摘 要：據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，全球每年因駕駛疲勞而造成的汽車交通事故占到總車禍?zhǔn)鹿事实?5%～30%，這充分說明了駕駛疲勞對(duì)于機(jī)動(dòng)車安全駕駛有著極其嚴(yán)重的危害性。為此，許多國家已經(jīng)積極開展了關(guān)于疲勞駕駛的研究，希望通過科學(xué)的方法來預(yù)防和解決疲勞駕駛所帶來的對(duì)人的安全隱患。文章圍繞這一課題，對(duì)駕駛疲勞的形成過程進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)駕駛疲勞檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)概念原理、具體操作等方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述分析，試驗(yàn)表明該系統(tǒng)對(duì)駕駛疲勞預(yù)防及監(jiān)測(cè)較為有效。

關(guān)鍵詞：駕駛疲勞；機(jī)動(dòng)車；形成機(jī)理；監(jiān)測(cè)；設(shè)計(jì)

引言

疲勞是指人在勞動(dòng)過程中自身器官和機(jī)體出現(xiàn)自然衰竭的一種生理現(xiàn)象，它屬于一種人體能量消耗過程與恢復(fù)之間的交替過程。在生理反應(yīng)上，它人的口渴感，與人的饑餓感相同，都屬于人正常生理反應(yīng)，其主要是人的中樞神經(jīng)根據(jù)人的工作強(qiáng)度從而產(chǎn)生“自衛(wèi)性抑制”感覺。在學(xué)術(shù)界中認(rèn)為疲勞就是人在勞動(dòng)過程中會(huì)使體內(nèi)積聚乳酸，乳酸積聚的速度隨著不同人的不同機(jī)體特質(zhì)而定。如果乳酸在人體的血液與肌肉中大量積累，就會(huì)造成人因體力衰竭而疲勞，從而降低專注度甚至不能繼續(xù)作業(yè)。

1 駕駛疲勞形成過程

對(duì)于駕駛疲勞的形成，通常情況下都是指駕駛員在進(jìn)行駕駛工作的過程中，其駕駛動(dòng)作過于重復(fù)，并且駕駛員的重復(fù)次數(shù)過多而造成的生理與心理的雙向機(jī)能衰減，進(jìn)而導(dǎo)致駕駛員駕駛技能的下降。一般來說，駕駛疲勞的產(chǎn)生主要包括以下三個(gè)階段：

1.1 感知階段

人有五感，但是對(duì)駕駛員來說還要增加兩項(xiàng)深部感覺與平衡感。當(dāng)駕駛員出現(xiàn)疲勞感覺時(shí)首先就來自視覺、嗅覺和聽覺的疲勞。尤其是視覺輸入因疲勞而造成的模糊會(huì)急劇降低駕駛員的精神集中度，因?yàn)閷?duì)駕駛員來說有80%以上的信息輸入來自于視覺。所以視覺感知的下降就會(huì)導(dǎo)致駕駛員注意力與反應(yīng)時(shí)間的增加，從而積蓄安全隱患。而深部感覺和平衡感主要來自于膚覺，當(dāng)駕駛員在長期臥坐于駕駛室之中而感覺到身體的疲憊，并受到溫濕度變化的影響時(shí)，它的膚感變化就會(huì)導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生疲勞，從而影響到了正常的駕駛作業(yè)。

1.2 判斷階段

判斷階段主要講的是駕駛員的中樞神經(jīng)變化，因?yàn)橹袠猩窠?jīng)是駕駛員感知機(jī)能與操作技能的連接橋梁，所以當(dāng)中樞疲憊而引起精神疲勞時(shí)，駕駛員就會(huì)不自覺的陷入高度緊張狀態(tài)，不斷的收集駕駛環(huán)境中的信息、分析比較、判斷并發(fā)出指令，這些都會(huì)使駕駛的容錯(cuò)率下降。當(dāng)駕駛員對(duì)于信息的處理進(jìn)入超負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，交通事故發(fā)生的機(jī)率會(huì)逐漸升高。

1.3 操作階段

操作階段是前兩個(gè)階段的最終體現(xiàn)，即駕駛員的運(yùn)動(dòng)器官受到感知疲勞與精神疲勞的影響，駕駛員的感官受到相應(yīng)的指令，其自身的活動(dòng)以及自身的駕駛姿勢(shì)根據(jù)指令發(fā)生一定的變化，這種反應(yīng)過程被稱為體力疲勞。如果駕駛員不能以正確的姿勢(shì)和意識(shí)去判斷方向盤、加速器、制動(dòng)器之間的操作關(guān)系，在意識(shí)反應(yīng)上也有所延遲，就會(huì)造成駕駛不適，從而出現(xiàn)連續(xù)的錯(cuò)誤判斷。

因此，這三個(gè)階段是一個(gè)相互制約和影響的過程，都會(huì)對(duì)人機(jī)體的疲勞產(chǎn)生累計(jì)，最終導(dǎo)致駕駛員疲勞狀態(tài)的出現(xiàn)[1]。

2 駕駛疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 概述

基于對(duì)駕駛員疲勞形成過程的分析與理論研究，文章主要通過對(duì)駕駛員的疲勞程度進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以此對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，從而設(shè)計(jì)相應(yīng)的生理圖像采集系統(tǒng)。從圖像中我們可以分離并分析駕駛員的特征圖像，再從閾值判斷的角度來總結(jié)駕駛員的疲勞程度。

首先，要根據(jù)駕駛員的疲勞程度進(jìn)行相應(yīng)的考察，就此采集相應(yīng)的疲勞數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。隨后將采集整理的與駕駛員的疲勞狀態(tài)以及駕駛員的相應(yīng)疲勞特征等各方面進(jìn)行全面考核與分析。對(duì)于機(jī)動(dòng)車駕駛員的駕駛過程中疲勞程度判定，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為駕駛員眼睛的動(dòng)作特征，通過MATLAB軟件對(duì)相應(yīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算生成相應(yīng)的生理圖像采集系統(tǒng)。軟件核心任務(wù)是定位駕駛員的面部，尤其是眼睛，通過分析人雙眼中瞳孔的變化，來判斷駕駛員的目前所處的疲勞狀態(tài)，因?yàn)轳{駛疲勞是一個(gè)累加的效應(yīng)，所以該系統(tǒng)具有極強(qiáng)的實(shí)時(shí)性[2]。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.2.1 攝像頭

本系統(tǒng)的攝像頭能夠進(jìn)行自主控制，并且能監(jiān)測(cè)到駕駛室內(nèi)的全局。一般都會(huì)將它設(shè)置于汽車內(nèi)部的遮陽板上，便于直觀的采集駕駛員的面部信息。攝像頭采用了CCD感應(yīng)器的高分辨率與雙數(shù)字速影技術(shù)，可以自定義設(shè)置拍攝角度和監(jiān)測(cè)范圍，避免車體震動(dòng)時(shí)而造成的下視現(xiàn)象。由于車內(nèi)光線會(huì)隨外部環(huán)境變化，所以攝像頭具有夜視功能，能在弱光下自動(dòng)補(bǔ)光，為最易產(chǎn)生駕駛疲勞的夜間駕駛提供可靠的面部信息數(shù)據(jù)。當(dāng)汽車高速駕駛時(shí)，攝像頭的最高幀數(shù)可以達(dá)到120幀甚至以上，而弱光環(huán)境下也能達(dá)到60幀的攝像水準(zhǔn)，對(duì)一些高速攝像效果較好。同時(shí)，攝像頭加入了專門曝光處理的fai模塊，當(dāng)駕駛室遇到強(qiáng)光時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)顯示通道，從而選擇最適合的的攝影效果。

2.2.2 車載電腦

車載電腦的實(shí)用性很強(qiáng)，而且計(jì)算方法簡單，能夠快速實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭采集信息的分析，而且目前的車載電腦都采用觸屏模式，為監(jiān)測(cè)過程與駕駛員的操作帶來了許多便利。車載電腦參與到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，它所負(fù)責(zé)的部分包括信息的采集處理、疲勞狀態(tài)的數(shù)據(jù)化監(jiān)測(cè)與判斷，同時(shí)在出現(xiàn)事故時(shí)，它負(fù)責(zé)報(bào)警和汽車制動(dòng)。

2.2.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境介紹

該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)比較簡單，普通電腦就能夠完成操作，電腦系統(tǒng)的要求為可以安裝并運(yùn)行圖像處理軟件MATLAB，該軟件是系統(tǒng)的核心部分。

2.2.4 軟件開發(fā)介紹

電腦方面的系統(tǒng)采用的是Windows7系統(tǒng)，支持?jǐn)z像頭的實(shí)時(shí)拍照和連拍功能，每秒鐘可以連拍5張照片，這樣就可以充分的表現(xiàn)駕駛員的眨眼頻率與疲勞程度積累的全過程。拍攝后的照片會(huì)通過人為設(shè)定的制定路徑以JPG或BMP的格式存入電腦并進(jìn)行以保證圖像質(zhì)量為前提的壓縮，加快了圖像處理的速度。

該系統(tǒng)的核心部位即為MATLAB系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)裝置中起到至關(guān)重要的作用，屬于交互式的操作，并且該系統(tǒng)的計(jì)算具有其自身的體征，不需要進(jìn)行維數(shù)矩陣的處理，為系統(tǒng)本身減低了壓力，可以讓系統(tǒng)運(yùn)行的更加流暢，很大程度上提高了處理速度。監(jiān)測(cè)平臺(tái)自身會(huì)提供一個(gè)高級(jí)的語言編程軟件，作用是用來完成特定工作，比如說圖像顯示、運(yùn)算、濾波和變化函數(shù)等處理事項(xiàng)。所用的MATLAB還加入了與視頻設(shè)備的聯(lián)動(dòng)功能，它能夠?yàn)橐曨l拍攝提供實(shí)時(shí)通訊的工具。比如說從視頻拍攝過程中就任意截取圖像，達(dá)到動(dòng)態(tài)捕捉的效果，這也為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性加分，同時(shí)最大程度的提高了監(jiān)測(cè)裝置的處理效率[3]。

3 結(jié)束語

總體來說，利用高速攝像頭拍攝與MATLAB監(jiān)測(cè)平臺(tái)聯(lián)合對(duì)駕駛員的面部信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)是具有很高的應(yīng)用性的。它實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)了駕駛員的駕駛狀態(tài)，為駕駛員的駕駛疲勞程度累計(jì)給出了客觀的評(píng)價(jià)，是一種比較人性化的駕駛疲勞預(yù)防及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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[2]戚基艷.汽車疲勞駕駛的監(jiān)測(cè)與控制研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2009：10-24.

[3]毛 .基于駕駛員生理特征分析的駕駛疲勞狀態(tài)識(shí)別方法研究[D].武漢理工大學(xué)，2006：67-70.

作者簡介：雷躍峰（1980-），男，山東東阿人，碩士，講師，研究方向：汽車智能安全、汽車檢測(cè)。