基于機(jī)器視覺的駕駛疲勞檢測(cè)方法

1、基于機(jī)器視覺的駕駛疲勞檢測(cè)方法劉志強(qiáng)汪?(江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院江蘇鎮(zhèn)江?212013)摘要:針對(duì)基于機(jī)器視覺技術(shù)的駕駛防瞌睡裝置討論了當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)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(duì)不同波長(zhǎng)紅外光吸收率的顯著差別引起圖像處理區(qū)域改變同時(shí)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助Kalman濾波器對(duì)眼部位置進(jìn)行跟蹤預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)司機(jī)在一定范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)跟蹤眼睛、測(cè)量眼瞼和眼球狀態(tài)的分析技術(shù)。該方法為檢測(cè)司機(jī)

2、在駕駛中是否困倦提供了關(guān)鍵的技術(shù)實(shí)驗(yàn)表明該方法是有效的。關(guān)鍵詞:疲勞監(jiān)測(cè)PERCLOS視覺中圖分類號(hào):U461.91TP242.6??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A??文章編號(hào):16721616(2006)03006304??疲勞雖然是一個(gè)正常的生理現(xiàn)象但是對(duì)駕駛員這一特殊的群體就可能引起嚴(yán)重的后果甚至危及生命因此對(duì)疲勞的監(jiān)測(cè)是非常必要的[1]。早期對(duì)駕駛疲勞的客觀測(cè)評(píng)主要從醫(yī)學(xué)角度出發(fā)借助醫(yī)用腦電圖儀、心電圖儀、肌電圖儀測(cè)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(zhǔn)確但測(cè)試條件苛刻過程復(fù)雜不易推廣應(yīng)用。在過去的10年里對(duì)駕駛疲勞測(cè)評(píng)技術(shù)的研究逐漸引起許多國家的普遍重視但是到目前為止機(jī)動(dòng)車駕駛員駕駛疲勞測(cè)評(píng)技術(shù)還未達(dá)到成熟的地步實(shí)用可靠的系統(tǒng)尚未推出。本文在研究了國內(nèi)外當(dāng)前防駕駛疲勞技術(shù)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上制定了駕駛防瞌睡裝置的系統(tǒng)方案利用計(jì)算機(jī)開發(fā)了系統(tǒng)原型并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。1?國內(nèi)外研究狀況駕駛疲勞的監(jiān)測(cè)分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種。主動(dòng)的方法主要依靠駕駛員主動(dòng)

4、的對(duì)自身的狀態(tài)進(jìn)行檢查如反應(yīng)時(shí)間測(cè)試儀PVT(ThePsychomotVigilanceTest)[23]等。根據(jù)駕駛員對(duì)儀器屏幕上隨機(jī)出現(xiàn)的光點(diǎn)的反應(yīng)(光點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)敲擊鍵盤)速度測(cè)試駕駛員的反應(yīng)時(shí)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(jìn)行監(jiān)測(cè)不具備客觀性從而可靠性不高。被動(dòng)的方法則是借助儀器對(duì)駕駛員的駕駛行為和狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、客觀評(píng)價(jià)的方法。目前比較常見的疲勞監(jiān)測(cè)手段有以下幾種。1.1?對(duì)駕駛行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(duì)駕駛員的駕駛行為如方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度車輛的行駛軌跡等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)可以達(dá)到駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)的目的。方向盤監(jiān)視裝置S.A.M(SteeringAttentionMonit)。一種監(jiān)測(cè)方向盤非正常運(yùn)動(dòng)的傳感器裝置適用于各種車輛。方向盤正常運(yùn)動(dòng)時(shí)傳感器裝置不報(bào)警若方向盤4s不運(yùn)動(dòng)S.A.M.就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲直到方向盤繼續(xù)正常運(yùn)動(dòng)為止。S.A.M.被固定在車內(nèi)錄音機(jī)旁方向盤下面的桿上裝有一條磁性帶用以監(jiān)測(cè)方向盤的

6、運(yùn)動(dòng)。1.2?對(duì)駕駛員狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(dòng)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(yàn)表明都與疲勞有相關(guān)性可以用來作為駕駛員疲勞的表征參數(shù)通過對(duì)這些參數(shù)的監(jiān)測(cè)從而達(dá)到對(duì)駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)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(jì)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(jī)是否

7、瞌睡。1.2.2?檢測(cè)駕駛員視網(wǎng)膜大小的PERCLOS法收稿日期:20050822基金項(xiàng)目:江蘇省高新技術(shù)資助項(xiàng)目(BG2005028)作者簡(jiǎn)介:劉志強(qiáng)(1963)男江蘇靖江人江蘇大學(xué)教授博士主要研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸系統(tǒng)安全和智能交通。63?應(yīng)用研究???劉志強(qiáng)?汪??基于機(jī)器視覺的駕駛疲勞檢測(cè)方法1風(fēng)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(jié)構(gòu)圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助的Kalm

8、an濾波器對(duì)瞳孔進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤預(yù)測(cè)。2.3?計(jì)算匹配獲得的瞳孔的特征參數(shù)交由控制單元進(jìn)行處理通過統(tǒng)計(jì)處理得到瞳孔大小的最大值和實(shí)時(shí)的瞳孔閉合百分比計(jì)算出PERCLOS值f繼而進(jìn)行判斷駕駛員的疲勞程度。PERCLOS值f的測(cè)量原理如圖3所示[5]。圖3?PERCLOS值f的測(cè)量原理只要測(cè)量出t1~t2值就可以計(jì)算f即f=t3t2t4t1??上式中f為眼睛閉合超過80%的時(shí)間占某一特定時(shí)間的百分率。2.4?評(píng)?價(jià)系統(tǒng)采用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)與疲勞的Pearson相關(guān)系數(shù)可以更好地預(yù)測(cè)疲勞。所以在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)上選擇了以監(jiān)測(cè)瞳孔為手段的PERC?LOS方法。表1?和其他測(cè)評(píng)方法的Pearson系數(shù)相關(guān)性人員編號(hào)PERCLOSP70#P80?EM%腦電圖算法(EEG)法1?以眼睛至少閉合80%的時(shí)間占特定時(shí)間的百分率為評(píng)價(jià)指標(biāo)%以眼睛閉合時(shí)間占特定時(shí)間的百分率的平均值為評(píng)價(jià)指標(biāo)?馬克基

10、醫(yī)生的腦電圖算法(Dr.MakeigsEEGalgithm)(監(jiān)視裝置測(cè)頭部位置(aheadpositionmonitingdevice))使用高級(jí)點(diǎn)陣傳感器測(cè)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(yīng)用研究???劉志強(qiáng)?汪?