豐田自動(dòng)車疲勞駕駛檢測(cè)技術(shù)分析論文
100多年來，汽車不斷影響和改造著人們的生活方式。然而，隨著汽車數(shù)量的激增，由此帶來的社會(huì)問題也逐漸凸顯。疲勞駕駛（Drivingdrowsiness）是指由于駕駛環(huán)境的單調(diào)性或長(zhǎng)時(shí)間、超強(qiáng)度行車，駕駛?cè)艘蝮w力或腦力過多消耗而產(chǎn)生生理、心理機(jī)能衰退，造成反應(yīng)水平、操控效率下降的現(xiàn)象。疲勞駕駛已經(jīng)成為造成交通事故的重要原因。針對(duì)疲勞駕駛的重大危害，疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它旨在通過預(yù)警信息的提示讓處于疲勞狀態(tài)的駕駛?cè)税盐兆陨淼臓顟B(tài)，是目前解決疲勞駕駛的一個(gè)重要途徑，可以有效降低由疲勞駕駛引發(fā)的交通事故。豐田自動(dòng)車株式會(huì)社是疲勞駕駛檢測(cè)領(lǐng)域全球非常重要的申請(qǐng)人，對(duì)其專利申請(qǐng)進(jìn)行分析是快速掌握全球疲勞駕駛檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的有效方法。通過對(duì)豐田株式會(huì)社的專利技術(shù)分解可以得出，基于機(jī)器視覺的疲勞檢測(cè)是其近幾年的研發(fā)重點(diǎn)。利用機(jī)器視覺對(duì)駕駛?cè)搜鄄縿?dòng)作、視線方向、注視點(diǎn)分布特征的識(shí)別可實(shí)現(xiàn)疲勞狀態(tài)的有效估計(jì)。由于該項(xiàng)技術(shù)具有非侵入、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的特點(diǎn)而成為世界先進(jìn)安全技術(shù)領(lǐng)域競(jìng)相發(fā)展的重點(diǎn)。而且，從全球總體申請(qǐng)，基于機(jī)器視覺的疲勞駕駛檢測(cè)約占總量的三分之一，因此，我們有必要對(duì)豐田株式會(huì)社的該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展行業(yè)曲線可替代度影響力真實(shí)度脈絡(luò)進(jìn)行分析。
基于臉部和眼睛朝向進(jìn)行疲勞判斷
早期，豐田自動(dòng)車株式會(huì)社著重通過臉和眼睛的朝向進(jìn)行疲勞判斷。豐田自動(dòng)車株式會(huì)社于1990年3月2日申請(qǐng)的專利（公開號(hào)：JPH03254291A）中，首先通過臉部的重心判斷臉的朝向，如果不是正向，即進(jìn)行疲勞駕駛的報(bào)警，如果為正向，進(jìn)一步判斷眼睛的狀態(tài)，通過二值化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等步驟，判斷出閉眼時(shí)進(jìn)行疲勞檢測(cè)。同一時(shí)期，1990年3月5日申請(qǐng)了相關(guān)申請(qǐng)（公開號(hào)為：JPH03255793A）。其根據(jù)臉部重心和左右眼的對(duì)稱性計(jì)算出臉部方向。1990年7月9日的申請(qǐng)也為相關(guān)申請(qǐng)（公開號(hào)為：JPH0468500A），其對(duì)算法部分進(jìn)行了較詳細(xì)的描述。但是，通過二值化判斷眼睛狀態(tài)的開閉狀態(tài)準(zhǔn)確性有限，1994年11月1日申請(qǐng)的（公開號(hào)為：JPH08145627A），該專利綜合臉部方向、臉部與攝像機(jī)距離和眨眼情況對(duì)疲勞駕駛進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)臉部方向的判斷進(jìn)行了改進(jìn)。當(dāng)然，豐田自動(dòng)車株式會(huì)社也有僅僅根據(jù)臉部方向進(jìn)行判斷的專利，例如1997年12月1日的申請(qǐng)（公開號(hào)為：JPH11161798A）。但是，僅僅根據(jù)臉的朝向判斷是否疲勞會(huì)帶來很多的誤報(bào)警，例如駕駛員處于疏忽狀態(tài)，或者處于左右觀察狀態(tài)，因此，該公司于2006年10月13日提出，基于臉的朝向判斷疏忽，基于眼睛的打開量判斷打盹，并針對(duì)不同的狀態(tài)設(shè)置了不同的持續(xù)時(shí)間閾值。
基于眼睛特征進(jìn)行疲勞檢測(cè)
駕駛員疲勞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)眼睛開度變小、眼睛眨動(dòng)過程變慢、眨眼頻率異常升高、眼睛凝視方向逐漸向下移動(dòng)、眼球運(yùn)用速度變慢的現(xiàn)象�？梢姡劬哂卸鄠�(gè)特征可以表征駕駛員的疲勞程度，因此，豐田自動(dòng)車株式會(huì)社著重研究了通過眼睛的圖像識(shí)別判斷駕駛員疲勞程度。1994年11月25日申請(qǐng)了公開號(hào)為JPH08147584A的專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)通過眨眼傳感器檢測(cè)眼球，進(jìn)而計(jì)算閉眼時(shí)間，并隨著閉眼時(shí)間的增長(zhǎng)延長(zhǎng)報(bào)警聲強(qiáng)。但是，周圍環(huán)境尤其是照度對(duì)眼睛睜閉的影響非常大，因此，該公司于1994年11月30日提出（JPH08153288A），根據(jù)照度情況設(shè)定不同的閾值來判斷閉眼。1994年12月26日，公開號(hào)為JPH08175218A的申請(qǐng)，從采集的面部圖像中分離出眼睛，并將其與模板進(jìn)行比較來判斷眼睛的開合狀態(tài)，閉眼時(shí)認(rèn)為駕駛員疲勞。1998年4月2日，該公司申請(qǐng)的公開號(hào)為JPH11286227A的專利中，將圖像濾波后，根據(jù)眼睛位置的改變進(jìn)行疲勞判斷。2001年3月2日，公開號(hào)為JP2002254956A的專利公開了：使用紅外CCD檢測(cè)單位時(shí)間眼球的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)眼球移動(dòng)量低于預(yù)設(shè)參考值時(shí)，認(rèn)定駕駛員警戒性降低。基于眼睛這一單個(gè)因素判斷必然存在一定誤差。因此2002年11月7日該公司將眼睛狀態(tài)與駕駛員的操作相結(jié)合判斷（公開號(hào)為JP2004157880A）。2006年9月11日申請(qǐng)的專利（公開號(hào)為JP2008065776A）從拍攝的圖像中識(shí)別出人眼、眼球后，根據(jù)眼睛開閉時(shí)間進(jìn)行判斷，其在檢測(cè)到閉眼時(shí)給予駕駛員以提醒，并在閉眼持續(xù)時(shí)間超過閾值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2006年12月27日，公開號(hào)為JP2008165348A的專利利用閉眼時(shí)間判斷疲勞程度，該申請(qǐng)?jiān)O(shè)定了三個(gè)時(shí)間閾值，在不同的時(shí)間閾值下分別執(zhí)行閉眼時(shí)間歸零、喚起注意和警報(bào)三個(gè)操作。但是，上述申請(qǐng)?jiān)谶M(jìn)行提醒或報(bào)警后均未檢測(cè)提醒或報(bào)警的效果。于是2007年2月9日，該公司提出公開號(hào)為JP2008197821A的專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)通過眼睛開合度檢測(cè)到打盹之后，改變座椅的位置、傾斜角度，然后繼續(xù)判斷疲勞狀態(tài)，再次檢測(cè)到疲勞后，再觸發(fā)報(bào)警。如果再次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)駕駛員已經(jīng)清醒，則不觸發(fā)報(bào)警。上述申請(qǐng)大部分設(shè)置了閉眼的時(shí)間閾值，超過該閾值，則認(rèn)為疲勞，未超過，為判定部疲勞。但是，有時(shí)很難給出一個(gè)準(zhǔn)確的閾值，若閾值不合適，會(huì)導(dǎo)致漏報(bào)警，或者不必要的報(bào)警。于是，該公司在2007年7月26日提出的公開號(hào)為JP2009028237A的申請(qǐng)，沒有使用閉眼的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行判斷，而是根據(jù)眼睛開閉的周期進(jìn)行判斷，一定程度上提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性。與此類似，2008年4月23日，申請(qǐng)的公開號(hào)為JP2009261516A的申請(qǐng)，公開了疲勞等級(jí)的計(jì)算公式為：疲勞等級(jí)D=眼睛睜開度+每次眨眼的平均閉合時(shí)間+眼睛閉合持續(xù)時(shí)間，根據(jù)上述疲勞等級(jí)D進(jìn)行判斷，避免了單獨(dú)使用閉眼持續(xù)時(shí)間閾值帶來的誤差。然而，當(dāng)從前方拍攝車輛中的駕駛員的圖像時(shí)，來自車輛外部的光可能在駕駛員的眼睛周圍產(chǎn)生陰影，使得該區(qū)域在圖像中看起來因此缺乏對(duì)比度，即，導(dǎo)致了暗的圖像，在這種情況下，不能夠檢測(cè)駕駛員的眼睛睜開的程度和眼睛的位置，因此難以判斷駕駛員的眼睛睜開的程度或駕駛員凝視的方向。因此，2008年5月12日，該公司申請(qǐng)了專利號(hào)為JP2009276849A，且該專利有美國、歐洲和中國等同族，在該專利中，申請(qǐng)人使用不同曝光度的兩張圖像對(duì)臉的朝向、眼睛開合狀態(tài)/凝視方向進(jìn)行檢測(cè)，有效避免了上述駕駛員眼睛區(qū)域過暗無法檢測(cè)的問題。另外，為了彌補(bǔ)根據(jù)眼睛閉合時(shí)間帶來的檢測(cè)的不準(zhǔn)確性，該公司與2008年7月16日提出一個(gè)公開號(hào)為JP2010026657A的專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)中，申請(qǐng)人根據(jù)眼球晶狀體反射的條紋圖案計(jì)算眼球晶狀體的厚度，進(jìn)而確定駕駛員是否處于疲勞狀態(tài)。除時(shí)間閾值外，眼睛開合度的閾值確定的是否正確對(duì)于睡眠檢測(cè)也是至關(guān)重要的。進(jìn)一步的，2008年7月30日，該公司申請(qǐng)的公開了號(hào)為JP2010－29537A的專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)中根據(jù)外界環(huán)境修正基準(zhǔn)眼睛開合度，以確定合理的檢測(cè)閾值。除周圍環(huán)境外，駕駛員的表情對(duì)眼睛開合度，同樣在2008年12月17日，該公司提交的又一專利申請(qǐng)（公開號(hào)為JP2010－14235A），該申請(qǐng)?jiān)O(shè)置了表情推定單元、閾值設(shè)定單元，其在判別為表情推定單元推定出的表情是表示清醒度高地表情時(shí)，將閾值設(shè)定得低，在判定為表情推定單元推定出的表情是表示清醒度低的表情時(shí)，將所述閾值設(shè)定得高，從而提高了檢測(cè)的適應(yīng)性。當(dāng)前，如果在駕駛員真正瞌睡之前就可以檢測(cè)到駕駛員注意力下降，無疑避免很多疲勞駕駛導(dǎo)致的事故。2010年4月5日，該公司申請(qǐng)了公開號(hào)為JP5447657B2的申請(qǐng)，該申請(qǐng)公開了：當(dāng)眼睛睜開時(shí)間的變化增強(qiáng)，面部方向改變的減弱，則認(rèn)為駕駛員處于瞌睡前的心不在焉的狀態(tài)。
結(jié)束語
我國應(yīng)了解國外先進(jìn)企業(yè)研究動(dòng)向，掌握疲勞檢測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)、難點(diǎn)以及未來發(fā)展方向，積極推進(jìn)學(xué)術(shù)研究成果產(chǎn)業(yè)化，提高科技創(chuàng)新水平、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，形成我國自有的龍頭企業(yè)與有利的專利布局，有效規(guī)避專利糾紛和經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。尤為重要的是，通過疲勞探測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，有效降低因疲勞駕駛所造成的生命財(cái)產(chǎn)損失。
【豐田自動(dòng)車疲勞駕駛檢測(cè)技術(shù)分析論文】相關(guān)文章：
鍋爐定期檢驗(yàn)問題及無損檢測(cè)技術(shù)分析論文11-12
自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐論文01-07
橋梁吊桿疲勞問題及分析方法研究綜述工學(xué)論文03-03
無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)在橋梁檢測(cè)工程的應(yīng)用論文03-15
網(wǎng)約車勞動(dòng)關(guān)系分析論文03-23
優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)論文03-17
WIFI技術(shù)的應(yīng)用及商用WiFi技術(shù)分析論文03-17
刀具復(fù)合技術(shù)應(yīng)用分析論文03-16
無損檢測(cè)技術(shù)在壓力容器的應(yīng)用論文06-13
- 相關(guān)推薦