Come identificare lo stato di affaticamento del conducente nel sistema di identificazione e allarme rapido per l'affaticamento della guida del veicolo？

L'affaticamento alla guida si riferisce al calo della capacità di reazione del conducente causato dalla mancanza di sonno o dalla guida continua a lungo termine. Questo declino si manifesta con sonnolenza, sonnolenza, guida sbagliata o perdita completa della capacità di guida del conducente.
L'affaticamento alla guida si riflette sia negli aspetti fisiologici che psicologici, compresa la funzione del sistema nervoso, i cambiamenti del sangue e degli occhi; La reazione psicologica comprende tempi di reazione prolungati, distrazione e azione scoordinata. Dall'indagine e dalla ricerca sulle cause degli incidenti stradali condotta dall'Università dell'Indiana negli Stati Uniti è emerso che 85% degli incidenti sono legati ai conducenti e solo 15% sono fattori legati al veicolo e all'ambiente.
I comportamenti e gli errori del conducente immediatamente prima dell'incidente portano direttamente all'incidente. Questi comportamenti includono ritardo percettivo, decisioni sbagliate sull’ambiente, gestione impropria di situazioni pericolose e così via. Tra tutti gli errori del conducente, i più comuni sono il ritardo percettivo e gli errori decisionali. Questi errori porteranno a disattenzione, riflessione lenta, funzionamento improprio e così via. La causa principale di questi errori è l’affaticamento alla guida. A causa dell'affaticamento alla guida dei conducenti, il livello di vigilanza diminuisce, con conseguente aumento degli incidenti stradali, che sono diventati un punto caldo di preoccupazione generale nella società.
Se il conducente guida stanco, la sua capacità di osservazione, riconoscimento e controllo del veicolo sarà notevolmente ridotta, mettendo seriamente a rischio la propria sicurezza e quella degli altri. Con lo sviluppo dell’industria dei trasporti, gli incidenti stradali sono diventati un problema serio affrontato da tutti i paesi.
Principali metodi di monitoraggio dell'affaticamento del conducente
La tecnologia di monitoraggio e allarme rapido dell'affaticamento e della distrazione del conducente è stata molto apprezzata da vari paesi per le sue prospettive di sviluppo nella prevenzione degli incidenti stradali. I ricercatori hanno effettuato varie ricerche in base alle caratteristiche fisiologiche e operative dell'affaticamento del conducente. Alcuni risultati della ricerca hanno formato prodotti e hanno iniziato a entrare nel mercato.
I metodi di rilevamento dello stato di fatica del conducente possono essere approssimativamente suddivisi in metodi di rilevamento basati sul segnale fisiologico del conducente, sulle caratteristiche di risposta fisiologica del conducente, sul comportamento operativo del conducente e sulle informazioni sullo stato del veicolo.
1. Metodo di rilevamento basato sul segnale fisiologico del conducente
La ricerca sulla fatica è iniziata in fisiologia. Ricerche pertinenti mostrano che gli indici fisiologici dei conducenti in stato di affaticamento si discosteranno dagli indici dello stato normale. Pertanto, se il conducente entra nello stato di fatica può essere giudicato dagli indici fisiologici del conducente. Attualmente, i metodi di rilevamento più maturi includono la misurazione dell'EEG e dell'ECG dei conducenti.
I ricercatori hanno da tempo scoperto che l’EEG può riflettere direttamente l’attività del cervello. Si è scoperto che quando si entra nello stato di fatica, le attività delle onde delta e theta nell'EEG aumenteranno in modo significativo, mentre le attività delle onde alfa aumenteranno leggermente. In un altro studio [6], i segnali EEG sono stati monitorati in simulatori e veicoli reali. I risultati dei test mostrano che l’EEG è un metodo efficace per monitorare l’affaticamento del conducente. I ricercatori hanno anche scoperto che le caratteristiche del segnale EEG presentano grandi differenze personali, come genere e personalità, e sono anche strettamente correlate alle attività psicologiche delle persone.
L'ECG viene utilizzato principalmente nella misurazione fisiologica del carico di guida. La ricerca mostra che l'ECG diminuisce in modo evidente e regolare quando i conducenti sono stanchi ed esiste una potenziale relazione tra l'HRV (variazione della frequenza cardiaca) e la variazione del grado di fatica durante la guida.
Il metodo di rilevamento basato sul segnale fisiologico del conducente ha un'elevata precisione nel giudizio sulla fatica, ma il segnale fisiologico deve essere misurato per contatto ed è fortemente dipendente dagli individui. Presenta molte limitazioni quando viene effettivamente utilizzato nel monitoraggio della fatica del conducente. Pertanto, viene utilizzato principalmente nella fase sperimentale come parametro di controllo dell'esperimento.
2. Metodo di rilevamento basato sulle caratteristiche di risposta fisiologica del conducente
Il metodo di rilevamento basato sulle caratteristiche di risposta fisiologica del conducente si riferisce alla deduzione dello stato di fatica del conducente utilizzando le caratteristiche di movimento degli occhi del conducente e le caratteristiche di movimento della testa.
Il movimento degli occhi del conducente e le informazioni sul battito delle palpebre sono considerati caratteristiche importanti per riflettere l'affaticamento. L'ampiezza dell'ammiccamento, la frequenza dell'ammiccamento e il tempo medio di chiusura possono essere utilizzati direttamente per rilevare l'affaticamento. Attualmente esistono molti algoritmi per studiare l’affaticamento alla guida basati sul meccanismo del movimento oculare. Tra gli algoritmi più utilizzati vi è PERCLOS, che prende la percentuale del tempo di chiusura delle palpebre in un periodo di tempo come indice di misurazione dell'affaticamento fisiologico.
Utilizzando la tecnologia di riconoscimento facciale per individuare le posizioni degli occhi, della punta del naso e dell'angolo della bocca, combinare le posizioni degli occhi, della punta del naso e dell'angolo della bocca e quindi, in base al tracciamento degli occhi, possiamo ottenere la direzione dell'attenzione del conducente e giudicare se il conducente l'attenzione è distratta.
Il sensore di posizione della testa viene utilizzato per rilevare il cenno del capo da parte del conducente. La posizione della testa del conducente da ciascun sensore viene emessa attraverso la serie di sensori capacitivi, che possono tracciare la posizione della testa in tempo reale e determinare se il conducente è assonnato in base alla legge di cambiamento della posizione della testa. Questo studio ha scoperto che esiste un’ottima correlazione tra l’azione di annuire e la sonnolenza.
Il metodo di rilevamento basato sulle caratteristiche di risposta fisiologica del conducente adotta generalmente la misurazione senza contatto, che ha una buona precisione e praticabilità del riconoscimento.
3. Metodo di rilevamento basato sul comportamento operativo del conducente
La tecnologia di riconoscimento dello stato di fatica del conducente basata sul comportamento operativo del conducente si riferisce alla deduzione dello stato di fatica del conducente attraverso il comportamento operativo del conducente, come il funzionamento del volante.
Elaborando i dati relativi al funzionamento del volante del conducente monitorato, i risultati della ricerca rivelano in una certa misura la relazione tra il funzionamento del volante del conducente e l'affaticamento. Si sottolinea che l'uso del volante è un mezzo efficace per giudicare l'affaticamento alla guida.
In generale, ci sono pochi risultati di ricerche approfondite sull'identificazione della fatica utilizzando il comportamento operativo del conducente. Oltre allo stato di fatica, l'attività del conducente è influenzata anche dalle abitudini personali, dalla velocità di guida, dall'ambiente stradale e dalle capacità operative. Lo stato di guida del veicolo è legato anche a numerosi fattori ambientali quali le caratteristiche del veicolo e le strade. Pertanto, come migliorare la precisione della previsione dello stato del conducente è il problema chiave di questo tipo di tecnologia di misurazione indiretta.
4. Metodo di rilevamento basato sulla traiettoria del veicolo
Lo stato di fatica dei conducenti può essere dedotto anche utilizzando informazioni sulla guida del veicolo, come il cambio di traiettoria del veicolo e l'uscita dalla corsia. Come la tecnologia di riconoscimento dello stato di fatica basata sul comportamento operativo del conducente, questo metodo si basa sui dispositivi esistenti del veicolo, non necessita di aggiungere troppe apparecchiature hardware e non interferirà con la normale guida del conducente, quindi ha un'elevata praticità valore.
Sistema di riconoscimento della fatica alla guida basato su tecnologia video
Nell'aprile 1999, la Federal Highway Administration ha proposto per la prima volta PERCLOS come metodo fattibile per prevedere l'affaticamento alla guida dei conducenti di veicoli a motore. Dopo anni di sviluppo, il metodo PERCLOS è stato riconosciuto come il metodo di valutazione della fatica di guida più efficace, a bordo e in tempo reale. PERCLOS è l'abbreviazione di percentuale di chiusura degli occhi nel tempo della pupilla, ovvero la percentuale del tempo di chiusura degli occhi nell'unità di tempo.
Il principio di PERCLOS è contare la proporzione temporale della chiusura degli occhi in un determinato periodo di tempo. Lo standard di valutazione adottato dal nostro sistema è perclos80, ciò significa che l'occhio è considerato chiuso quando l'area della palpebra che copre la pupilla supera 80%.
Principio di misura PERCLOS

Il valore di PERCLOS può essere calcolato misurando T1-T4:

Dove f rappresenta la percentuale del tempo di chiusura degli occhi, cioè il valore di PERCLOS.
Schema del sistema e flusso di lavoro del sistema di riconoscimento della fatica alla guida basato sulla tecnologia video
Il sistema di monitoraggio dell'affaticamento del conducente ottiene l'immagine del conducente in tempo reale attraverso l'apparecchiatura di acquisizione video, analizza automaticamente la postura della testa del conducente, la legge sui movimenti degli occhi e le caratteristiche del viso per determinare lo stato mentale del conducente e fornisce il corrispondente messaggio di allarme precoce. La ricerca mostra che, rispetto alla legge del movimento del viso o della testa, la legge dell’attività oculare, come la frequenza delle palpebre, la velocità delle palpebre, l’intervallo di apertura degli occhi e la direzione dello sguardo, possono riflettere meglio lo stato mentale dei soggetti in quel momento.
Pertanto, se è possibile ottenere le dimensioni degli occhi, le informazioni sulla posizione e i cambiamenti di movimento in ciascun fotogramma dell'immagine, è possibile contare la legge sull'attività visiva del conducente per un periodo di tempo e valutare lo stato di fatica del conducente in combinazione con l'analisi dello stato di fatica. indice. Il flusso del sistema è mostrato nella figura seguente:
Preelaborazione delle immagini
Nell'ambiente di guida, l'immagine raccolta tramite il flusso video sarà influenzata da molti fattori, comprese le informazioni sul rumore, come la risoluzione, il rumore del sistema, lo sfondo brusco, ecc., che interferiranno con il successivo funzionamento dell'immagine. Pertanto, preelaboriamo l'immagine sorgente tramite l'equalizzazione dell'istogramma per rimuovere il rumore, migliorare il contrasto dell'immagine, evidenziare i dettagli dell'immagine e migliorare la qualità dell'immagine.
Prima e dopo l'equalizzazione
Istogramma prima dell'equalizzazione Istogramma dopo l'equalizzazione
Riconoscimento facciale
Il rilevamento del volto è un passaggio importante prima della localizzazione degli occhi. Il sistema adotta l'algoritmo AdaBoost e utilizza i metodi di addestramento e rilevamento dei campioni forniti. Innanzitutto, vengono raccolti i campioni e viene addestrato un classificatore dai campioni raccolti. Il classificatore riesce a distinguere bene il volto umano da quello non umano; Nel collegamento di rilevamento, caricare la cornice dell'immagine da testare nel classificatore, scansionare i pixel dell'immagine per trovare il volto contenuto nell'immagine e calibrare l'area. Le operazioni successive verranno eseguite nell'area frontale calibrata per ridurre l'area di calcolo ed eliminare l'interferenza di fattori non frontali, il che migliora notevolmente la velocità operativa del sistema.
Posizione dell'occhio
Questo collegamento comprende due fasi: posizionamento approssimativo dell'occhio umano e posizionamento accurato dell'occhio umano. In primo luogo, secondo la conoscenza preliminare della tradizione cinese dei tre cortili e dei cinque occhi, deve esserci un'area approssimativa degli occhi umani in posizione approssimativa. Quest'area può contenere allo stesso tempo interferenze come sopracciglia e angoli dei capelli, ma riduce ulteriormente l'area di calcolo; Quindi, l'area ruvida dell'occhio umano viene convertita in un'immagine binaria attraverso una certa soglia, quindi viene eseguita la proiezione grigia in direzione verticale per ottenere l'istogramma. Poiché esiste una grande differenza tra il grigio dell'occhio umano e la pelle circostante, le coordinate Y dei bordi superiore e inferiore dell'occhio umano possono essere determinate dai picchi e dagli avvallamenti nell'istogramma, quindi gli occhi possono essere accuratamente situato.
Giudizio sullo stato dell'occhio
Attraverso il metodo della varianza interclasse massima (Otsu), l'area precisa degli occhi umani viene binarizzata con soglie diverse sotto diversi raggi di luce per ottenere la migliore forma dell'occhio quando gli occhi umani sono aperti e chiusi. Attraverso il confronto di n fotogrammi continui, si può giudicare che il driver è attualmente nello stato chiuso quando l'area del valore dei pixel neri è più piccola e, in altri casi, è nello stato aperto o semiaperto.
Analisi della fatica
Il sistema seleziona l'indice di valutazione della fatica percol attualmente riconosciuto ed efficace, ovvero lo stato di fatica viene analizzato in base alla proporzione temporale dei fotogrammi con gli occhi chiusi in n fotogrammi consecutivi. I fotogrammi ad occhi aperti vengono registrati come valore "1" e i fotogrammi ad occhi chiusi vengono registrati come valore "0". In questo modo, dopo n fotogrammi consecutivi, si può ottenere la sequenza sfalsata di “1” e “0”. L'analisi dello stato di fatica può essere descritta dalla proporzione del valore “0” nella sequenza. Quando la percentuale è superiore ad una certa proporzione sperimentale, si può ritenere che il conducente possa essere stanco.
Attraverso il funzionamento e l'elaborazione dei cinque passaggi precedenti, il sistema può analizzare se il conducente attuale è in stato di fatica e grado di fatica dal flusso video ottenuto dall'apparecchiatura di acquisizione e fornire diversi gradi di promemoria e allarme, in modo da ottenere il obiettivo del sistema.
Giudizio completo del grado di fatica
La valutazione dell'affaticamento del conducente sarà influenzata negativamente dall'ispezione degli errori. Attraverso il calcolo di PERCLOS, tempo di chiusura degli occhi, frequenza di ammiccamento, grado di apertura della bocca e movimento della testa, è possibile effettuare un giudizio completo sull'affaticamento del conducente in modo accurato ed efficace.
PERCLO
PERCLOS si riferisce alla percentuale del tempo di chiusura degli occhi in un tempo specifico. Il metodo PERCLOS ha tre criteri: p70, p80 ed em. La ricerca mostra che p80 ha la migliore correlazione con il grado di fatica.
Apertura della bocca
Di solito ci sono tre stati della bocca: chiudersi, parlare e sbadigliare. Nello stato di affaticamento, le persone sbadigliano frequentemente e si scopre che c'è un avvallamento nella curva di proiezione grigia orizzontale della metà inferiore dell'area, cioè la posizione tra le labbra. Binarizzare la parte inferiore del viso e calcolare il valore in pixel dell'area connessa (l'area connessa può impedire che narici e baffi influenzino il calcolo) dalle labbra su e giù per ottenere il grado di apertura della bocca.
Compensazione dell'altezza degli occhi e dell'altezza della bocca
Quando la distanza verticale dalla palpebra superiore alla palpebra inferiore e la distanza verticale dal labbro superiore al labbro inferiore, poiché la testa del conducente si muove rispetto all'apparecchiatura di rilevamento, per realizzare il calcolo accurato dell'altezza degli occhi e della bocca del conducente di altezza, è necessario correggere le variazioni causate dalle relative variazioni della distanza tra gli occhi, la bocca e l'apparecchio di rilevamento.
Tempo di chiusura degli occhi
Il tempo di chiusura degli occhi è generalmente espresso dal tempo che intercorre tra la chiusura degli occhi e l'apertura. Quando una persona è in uno stato normale di veglia, il tempo di chiusura dei suoi occhi è molto breve e li aprirà rapidamente. In caso di affaticamento, il tempo di chiusura degli occhi sarà significativamente più lungo, quindi il tempo di chiusura degli occhi può riflettere direttamente lo stato mentale del conducente. Calcolando il numero massimo di fotogrammi dalla chiusura degli occhi all'apertura, maggiore è il numero di fotogrammi, più lungo è il tempo di chiusura e più grave è l'affaticamento.
Gli occhi sbattono le palpebre meno frequentemente. La proiezione orizzontale del grigio viene eseguita sulla metà inferiore del viso e vengono osservate le curve di proiezione orizzontale del grigio di diverse immagini di singole persone,
Le persone sbattono le palpebre più frequentemente quando sono stanche rispetto a quando sono sveglie. Questo articolo lo assume anche come parametro come base per il giudizio sulla fatica. Sbattere le palpebre una volta quando gli occhi sono chiusi per aprirli. Il numero di ammiccamenti in un periodo di tempo viene accumulato come parametro per il giudizio sulla fatica.
Parametri di fatica del movimento della testa
Quando l'autista è stanco, annuisce frequentemente e inclina la testa in avanti. Le posizioni orizzontali della pupilla dell'occhio e dell'angolo della bocca sono ottenute mediante proiezione integrale orizzontale grigia. Supponiamo che D1 sia la distanza dalla posizione orizzontale della pupilla al bordo superiore dell'immagine raccolta, e D2 sia la distanza dalla posizione orizzontale dell'angolo della bocca al bordo inferiore dell'immagine raccolta. Quando il conducente annuisce a causa della stanchezza, D1 aumenta e D2 diminuisce. Quando il conducente è stanco e la testa si inclina in avanti, D1 aumenta e D2 aumenta. Annuire e inclinare la testa in avanti può essere utilizzato come base importante per il giudizio sulla fatica.
Situazione attuale della tecnologia di monitoraggio della guida a fatica
Il monitor dell'affaticamento del conducente lanciato da Attention Technologies (dd850) è un prodotto di monitoraggio dell'affaticamento del conducente e di allarme rapido basato sulle caratteristiche di risposta fisiologica del conducente. Il prodotto raccoglie informazioni sull'occhio del conducente attraverso la telecamera a infrarossi e utilizza PERCLOS come indicatore di allarme di fatica. Può essere installato direttamente sul cruscotto. È possibile regolare la sensibilità e il suono dell'allarme. Attualmente è stato reso popolare e applicato, ma è efficace solo di notte.
Lo stesso dispositivo di allarme fatica sviluppato da installazioni digitali negli Stati Uniti utilizza una striscia magnetica posizionata sotto il volante per rilevare l'angolo del volante. Se il conducente non apporta alcuna correzione al volante per un certo periodo di tempo, il sistema deduce che il conducente è entrato in uno stato di affaticamento e attiva un allarme.
Safetrac, della società statunitense di tecnologia assistware, utilizza la testina video anteriore per identificare la linea della corsia e emettere un allarme quando il veicolo inizia a deviare dalla corsia. Il prodotto può anche valutare lo stato di fatica del conducente combinando lo stato di mantenimento della corsia con le caratteristiche operative del volante del conducente.
Il dispositivo Astid nel Regno Unito considera in modo completo vari fattori come le informazioni sul sonno del conducente, la durata e il tipo di guida completata e l'uso del volante da parte del conducente per giudicare lo stato di stanchezza del conducente. Prima che il dispositivo funzioni, il conducente deve inserire le informazioni sul sonno nelle ultime 24 ore. Quando l'allarme visivo raggiunge un certo livello, verrà attivato l'allarme acustico e verrà consigliato al conducente di fermarsi e riposare. Dopo un periodo di riposo, la sveglia integrata sveglierà il conducente e ripristinerà il tempo di guida.
Oltre a questi prodotti, ci sono anche braccialetti allarme fatica che rilevano l'affaticamento attraverso il movimento del polso e braccialetti che possono essere appesi su occhi e gambe

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