽车座舱AOI配置
AOI_CONFIG = {
'road_ahead': {'bbox': (0.30, 0.00, 0.70, 0.40), 'priority': 'high'},
'hud': {'bbox': (0.30, 0.40, 0.70, 0.50), 'priority': 'medium'},
'dashboard': {'bbox': (0.30, 0.50, 0.70, 0.70), 'priority': 'medium'},
'center_screen': {'bbox': (0.70, 0.30, 1.00, 0.70), 'priority': 'medium'},
'left_mirror': {'bbox': (0.00, 0.30, 0.20, 0.60), 'priority': 'low'},
'right_mirror': {'bbox': (0.80, 0.30, 1.00, 0.60), 'priority': 'low'},
'steering_wheel': {'bbox': (0.40, 0.70, 0.60, 1.00), 'priority': 'low'},
}

3. 与现有DMS模块协同

IMS模块 ELE补充 融合方式
分心检测 扫视效率下降 补充视线偏离
疲劳检测 扫频率降低 补充PERCLOS
认知负荷 AOI覆盖率变化 补充TDGV
个性化 能力等级基线 驾驶员校准

4. 硬件部署

组件 规格 Smart Eye型号
摄像头 IR 60fps AI-X (车规)
处理器 QCS8255 已有
AOI配置 可定制 车型适配
安装 隐蔽 A柱/仪表板

参考文献

  1. Halldale Group. “Eye Tracking Partnership Targets Cockpit Pilot Performance.” 2026-09-15.
  2. Smart Eye AB. MicroBird System specifications.
  3. Cineon. Empathic Learning Engine (ELE) documentation.
  4. Smart Eye AI-X. Automotive DMS product page.

Cineon+Smart Eye合作的核心启发是”扫视模式分析”——不只是检测”看哪里”,而是分析”怎么看”。ELE的四个维度(覆盖率、频率、时长、效率)可以作为IMS DMS的增强模块,从单纯的”视线偏离检测”升级为”注意力质量评估”。处方眼镜兼容性是Smart Eye的重要优势,可解决戴眼镜驾驶员的DMS覆盖问题。