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富士通研究所开发耳夹式“困倦检测传感器”

导读: 防止在驾驶过程中打瞌睡的技术终于实现了。图为富士通研究所开发的耳夹式“困倦检测传感器”。已在2013年的“CEATEC JAPAN”上展出。当检测到驾驶员困倦时,向智能手机发出警告。

  由“瞌睡”引发的悲惨交通事故接连不断。2012年4月日本发生的一起惨痛的交通事故至今仍令人记忆犹新,一辆载有旅客的观光巴士在关越机动车道上撞上隔音壁,造成7名乘客死亡。

  现场未发现刹车痕迹和滑行擦痕,警察宣布这起事故是由打盹驾驶引起的。据推测汽车当时以90km/h以上的时速撞上了侧壁。2011年2月,在爱知县的东名机动车道上,因被打盹驾驶的卡车追尾,导致母女3人死亡。4个月后,在名神机动车道上发生了5辆车起火、2人死亡的重大事故,据引发事故的汽车驾驶员供述:“在那一瞬间,打了个盹儿”。

  在困倦驾驶造成的交通事故中,大多是根本未减速的碰撞及车辆脱离车道撞到行人的悲惨事故。像长途卡车这种24小时连续驾驶而引起的交通事故大多是由打瞌睡而引起的。

  据日本警察厅统计,日本交通事故造成的死亡人数每年都在减少,1970年最高时为1万6765人,2013年为4373人,只有最高时的1/4。但从具体原因来看,由超速等危险驾驶造成的交通事故大幅减少,但未仔细确认、漫不经心、困倦驾驶等人为失误造成的事故数量并未减少。估计很多驾驶员都有过在旅行归途及探亲途中因单调的驾驶而犯困的经历。

汽车电子困倦检测 想打盹?没门!

 

  防止在驾驶过程中打瞌睡的技术终于实现了。图为富士通研究所开发的耳夹式“困倦检测传感器”。已在2013年的“CEATEC JAPAN”上展出。当检测到驾驶员困倦时,向智能手机发出警告。

  今后要进一步减少交通事故,事前掌握驾驶员的疲劳、瞌睡等状态无疑是非常有效的。因此,各车企纷纷着手开发困倦检测技术。如果有了这种技术,不仅可以有效防止交通事故,对社会也有巨大的积极作用。通过提前检测驾驶员的困倦从而察觉危险来防止事故的技术从很早以前就一直在研究,如今随着技术的进步,终于要变成现实了。

  困倦检测的第一步是检测表明驾驶员困倦增强的特征性动作和人体信号。因此,必须定义困倦的征兆。现在,一般作为困倦征兆使用的指标大致有三个:第一是包括睁开方式及瞳孔大小在内的眼睛的转动和状态,第二是脑波变化,第三是心率变化。

  利用图像识别检测困倦的技术已进入实用阶段

  其中,已开始实用化的是检测眼睛转动和状态的技术。检测困倦的最大难度是在不给驾驶员造成负担的前提下掌握驾驶员的困倦状况。也就是说,要在不给驾驶员佩戴任何传感器、不限制驾驶员动作和服装的前提下,准确检测出驾驶员的状态。

  检测眼睛转动和状态的方法是目前最不给驾驶员造成负担的。具体就是利用安在驾驶员前方的摄像头来捕捉眼睛的转动和状态。如果从该图像可以检测出困倦时发生的特征性动作,便可以向驾驶员发出警告。

  这种方法的关键是从图像中找出眼睛的转动和状态的图像识别。最近几年,图像识别技术的进步显着。数码相机中也有配备面部识别及检测闭眼照片功能的产品。

  这种方法面临的课题是要应对周围环境的变化。比如,需要能在有无眼镜、有无墨镜、光线少的夜晚、日光强烈的状态、红外线强的傍晚等很多不同环境下使用的识别技术。这需要开发企业的技术积累。

  已有汽车配备了这种技术。其中,备受关注的领先企业是澳大利亚Seeing Machine公司。该公司的技术已被美国卡特彼勒公司(Caterpillar)用在矿山用卡车上。矿山一般是24小时不间断作业。夜间工作的驾驶员发生事故的情况严重,因此Caterpillar公司作为困倦检测技术采用了该系统。Seeing Machine公司的困倦检测技术还被很多其他汽车厂商采用。

  Seeing Machine公司的技术的特点是即使戴着眼镜和墨镜,不管是早上还是夜间驾驶时,都能检测出困倦。该系统将闭眼时间稍长的状态作为困倦信号检出,利用设在驾驶席座椅上的警报器提醒驾驶员。除困倦检测功能外,还配备有掌握视线脱离前方的频率以检测出驾驶员注意力下降的功能,以及检测出驾驶员在驾驶过程中拨打手机的功能等。

  如上所述,利用图像识别检测困倦的技术只用车载摄像头来捕捉特征,因此优点是给驾驶员造成的负担小。但是,有不少人指出困倦表现为眼睛转动的现象时已处于“微睡”状态,即使警告也已经晚了。要想及早准确地检测出困倦,捕捉人体信号的方法可能更为有效。

  利用心率和脑波来防止瞌睡的研发也趋于活跃

  因此,作为更有效的方法,研发越来越活跃的是通过测量心率和脑波来检测困倦的技术。

  比如,利用心率来检测困倦的技术,因已知困劲儿上来心率会下降,一般都是采用视心率的下降方式来检测困倦的方法。驾驶时,姿势和周围温度基本不变,因此困倦等精神状态的变化就是引起心率变化的主要因素。因此利用心率可检测困倦。并有诸如可在方向盘等与驾驶员体表接触的部位检测心率之类可减轻驾驶员负担的改进余地。

  在2013年10月举行的展会“CEATEC JAPAN”上,富士通研究所展出了采用戴在耳垂上的耳夹式脉搏传感器的困倦检测技术。通过分析心率间隔的波动来实时检测出犯困时出现的频率波动。

  还有一种方法,就是在汽车座椅上设置电极,用来检测体表的微弱电流。心率会作为微弱电流表现在人体表面,因此如果能够测量体表的微弱电流,便可作为脉搏的替代指标。除富士通研究所以外,美国Quantum Applied Science & Research公司也在与美军合作研究这种方法。前提是驾驶员在驾驶中必须坐在座椅上,今后该技术也将成为有希望的技术候补之一。

  在脑波检测方面,美国NeuroSky公司的技术也备受关注。该公司的目标是在玩具及教育等领域应用自主的脑波检测技术。该技术本来是为应用于消费类产品而开发的,因此有可能能以低成本实现困倦检测技术。具体正在开发戴在头部检测脑波的传感器,已开发出了集成有信号除噪和数据分析等的模块。现在,正向汽车厂商推荐这项技术,用来防止驾驶员瞌睡。

  美国帕洛阿尔托研究中心(PARC)也在研究模拟人类困倦图形的脑波测量技术。目前,准备用来改善职场环境等。将来将做成非接触式,用来实时检测困倦、精力集中度、挫折。这种脑波检测和采用近红外光从头皮上检测脑功能的测量技术正在稳步发展。如果这些测量技术得以应用,则有可能实现防止困倦技术的新突破。

  检测到困倦后,如何通知驾驶员?

  不过,心率和脑波测量目前一般采用接触身体的测量方法。尤其是脑波,不接触身体很难测量出来。以脑波和心率为指标的困倦检测技术可以捕捉到图像识别很难发现的困倦初期征兆,但给驾驶员造成的负担很大。今后,需要开发不给驾驶员造成负担的测量方法。

  另外,在检测到困倦之后、如何通知驾驶员也需要研究。现在正在推进通过铃声和信息来通知驾驶员、自动改变室温、释放出眼睛能感觉到的成分、吹气和水等独特的研究。与困倦检测技术配套,今后如何自然地提醒驾驶员注意或叫醒驾驶员也将是一个研究主题。

  此外,德国戴姆勒在高档车“梅赛德斯·奔驰”的多款车型上引进了名为“注意力警示系统(Attention Assist)”的驾驶员监控技术。在开始驾驶后的15分以内,绘制驾驶员的行为模式,通过将该模式与车速、加速度、方向盘的转动、转向灯操作等实际驾驶中的操作进行比较,来检测疲劳度和注意力下降。该技术当驾驶员在单调的郊外公路和高速公路上以80~180km/h的速度驾驶时起作用,提醒疲劳度高的驾驶员休息。据该公司介绍,过劳状态的驾驶员在方向盘操作犯了小失误后,大多会慌张操纵方向盘,反而容易出危险。

  虽然注意力警示系统不是直接检测困倦的技术,但疲劳的积累会导致困倦。从这个意义来说,这也算是一种检测困倦的技术。今后,通过结合这些技术,将不断开发出防止人为失误造成事故的系统。这种研发将成为最近备受关注的自动驾驶技术的一部分。

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