基于機器視覺的駕駛疲勞檢測方法

1、基于機器視覺的駕駛疲勞檢測方法劉志強汪?(江蘇大學汽車與交通工程學院江蘇鎮(zhèn)江?212013)摘要:針對基于機器視覺技術的駕駛防瞌睡裝置討論了當前的發(fā)展狀況和應用情況提出了基于紅外光源、差分圖像、Kalman濾波的系統(tǒng)方案。在紅外光照射下利用視網(wǎng)膜對不同波長紅外光吸收率的顯著差別引起圖像處理區(qū)域改變同時利用神經(jīng)網(wǎng)絡輔助Kalman濾波器對眼部位置進行跟蹤預測實現(xiàn)司機在一定范圍內(nèi)活動時跟蹤眼睛、測量眼瞼和眼球狀態(tài)的分析技術。該方法為檢測司機

2、在駕駛中是否困倦提供了關鍵的技術實驗表明該方法是有效的。關鍵詞:疲勞監(jiān)測PERCLOS視覺中圖分類號:U461.91TP242.6??文獻標識碼:A??文章編號:16721616(2006)03006304??疲勞雖然是一個正常的生理現(xiàn)象但是對駕駛員這一特殊的群體就可能引起嚴重的后果甚至危及生命因此對疲勞的監(jiān)測是非常必要的[1]。早期對駕駛疲勞的客觀測評主要從醫(yī)學角度出發(fā)借助醫(yī)用腦電圖儀、心電圖儀、肌電圖儀測試駕駛員的腦電波形、心電波形

3、、肌電波形從而確定其疲勞程度。盡管這種方法比較準確但測試條件苛刻過程復雜不易推廣應用。在過去的10年里對駕駛疲勞測評技術的研究逐漸引起許多國家的普遍重視但是到目前為止機動車駕駛員駕駛疲勞測評技術還未達到成熟的地步實用可靠的系統(tǒng)尚未推出。本文在研究了國內(nèi)外當前防駕駛疲勞技術研究進展的基礎上制定了駕駛防瞌睡裝置的系統(tǒng)方案利用計算機開發(fā)了系統(tǒng)原型并進行了實驗分析。1?國內(nèi)外研究狀況駕駛疲勞的監(jiān)測分為主動和被動兩種。主動的方法主要依靠駕駛員主動

4、的對自身的狀態(tài)進行檢查如反應時間測試儀PVT(ThePsychomotVigilanceTest)[23]等。根據(jù)駕駛員對儀器屏幕上隨機出現(xiàn)的光點的反應(光點出現(xiàn)時敲擊鍵盤)速度測試駕駛員的反應時間用以判斷其疲勞程度。但這主要依靠駕駛員的主觀因素來進行監(jiān)測不具備客觀性從而可靠性不高。被動的方法則是借助儀器對駕駛員的駕駛行為和狀態(tài)進行實時監(jiān)測、客觀評價的方法。目前比較常見的疲勞監(jiān)測手段有以下幾種。1.1?對駕駛行為進行監(jiān)測駕駛員在疲勞狀態(tài)

5、下其駕駛行為與正常狀態(tài)有較大的差異通過對駕駛員的駕駛行為如方向盤的轉(zhuǎn)動角度車輛的行駛軌跡等進行實時檢測可以達到駕駛員疲勞監(jiān)測的目的。方向盤監(jiān)視裝置S.A.M(SteeringAttentionMonit)。一種監(jiān)測方向盤非正常運動的傳感器裝置適用于各種車輛。方向盤正常運動時傳感器裝置不報警若方向盤4s不運動S.A.M.就會發(fā)出報警聲直到方向盤繼續(xù)正常運動為止。S.A.M.被固定在車內(nèi)錄音機旁方向盤下面的桿上裝有一條磁性帶用以監(jiān)測方向盤的

6、運動。1.2?對駕駛員狀態(tài)進行監(jiān)測駕駛員在疲勞狀態(tài)下其生理特征參數(shù)如脈搏、呼吸、腦電圖、眼部活動等都與正常狀態(tài)有較大差異并且這些參數(shù)經(jīng)臨床試驗表明都與疲勞有相關性可以用來作為駕駛員疲勞的表征參數(shù)通過對這些參數(shù)的監(jiān)測從而達到對駕駛員疲勞監(jiān)測的目的。1.2.1?頭部位置傳感器(HeadPositionSens)由I(AdvancedSafetyConceptsInc)研制開發(fā)的用于計算駕駛員頭部位置的傳感器通過頭部位置的變化規(guī)律判定司機是否

7、瞌睡。1.2.2?檢測駕駛員視網(wǎng)膜大小的PERCLOS法收稿日期:20050822基金項目:江蘇省高新技術資助項目(BG2005028)作者簡介:劉志強(1963)男江蘇靖江人江蘇大學教授博士主要研究方向為交通運輸系統(tǒng)安全和智能交通。63?應用研究???劉志強?汪??基于機器視覺的駕駛疲勞檢測方法1風扇2主板3950nm濾鏡4850nm濾鏡5分光鏡6紅外光源(66枚LED環(huán)狀排列)圖2?PERCLOS攝像頭的結構圖神經(jīng)網(wǎng)絡輔助的Kalm

8、an濾波器對瞳孔進行實時跟蹤預測。2.3?計算匹配獲得的瞳孔的特征參數(shù)交由控制單元進行處理通過統(tǒng)計處理得到瞳孔大小的最大值和實時的瞳孔閉合百分比計算出PERCLOS值f繼而進行判斷駕駛員的疲勞程度。PERCLOS值f的測量原理如圖3所示[5]。圖3?PERCLOS值f的測量原理只要測量出t1~t2值就可以計算f即f=t3t2t4t1??上式中f為眼睛閉合超過80%的時間占某一特定時間的百分率。2.4?評?價系統(tǒng)采用的評價標準是PERCL

9、OS。由表1[6]可以看出所有的方法在不同程度上都可以反映駕駛員的疲勞而PERCLOS的P80標準與疲勞的Pearson相關系數(shù)可以更好地預測疲勞。所以在檢測標準上選擇了以監(jiān)測瞳孔為手段的PERC?LOS方法。表1?和其他測評方法的Pearson系數(shù)相關性人員編號PERCLOSP70#P80?EM%腦電圖算法(EEG)法1?以眼睛至少閉合80%的時間占特定時間的百分率為評價指標%以眼睛閉合時間占特定時間的百分率的平均值為評價指標?馬克基

10、醫(yī)生的腦電圖算法(Dr.MakeigsEEGalgithm)(監(jiān)視裝置測頭部位置(aheadpositionmonitingdevice))使用高級點陣傳感器測量頭部位置(AdvanceArraySensingSys?tem)?使用儀器為MTI研究所的警覺監(jiān)視器(MTIResearchInc.AlertnessMonit)使用儀器為IM系統(tǒng)有限公司的眨眼儀(IMSystemInc.Blinkmeter)。65?應用研究???劉志強?汪?