汽車電子困倦檢測(cè) 想打盹？沒門！

時(shí)間：2014-02-09 02:57:34

關(guān)鍵字：汽車電子 BSP 檢測(cè)技術(shù) 圖像識(shí)別

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[導(dǎo)讀]　　由“瞌睡”引發(fā)的悲慘交通事故接連不斷。2012年4月日本發(fā)生的一起慘痛的交通事故至今仍令人記憶猶新，一輛載有旅客的觀光巴士在關(guān)越機(jī)動(dòng)車道上撞上隔音壁，造成7名乘客死亡?！　‖F(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)剎車痕跡和

　　由“瞌睡”引發(fā)的悲慘交通事故接連不斷。2012年4月日本發(fā)生的一起慘痛的交通事故至今仍令人記憶猶新，一輛載有旅客的觀光巴士在關(guān)越機(jī)動(dòng)車道上撞上隔音壁，造成7名乘客死亡。

　　現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)剎車痕跡和滑行擦痕，警察宣布這起事故是由打盹駕駛引起的。據(jù)推測(cè)汽車當(dāng)時(shí)以90km/h以上的時(shí)速撞上了側(cè)壁。2011年2月，在愛知縣的東名機(jī)動(dòng)車道上，因被打盹駕駛的卡車追尾，導(dǎo)致母女3人死亡。4個(gè)月后，在名神機(jī)動(dòng)車道上發(fā)生了5輛車起火、2人死亡的重大事故，據(jù)引發(fā)事故的汽車駕駛員供述：“在那一瞬間，打了個(gè)盹兒”。

　　在困倦駕駛造成的交通事故中，大多是根本未減速的碰撞及車輛脫離車道撞到行人的悲慘事故。像長(zhǎng)途卡車這種24小時(shí)連續(xù)駕駛而引起的交通事故大多是由打瞌睡而引起的。

　　據(jù)日本警察廳統(tǒng)計(jì)，日本交通事故造成的死亡人數(shù)每年都在減少，1970年最高時(shí)為1萬6765人，2013年為4373人，只有最高時(shí)的1/4。但從具體原因來看，由超速等危險(xiǎn)駕駛造成的交通事故大幅減少，但未仔細(xì)確認(rèn)、漫不經(jīng)心、困倦駕駛等人為失誤造成的事故數(shù)量并未減少。估計(jì)很多駕駛員都有過在旅行歸途及探親途中因單調(diào)的駕駛而犯困的經(jīng)歷。

　　防止在駕駛過程中打瞌睡的技術(shù)終于實(shí)現(xiàn)了。圖為富士通研究所開發(fā)的耳夾式“困倦檢測(cè)傳感器”。已在2013年的“CEATEC JAPAN”上展出。當(dāng)檢測(cè)到駕駛員困倦時(shí)，向智能手機(jī)發(fā)出警告。

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　　今后要進(jìn)一步減少交通事故，事前掌握駕駛員的疲勞、瞌睡等狀態(tài)無疑是非常有效的。因此，各車企紛紛著手開發(fā)困倦檢測(cè)技術(shù)。如果有了這種技術(shù)，不僅可以有效防止交通事故，對(duì)社會(huì)也有巨大的積極作用。通過提前檢測(cè)駕駛員的困倦從而察覺危險(xiǎn)來防止事故的技術(shù)從很早以前就一直在研究，如今隨著技術(shù)的進(jìn)步，終于要變成現(xiàn)實(shí)了。

　　困倦檢測(cè)的第一步是檢測(cè)表明駕駛員困倦增強(qiáng)的特征性動(dòng)作和人體信號(hào)。因此，必須定義困倦的征兆?，F(xiàn)在，一般作為困倦征兆使用的指標(biāo)大致有三個(gè)：第一是包括睜開方式及瞳孔大小在內(nèi)的眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)和狀態(tài)，第二是腦波變化，第三是心率變化。

　　利用圖像識(shí)別檢測(cè)困倦的技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用階段

　　其中，已開始實(shí)用化的是檢測(cè)眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)和狀態(tài)的技術(shù)。檢測(cè)困倦的最大難度是在不給駕駛員造成負(fù)擔(dān)的前提下掌握駕駛員的困倦狀況。也就是說，要在不給駕駛員佩戴任何傳感器、不限制駕駛員動(dòng)作和服裝的前提下，準(zhǔn)確檢測(cè)出駕駛員的狀態(tài)。

　　檢測(cè)眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)和狀態(tài)的方法是目前最不給駕駛員造成負(fù)擔(dān)的。具體就是利用安在駕駛員前方的攝像頭來捕捉眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)和狀態(tài)。如果從該圖像可以檢測(cè)出困倦時(shí)發(fā)生的特征性動(dòng)作，便可以向駕駛員發(fā)出警告。

　　這種方法的關(guān)鍵是從圖像中找出眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)和狀態(tài)的圖像識(shí)別。最近幾年，圖像識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步顯著。數(shù)碼相機(jī)中也有配備面部識(shí)別及檢測(cè)閉眼照片功能的產(chǎn)品。

　　這種方法面臨的課題是要應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境的變化。比如，需要能在有無眼鏡、有無墨鏡、光線少的夜晚、日光強(qiáng)烈的狀態(tài)、紅外線強(qiáng)的傍晚等很多不同環(huán)境下使用的識(shí)別技術(shù)。這需要開發(fā)企業(yè)的技術(shù)積累。

　　已有汽車配備了這種技術(shù)。其中，備受關(guān)注的領(lǐng)先企業(yè)是澳大利亞Seeing Machine公司。該公司的技術(shù)已被美國(guó)卡特彼勒公司（Caterpillar）用在礦山用卡車上。礦山一般是24小時(shí)不間斷作業(yè)。夜間工作的駕駛員發(fā)生事故的情況嚴(yán)重，因此Caterpillar公司作為困倦檢測(cè)技術(shù)采用了該系統(tǒng)。Seeing Machine公司的困倦檢測(cè)技術(shù)還被很多其他汽車廠商采用。

　　Seeing Machine公司的技術(shù)的特點(diǎn)是即使戴著眼鏡和墨鏡，不管是早上還是夜間駕駛時(shí)，都能檢測(cè)出困倦。該系統(tǒng)將閉眼時(shí)間稍長(zhǎng)的狀態(tài)作為困倦信號(hào)檢出，利用設(shè)在駕駛席座椅上的警報(bào)器提醒駕駛員。除困倦檢測(cè)功能外，還配備有掌握視線脫離前方的頻率以檢測(cè)出駕駛員注意力下降的功能，以及檢測(cè)出駕駛員在駕駛過程中撥打手機(jī)的功能等。

　　如上所述，利用圖像識(shí)別檢測(cè)困倦的技術(shù)只用車載攝像頭來捕捉特征，因此優(yōu)點(diǎn)是給駕駛員造成的負(fù)擔(dān)小。但是，有不少人指出困倦表現(xiàn)為眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象時(shí)已處于“微睡”狀態(tài)，即使警告也已經(jīng)晚了。要想及早準(zhǔn)確地檢測(cè)出困倦，捕捉人體信號(hào)的方法可能更為有效。

　　利用心率和腦波來防止瞌睡的研發(fā)也趨于活躍

　　因此，作為更有效的方法，研發(fā)越來越活躍的是通過測(cè)量心率和腦波來檢測(cè)困倦的技術(shù)。

　　比如，利用心率來檢測(cè)困倦的技術(shù)，因已知困勁兒上來心率會(huì)下降，一般都是采用視心率的下降方式來檢測(cè)困倦的方法。駕駛時(shí)，姿勢(shì)和周圍溫度基本不變，因此困倦等精神狀態(tài)的變化就是引起心率變化的主要因素。因此利用心率可檢測(cè)困倦。并有諸如可在方向盤等與駕駛員體表接觸的部位檢測(cè)心率之類可減輕駕駛員負(fù)擔(dān)的改進(jìn)余地。

　　在2013年10月舉行的展會(huì)“CEATEC JAPAN”上，富士通研究所展出了采用戴在耳垂上的耳夾式脈搏傳感器的困倦檢測(cè)技術(shù)。通過分析心率間隔的波動(dòng)來實(shí)時(shí)檢測(cè)出犯困時(shí)出現(xiàn)的頻率波動(dòng)。

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　　還有一種方法，就是在汽車座椅上設(shè)置電極，用來檢測(cè)體表的微弱電流。心率會(huì)作為微弱電流表現(xiàn)在人體表面，因此如果能夠測(cè)量體表的微弱電流，便可作為脈搏的替代指標(biāo)。除富士通研究所以外，美國(guó)Quantum Applied Science & Research公司也在與美軍合作研究這種方法。前提是駕駛員在駕駛中必須坐在座椅上，今后該技術(shù)也將成為有希望的技術(shù)候補(bǔ)之一。

　　在腦波檢測(cè)方面，美國(guó)NeuroSky公司的技術(shù)也備受關(guān)注。該公司的目標(biāo)是在玩具及教育等領(lǐng)域應(yīng)用自主的腦波檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)本來是為應(yīng)用于消費(fèi)類產(chǎn)品而開發(fā)的，因此有可能能以低成本實(shí)現(xiàn)困倦檢測(cè)技術(shù)。具體正在開發(fā)戴在頭部檢測(cè)腦波的傳感器，已開發(fā)出了集成有信號(hào)除噪和數(shù)據(jù)分析等的模塊。現(xiàn)在，正向汽車廠商推薦這項(xiàng)技術(shù)，用來防止駕駛員瞌睡。

　　美國(guó)帕洛阿爾托研究中心（PARC）也在研究模擬人類困倦圖形的腦波測(cè)量技術(shù)。目前，準(zhǔn)備用來改善職場(chǎng)環(huán)境等。將來將做成非接觸式，用來實(shí)時(shí)檢測(cè)困倦、精力集中度、挫折。這種腦波檢測(cè)和采用近紅外光從頭皮上檢測(cè)腦功能的測(cè)量技術(shù)正在穩(wěn)步發(fā)展。如果這些測(cè)量技術(shù)得以應(yīng)用，則有可能實(shí)現(xiàn)防止困倦技術(shù)的新突破。

　　檢測(cè)到困倦后，如何通知駕駛員？

　　不過，心率和腦波測(cè)量目前一般采用接觸身體的測(cè)量方法。尤其是腦波，不接觸身體很難測(cè)量出來。以腦波和心率為指標(biāo)的困倦檢測(cè)技術(shù)可以捕捉到圖像識(shí)別很難發(fā)現(xiàn)的困倦初期征兆，但給駕駛員造成的負(fù)擔(dān)很大。今后，需要開發(fā)不給駕駛員造成負(fù)擔(dān)的測(cè)量方法。

　　另外，在檢測(cè)到困倦之后、如何通知駕駛員也需要研究。現(xiàn)在正在推進(jìn)通過鈴聲和信息來通知駕駛員、自動(dòng)改變室溫、釋放出眼睛能感覺到的成分、吹氣和水等獨(dú)特的研究。與困倦檢測(cè)技術(shù)配套，今后如何自然地提醒駕駛員注意或叫醒駕駛員也將是一個(gè)研究主題。

　　此外，德國(guó)戴姆勒在高檔車“梅賽德斯·奔馳”的多款車型上引進(jìn)了名為“注意力警示系統(tǒng)（Attention Assist）”的駕駛員監(jiān)控技術(shù)。在開始駕駛后的15分以內(nèi)，繪制駕駛員的行為模式，通過將該模式與車速、加速度、方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向燈操作等實(shí)際駕駛中的操作進(jìn)行比較，來檢測(cè)疲勞度和注意力下降。該技術(shù)當(dāng)駕駛員在單調(diào)的郊外公路和高速公路上以80～180km/h的速度駕駛時(shí)起作用，提醒疲勞度高的駕駛員休息。據(jù)該公司介紹，過勞狀態(tài)的駕駛員在方向盤操作犯了小失誤后，大多會(huì)慌張操縱方向盤，反而容易出危險(xiǎn)。

　　雖然注意力警示系統(tǒng)不是直接檢測(cè)困倦的技術(shù)，但疲勞的積累會(huì)導(dǎo)致困倦。從這個(gè)意義來說，這也算是一種檢測(cè)困倦的技術(shù)。今后，通過結(jié)合這些技術(shù)，將不斷開發(fā)出防止人為失誤造成事故的系統(tǒng)。這種研發(fā)將成為最近備受關(guān)注的自動(dòng)駕駛技術(shù)的一部分。

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