[发明专利]基于多元信息融合的驾驶员疲劳监测装置及其监测方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像信号处理应用领域和传感器应用领域，具体涉及基于多元信息融合的驾驶员疲劳监测装置及其监测方法。 

背景技术

随着汽车消费的普及，交通安全已成为制约社会和谐发展的焦点问题。由于驾驶员疲劳驾驶而造成的交通事故率的增长已成为社会普遍关注的一个热点，疲劳驾驶的司机在观察、识别和进行车辆控制的能力上都显著下降，严重威胁着自身的安全和他人的生命。 

据研究介绍，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约125亿美元。我国的汽车拥有量虽然只占到全世界的3％，但每年因交通事故造成的死亡人数却占全世界的20％，多年来中国每年交通事故死亡数都超过10万人，位居世界第一，这些事故多与疲劳驾驶有关。英国交通研究实验室认为：驾驶疲劳导致的道路交通事故占全部交通事故的10％。更有研究表明在高速公路上，50％的交通事故是由于驾驶疲劳引起。在美国，车祸已成为引起死亡和伤害的三大原因之一，在每年发生的200万交通事故中，由于疲劳驾驶和因疲劳导致注意力不集中所致的车祸超过100万起。1995年美国国家交通安全委员会NTSB(The National Transportation Safety Board)检查了107起由驾驶员造成的卡车交通事故，其中58起与驾驶员打盹驾驶有关。法国国家警察总署事故报告表明，因疲劳瞌睡而发生车祸的，占人身伤害事故的14.9％，占死亡事故的20.6％。英国交通研究实验室(Transport Research Laboratory)认为驾驶疲劳导致的路面交通事故占全部交通事故率的10％。而在中国境内，来自湖南省交警总队最新统计数据表明，仅从2005年5月下旬至7月上旬，在湖南省内高速公路共发生事故55起，造成34人死亡，81人受伤，其中因疲劳驾驶已引发交通事故13起，造成13人死亡，29人不同程度受伤。即使在广州市区中心，疲劳驾驶也时刻危及到人们的生命财产安全，如2005年4月16日，广州市197路公共汽车由于驾驶员疲劳驾驶，三辆公共汽车连环相撞，造成30名乘客和1名司机不同程度受伤的事故。 

基于多源信息融合的驾驶员疲劳特征识别理论与方法是从主动安全出发的研究的驾驶员疲劳特征理论方法。它综合了驾驶员的各种疲劳特征，它利用传感器测量驾驶员驾驶时方向、踏板等，疲劳检测中先进的PERCLOS标准，驾驶员视点跟踪等信息进行融合，对驾驶员的疲劳状态进行判别与预警。 

研究表明，一个处于疲劳状态的人会表现出特定的视觉行为，这些行为容易通过诸如 眼睛、头部、面部表情等视觉特征的改变来观察。基于这些视觉特征，利用摄像机和计算机视觉技术对司机的视觉行为进行监测。该方法不会对司机的驾驶行为带来任何干扰，因此成为这一领域现行研究的热点。PERCLOS(Percent Eyelid Closure眼睛闭合时间占特定时间的百分率)是此领域中的公认的最具潜力的检测疲劳的方法之一，目前大部分研究驾驶疲劳的机构都采用PERCLOS(Percent Eyelid 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。但是其在实际应用中，这种方法还是存在着很多问题：①不同体质和生活习惯的驾驶员的PERCLOS有很大不同，因此，它的误判率较高；②它是一种多重的非严格的对象跟踪，车内照明条件的变化和头部的移动可导致预测不准甚至失败；③当头部未正对摄像头时，无法识别眼部特征；④驾驶员戴墨镜时无法进行PERCLOS检测。另一方面，监测驾驶员注视方向也是有效的方法之一，通过摄像头获得眼睛的图像，对眼球进行建模，眼球中心与眼球表面亮点的连线即为驾驶员视线的方向，通过判别驾驶员的视线是否在偏离正常范围作为判别驾驶员是否疲劳的特征之一，但是此方法也同样存在着与PERCLOS测量时所发生的问题。 

也有研究表明，驾驶员驾驶时方向、踏板等的运动参数与驾驶员的疲劳程度具有一定的联系，如方向盘较长时间不动，说明驾驶员在打瞌睡借助仪器对驾驶行为和状态进行实时检测和客观评价。因此安装方向盘，踏板运动传感器可监视驾驶员驾车动作的稳定性和协调性；安装车轴转向角速度传感器并且检测转向灯时候开启可监视行驶路线有所偏离时驾驶员的转向操作，从而监测驾驶员的驾驶员的疲劳状态。但从实际来说单一的检测方法还无法做到十全十美，在准确率上与理想的状态存在一定的差距。