[实用新型]驾驶员疲劳检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于数字图像信号处理应用领域，具体地说是一种对机动车驾驶员在驾驶过程中出现的疲劳驾驶状态进行检测并预警的装置。

背景技术

随着汽车消费的普及，人们对交通安全越来越关注。交通问题已经成为社会安全的瓶颈。全世界每年因交通事故而导致的死亡人数也已经超过60万，造成的直接经济损失达125亿美元。在我国，汽车拥有量虽然只有全世界总量的3％，但每年因为交通事故死亡的人数却占了全世界的20％。交通安全成为我们安全的重大威胁。为了大力改善交通安全，减少交通事故，在交通法规、监管措施日益完备的同时，致力于改进汽车安全的电子设备也越来越多。例如ABS，TCS，ESP等，都受到了人们的普遍欢迎。

从汽车市场的考察来看，汽车的安全性能的优劣已经成为人们购车的主导因素。各大汽车生产公司也在竞相开发安全设备。例如VOLVO汽车公司就推出了“驾驶员警示系统”，该系统可根据行车状况及时的在驾驶员进入睡眠前给予警告。而法国的图卢兹西门子VDO汽车公司则在开发一种通过监测司机注意力下降的系统。在国内虽然生产汽车电子的企业超过1000家，但是大多从事生产附加值低的产品，缺乏核心技术，国内汽车电子市场70％以上的份额都为外企把持。特别是从汽车安全这个方面来看，中国汽车安全产品还处于初级阶段，所以产品的市场潜力巨大，仅国内每年新增车辆市场容量已经达到48.45亿元人民币，还有2300亿元的社会保有车辆市场，此外还有及其广阔的国外市场。所以驾驶员疲劳预警系统的研究既有技术价值，又有市场前景。

驾驶员疲劳检测技术一般可分为主观检测技术和客观检测技术。主观检测主要通过主观调查表、驾驶员自我记录表、睡眠习惯调查表、斯坦福睡眠尺度表和皮尔逊疲劳量表等评定，由于种种因素主观检测技术的检测结果往往不能令人满意。客观检测技术是利用各种仪器设备检测驾驶员的生理和心理的疲劳反映。生理反映有神经系统的功能、血液和眼睛的变化等，研究人员往往用脑电、心电、眼睑眨动、眼球运动、头部的位移加以鉴别；心理反映有反应时延长、注意分散、动作不协调等。从现有的研究结果看，疲劳驾驶与清醒驾驶相比，较有特异性的指标是：方向盘的微调，头部前倾，眼睑的眨动，甚至闭合。利用客观检测技术可针对不同的驾驶员进行评价，其检测结果比较客观准确。因此，驾驶疲劳检测技术的研究主要集中在客观检测技术方面。脑电图一直被誉为监测疲劳的“金标准”，但由于目前检测脑电图，心电图，肌电图等仪器较精密，在机车上容易受到机车电磁信号的干扰，而且价格昂贵，因此应用较少。另外有些检测方法需要司机的互动参与，或需要司机直接接触传感器，以采集疲劳特征信号，但是这些检测方法大多需要驾驶员主动配合或需要身体接触，会影响司机的驾驶状态。

目前的发展趋势是非接触式疲劳检测，大量的人体生理实验表明驾驶员的眼部状态跟他的精神状态关系密切，当驾驶员精神集中时眼睛张开的程度较大，而当驾驶员在打瞌睡时眼睛会闭合，而且眨眼频繁。目前大部分研究驾驶疲劳的机构都采用PERCLOS(PercentEyelid Closure眼睛闭合时间占特定时间的百分率)作为生理疲劳程度的指标。根据美国联邦公路管理局和汽车联合会资助的研究结果表明：一般情况下人们眼睛闭合的时间在0.12-0.13秒之间，驾驶时若眼睛皮和时间达到0.15秒就很容易发生交通事故。因此我们可以通过摄像头实时采集分析处理司机驾驶时的图片，用基于图像处理和模式识别的方法来解析PERCLOS指标以检测驾驶员的疲劳状态。

数字图像处理技术应用于检测系统的研究开始于上个世纪末，早期的研究主要针对提高检测算法的精确性，检测的速度进步相对较慢。大量的图像数据处理完全不能满足检测系统的实时性，这也一直是将该算法用于实际的瓶颈。例如，根据PERCLOS检测疲劳状态，据抽样定理可知，检测速度至少需要达到(1/0.12*2)帧/秒(约等于17帧/秒)。即需要系统在一秒内完成17帧图像的检测与判断，这是一个相当有难度的速度。2001年P.Viola文章的发表是人脸检测速度提高的一个转折点。他将人脸检测的速度比以前提高了15倍，在700Mhz Pentium III处理器的PC机上仿真速度达到了15帧/秒，实现了实时的人脸检测系统，使得人脸检测真正意义上的走向了实用的道路。这也给我们实现驾驶员疲劳检测系统的算法研究与具体实现提供了可行性基础。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种驾驶员疲劳检测装置，满足非接触性、客观性、实时性、准确性，快速准确的判断出驾驶员的精神状态，在必要的情况下采取相应措施，最大限度的避免疲劳驾驶所引起的交通事故。