CN101976495B - 疲劳驾驶检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种疲劳驾驶检测系统及方法，其系统包括传感模块、疲劳检测模块和穴位振动元件。传感模块用于采集驾驶人的实时状态信息。疲劳检测模块与传感模块相连，用于根据驾驶人的实时状态信息分析与判断驾驶人的疲劳状态。穴位振动元件与疲劳检测模块相连，用于当驾驶人处于疲劳状态时，在驾驶人的经络穴位位置产生振动。本发明可以有效缓解驾驶人的疲劳，具有提神醒脑的功效，且不会对车辆的驾驶造成干扰。

Description

疲劳驾驶检测系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆安全以及监测控制领域，特别涉及一种疲劳驾驶检测系统及其方法。

背景技术

疲劳驾驶是当今交通安全的重要隐患之一。驾驶人在疲劳时，其对周围环境的感知能力、形势判断能力和对车辆的操控能力都有不同程度的下降，因此很容易发生交通事故。关于驾驶人疲劳及注意分散等安全状态的检测预警技术，由于它在交通事故预防方面的发展前景而受到各国高度的重视，研究人员根据驾驶人疲劳时在生理和操作上的特征进行了多方面的研究。

请参见图1，其为现有的疲劳检测系统的架构图，其包括传感模块11、疲劳检测模块12和报警模块13。传感模块11用来采集驾驶人的实时状态信息，(如脸部图像信息、语音信息等)，并传输给疲劳检测模块12进行疲劳状态分析。疲劳检测模块12分析出驾驶人的疲劳状态后，发送指令到报警模块13，由报警模块13发出警报。其中，常见的警报方式有以下几种：

(1)声音。通过声音给出语音报警是一种很自然的方式，在系统检测到驾驶人处于疲劳状态时，会发出“请勿疲劳驾驶”、“请注意安全”、“请先停车休息”等语音提示，或者是高响度的鸣声。比如，中国专利局申请号200720052274.0的专利申请公开的一种驾驶员疲劳检测装置，专利申请号91219769.2的专利申请公开的一种瞌睡报警器，专利申请号200610118362.6的专利申请公开的一种汽车安全报警器，专利申请号200510032689.7的专利申请公开的一种汽车音频设备中的防止疲劳驾驶设备及其方法，专利申请号200610012623.6的专利申请公开的一种疲劳驾驶状态监控装置及方法，专利申请号200810036347.6的专利申请公开的一种防疲劳驾驶装置及方法等等，都是采用语音提示作为一种默认的报警选择。

但是，对于语音报警的方式，一般的语音提醒强度太低，提醒的作用较弱。而大音量的蜂鸣声则对驾驶员的刺激过于强烈。而疲劳检测系统本身并不能做到100％的正确识别，在这种情况下，报警系统对驾驶员存在不可避免的干扰。

2、光信号。也有一些系统采用光信号进行提醒。申请号为200710012186.2的专利申请公开了一种机动车防疲劳驾驶自动报警保护系统，其使用车灯双闪报警。又如申请号为94206386.4的专利申请公开了一种机动车安全驾驶装置，其也可以使用了灯光警告信号来提醒驾驶员。

但是，光信号报警的方式在实际应用中，多使用于提醒周围的其它机动车辆注意(例如双闪信号)，而针对驾驶员本身光信号报警，一般提醒作用并不大。而且在驾驶环境下，光信号还可能会影响到驾驶员的正常视线，对驾驶产生有负面作用的干扰。

3、电刺激信号。例如申请号200620012228.3的中国专利申请公开了一种司机疲劳驾驶监测及反馈刺激仪，它通过采集驾驶人的脑电来测量驾驶人的疲劳状态，并通过采用电刺激的方式强化了提醒的效果。又如申请号91219769.2的中国专利申请公开了一种瞌睡报警器，其使用接触片上的70V-120V电压来刺激人体，使司机驾驶车辆中虽困乏但不能打瞌睡。

虽然电刺激信号可以有效地达到报警和提醒作用，但是这种方式过于粗暴、强烈，对驾驶员的干扰太过直接，在实际情况下的适用性不好。

4、喷物理介质。例如申请号200720182982.6的中国专利申请公开了一种驾驶员疲劳行车刺激装置，其可适时对驾驶员进行脉冲式的冷气喷吹，这种突发性的冷气刺激能使驾驶员头脑得到清醒，从而可避免倦困迷糊状态下开车的肇事发生。

与电刺激信号的报警方式相似，喷物理介质的报警方式也过于粗暴、强烈，不仅会对驾驶员产生干扰，而且具有刺激性的物理介质也可能会对驾驶人的身体造成伤害，因此同样在实际情况下的适用性不好。

综上所述，现有的疲劳检测系统，不仅对驾驶人的报警效果不好，而且容易对正常驾驶造成干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种疲劳驾驶检测系统，以解决现有的疲劳检测不仅对驾驶人的报警效果不好，而且容易对正常驾驶造成干扰的问题。

本发明的另一目的是提供一种疲劳驾驶检测方法，以解决现有的疲劳检测不仅对驾驶人的报警效果不好，而且容易对正常驾驶造成干扰的问题。

本发明提出一种疲劳驾驶检测系统，包括传感模块、疲劳检测模块、穴位振动元件和手套。传感模块用于采集驾驶人的实时状态信息。疲劳检测模块与传感模块相连，用于根据驾驶人的实时状态信息分析与判断驾驶人的疲劳状态。穴位振动元件与疲劳检测模块相连，用于当驾驶人处于疲劳状态时，在驾驶人的经络穴位位置产生振动。穴位振动元件固定在手套上对应合谷穴的位置。

依照本发明较佳实施例所述的疲劳驾驶检测系统，穴位振动元件包括微型电机、振动锤、信号接收与运动控制单元、电池以及外壳。微型电机分别与振动锤及信号接收与运动控制单元相连，电池的正极和负极分别与信号接收与运动控制单元及外壳相连，且微型电机、振动锤、信号接收与运动控制单元及电池均设置在外壳中。

依照本发明较佳实施例所述的疲劳驾驶检测系统，振动锤设置成偏心回转结构，用于在微型电机驱动下旋转，产生非对称离心力，并带动整个穴位振动元件振动。

依照本发明较佳实施例所述的疲劳驾驶检测系统，疲劳检测模块通过无线信道与穴位振动元件相连。

依照本发明较佳实施例所述的疲劳驾驶检测系统，疲劳检测模块根据一段时间内驾驶人眼睛闭合所占时间的百分率来判断驾驶人的疲劳状态，其具体依照以下公式：

$f=\frac{t_3-t_2}{t_4-t_1},$

其中，f为在一段时间内驾驶人眼睛闭合所占时间的百分率，t1为眼睛完全睁开到闭合20％的时间；t2为眼睛完全睁开到闭合80％的时间；t3为眼睛完全睁开到下一次睁开20％的时间；t4为眼睛完全睁开到下一次睁开80％的时间。

依照本发明较佳实施例所述的疲劳驾驶检测系统，当f＞0.15时，疲劳检测模块判定驾驶人处于疲劳状态。

本发明另提出一种疲劳驾驶检测方法，包括以下步骤：(1)采集驾驶人的实时状态信息。(2)根据驾驶人的实时状态信息分析与判断驾驶人的疲劳状态。(3)当驾驶人处于疲劳状态时，在驾驶人的合谷穴位置产生振动。

依照本发明较佳实施例所述的疲劳驾驶检测方法，根据驾驶人的疲劳程度，调整振动的振幅大小。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明可以有效监测驾驶人的疲劳状态，并在其疲劳时，通过对中医经络理论中的穴位进行振动和按摩，达到很好的缓解疲劳、提神醒脑的作用。

2、本发明可以通过配合设置手套来对合谷穴进行振动按摩，便于穴位振动元件的安装和拆卸，而且不会对驾驶员产生干扰。

附图说明

图1为现有的疲劳检测系统的架构图；

图2为本发明疲劳驾驶检测系统的一种实施例结构图；

图3为本发明对PERCLOS值的测量原理图；

图4为本发明疲劳驾驶检测系统的另一种实施例结构图；

图5为本发明手套与穴位振动元件的位置示意图；

图6为本发明穴位振动元件的一种外观示意图；

图7为本发明穴位振动元件的一种安装示意图；

图8为本发明穴位振动元件的一种内部结构图；

图9为本发明疲劳驾驶检测方法的一种实施例流程图。

具体实施方式

本发明的主要思想是，在驾驶人疲劳时，通过对中医经络理论中的穴位振动按摩，达到缓解疲劳、提神醒脑的作用。

以下结合附图，具体说明本发明。

请参见图2，其为本发明疲劳驾驶检测系统的一种实施例结构图。此系统包括传感模块21、疲劳检测模块22和穴位振动元件23。传感模块21用于采集驾驶人的实时状态信息(如图像信息、语音信息等)。疲劳检测模块22与传感模块21相连，用于根据驾驶人的实时状态信息分析与判断驾驶人的疲劳状态。穴位振动元件23与疲劳检测模块22相连，用于当驾驶人处于疲劳状态时，在驾驶人的经络穴位位置产生振动。

在实际应用中，本发明较佳的实时方式是通过驾驶人脸部图像来识别其疲劳状态。采集脸部图像时，传感模块21输入是人脸图像光学信号，输出是数字化的人脸图像。比如，传感模块21可以采用一个近红外摄像头图像传感器，即使在夜视环境下，该摄像头仍可正常获取人脸图像。

在采集了驾驶人的人脸图像光学信号之后，传感模块21会将其传输给疲劳检测模块22。这里，疲劳检测模块22可以通过多种方法来判断驾驶人的疲劳程度，例如根据点头频率、哈欠动作等面部特征信息，平均眼皮闭合速度(AECS)，视线分布(GAZEDIS)，视线跳动频率(PERSAC)，或者点头频率(NodFreq)和哈欠频率(YawnFreq)等特征来计算驾驶人的疲劳状态值。本发明优选的是通过计算某一段时间内眼睛闭合时间所占的比例(PERCLOS值)，来衡量驾驶人的疲劳程度。

在计算PERCLOS值时，疲劳检测模块22输入的是数字化的人脸图像，输出是疲劳状态值。图3为本发明对PERCLOS值的测量原理图。图中曲线为一次眼睛闭合与睁开过程中睁开程度随时间的变化曲线，可根据此曲线得到所需测量的眼睛某个程度的闭合或睁开持续的时间，从而计算出PERCLOS值。图中t1为眼睛完全睁开到闭合20％的时间；t2为眼睛完全睁开到闭合80％的时间；t3为眼睛完全睁开到下一次睁开20％的时间；t4为眼睛完全睁开到下一次睁开80％的时间。通过测量出t1到t4的值就能计算出PERCLOS的值f：

$f=\frac{t_3-t_2}{t_4-t_1},$

式中，f为眼睛闭合时间所占某一特定时间的百分率。一般认为，当PERCLOS值f＞0.15时，认为驾驶员处于疲劳状态。

利用PERCLOS值对人的疲劳状态进行检测仅仅是一种框架性的计算方法，要实现这个方法还需要人脸精细定位算法的支持(特别是眼睛的定位)。本发明优选的使用一种经典算法ASM(Active Shape Model)，该算法使用图像的局部纹理信息和全部形状模型信息，通过迭代计算，可以快速确定人脸各器官的精细形状。ASM为现有技术，在此不再赘述。

当疲劳检测模块22检测出驾驶人的疲劳状态后，会发送信号给穴位振动元件23，以控制其动作。本发明的穴位振动元件23是设置在驾驶人身体的经络穴位处，当驾驶人疲劳时，穴位振动元件23就会产生振动，以帮助缓解疲劳，起到提神醒脑的作用。其中，穴位振动元件23可以设置在各个有助于缓解疲劳的穴位处，而为了避免布线困难、方便其安装，穴位振动元件23与疲劳检测模块22之间可以采用无线方式进行信号传输。请参见图4，其为本发明疲劳驾驶检测系统的另一种实施例结构图。

与图3相比，图4的系统增加了无线信号发射模块31和无线信号接收模块32。无线信号发射模块31与疲劳检测模块22相连，无线信号接收模块32与穴位振动元件23相连。

疲劳检测模块22的输出信号会通过蓝牙发送到无线信号发射模块31中。在无线信号发射模块31中，信号先整形成三角波信号。整形后的信号调制至载波。已调信号经过放大后送入发射天线辐射至空间。

无线信号接收模块32通过天线收集空间中的信号，并将收集到信号进行功率放大，然后解调出调制在载波上的信号。解调后的信号进行整形后得到要传输给穴位振动元件23的信号。

特别的，为了无线发送和接收模块中编解码的方便，也为了区分驾驶人疲劳的程度，疲劳检测模块22可以将计算出的疲劳状态值归一化为[0，7]之间的整数。以前述的PERCLOS值f为例，可以将按照以下公式进行处理：

F＝[f*8]

其中，这里的可以看成是一个浮点数，其范围是f∈[0，1)；运算[]表示下取整运算，对于大于0的浮点数来说，就是把浮点数的小数部分直接去掉，而成为一个整数。

归一化处理后，便可以方便地设定穴位振动元件23的工作模式。例如，当F＞＝1时(即f＞0.15)，认为驾驶人处于疲劳状态，此时激活穴位振动元件23。当然，激活穴位振动元件23的临界值可以根据实际需要来设置。而随着的增大，穴位振动元件23可以逐渐提高振幅，以增大提醒效力。

特别的，本发明的穴位振动元件23最佳的实施方式是设置在合谷穴(即手掌背面虎口处)的位置，其主要有两个原因：

其中之一是考虑到合谷穴的作用。该穴位是人体手阳明大肠经原穴，属阳主表位。在医学上，具有镇静止痛，通经活络，清热解表的作用。使用指压、按摩等方式刺激该穴位可以缓解眼睛疲劳、起到提神醒脑的作用。在中医保健领域，合谷穴是被十分重视的，因为这个穴位的按摩方法简单易行有效，而且具有重要的保健作用。

另一个原因是因为合谷穴位于手部，穴位振动元件23的安装和拆卸都极为方便，使系统在物理设计上具有很好的便利性。

本发明可以配合使用手套来将穴位振动元件23对应贴合到合谷穴位置，请参见图5，手套51由可伸缩材料制成，穴位振动元件23固定在手套51上对应合谷穴(手掌背面虎口处)的位置。使用时，手套51以一定压力贴合人手皮肤，使穴位振动元件23与皮肤紧密接触，通过对穴位的机械振动，对人体产生具有提神醒脑、缓解疲劳的刺激。为避免对驾驶员正常操作造成干扰，手套为左手用样式。

请参见图6，其为本发明穴位振动元件的一种外观示意图。此穴位振动元件23为扁平圆柱结构，表面光滑，可以最大程度降低因挤压而对人手造成的不适感，且定位方便。

图7和图8为此穴位振动元件的安装示意图。此穴位振动元件23由微型电机81、振动锤82、信号接收与运动控制单元83、电池84以及外壳构成。振动锤82设置成偏心回转结构，在微型电机81驱动下旋转，产生非对称离心力，从而带动整个穴位振动元件23产生振动，并且通过控制微型电机81转速，可调节穴位振动元件23振动的强度。信号接收与运动控制模块83用于接收和分析从疲劳检测模块22处发送来的无线信号，实现对微型电机81的转速控制。电池84为整个穴位振动元件23提供能源。外壳分为上壳85和下壳86，均为金属材质，其用于固定各部分之间的相对位置，并密封保护其它元器件，同时为振动提供主要的振动质量。

装配时，除电池84外的其它元器件安装在下壳86中，信号接收与运动控制单元83的线路板通过内部线路与外部接口相连，实现电池84、微型电机81和信号接收与运动控制模块83之间的电气连接。电池84安装在上壳85中。上壳85和下壳86通过螺纹或紧密配合关系实现彼此定位。闭合时，电池84的一极直接与信号接收与运动控制单元83的线路板上对应接口接触，另一极与外壳直接接触，通过外壳传导，实现闭合电路。

无线信号接收模块32根据接收到的信号，解析出疲劳程度值，并根据疲劳程度值的大小，决定输出。

相应于上述系统，本发明还提出一种疲劳驾驶检测方法，如图9所示，其包括以下步骤：

S901，采集驾驶人的实时状态信息。如图像信息、语音信息等。

S902，根据驾驶人的实时状态信息分析与判断驾驶人的疲劳状态。

例如在采集到驾驶人的脸部图像信息信息后，可以根据点头频率、哈欠动作等面部特征信息，某一段时间段内眼睛闭合时间所占的比例(PERCLOS值)，平均眼皮闭合速度(AECS)，视线分布(GAZEDIS)，视线跳动频率(PERSAC)，或者点头频率(NodFreq)和哈欠频率(YawnFreq)等特征来计算驾驶人的疲劳状态值。

S903，当驾驶人处于疲劳状态时，在驾驶人的经络穴位位置产生振动。并且根据驾驶人的疲劳程度(计算出的疲劳状态值的大小)，可以调整振动的振幅大小。

本发明较佳的实施方式是对合谷穴(即手掌背面虎口处)的位置进行振动。对合谷穴进行振动按摩不仅可以有效缓解疲劳，起到提神醒脑的作用，而且合谷穴的位置也方便于振动装置的安装和拆卸，具有很好的便利性。

本发明可以有效监测驾驶人的疲劳状态，并在其疲劳时，通过对中医经络理论中的穴位进行振动和按摩，不仅不会对正常驾驶产生干扰，而且可以达到缓解疲劳、提神醒脑的作用。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种疲劳驾驶检测系统，其特征在于，包括：

一传感模块，用于采集驾驶人的实时状态信息；

一疲劳检测模块，与该传感模块相连，用于根据驾驶人的实时状态信息分析与判断驾驶人的疲劳状态；

一穴位振动元件，与该疲劳检测模块相连，用于当该驾驶人处于疲劳状态时，在驾驶人的经络穴位位置产生振动；

一手套，该穴位振动元件固定在该手套上对应合谷穴的位置。

2.如权利要求1所述的疲劳驾驶检测系统，其特征在于，该穴位振动元件包括一微型电机、一振动锤、一信号接收与运动控制单元、一电池以及一外壳，该微型电机分别与该振动锤及该信号接收与运动控制单元相连，该电池的正极和负极分别与该信号接收与运动控制单元及该外壳相连，且该微型电机、该振动锤、该信号接收与运动控制单元及该电池均设置在该外壳中。

3.如权利要求2所述的疲劳驾驶检测系统，其特征在于，该振动锤设置成偏心回转结构，用于在微型电机驱动下旋转，产生非对称离心力，并带动整个穴位振动元件振动。

4.如权利要求1所述的疲劳驾驶检测系统，其特征在于，该疲劳检测模块通过无线信道与该穴位振动元件相连。

5.如权利要求1所述的疲劳驾驶检测系统，其特征在于，该疲劳检测模块根据一段时间内驾驶人眼睛闭合所占时间的百分率来判断驾驶人的疲劳状态，其具体依照以下公式：

$f=\frac{t_3-t_2}{t_4-t_1},$

其中，f为在一段时间内驾驶人眼睛闭合所占时间的百分率，t1为眼睛完全睁开到闭合20％的时间；t2为眼睛完全睁开到闭合80％的时间；t3为眼睛完全睁开到下一次睁开20％的时间；t4为眼睛完全睁开到下一次睁开80％的时间。

6.如权利要求5所述的疲劳驾驶检测系统，其特征在于，当f＞0.15时，该疲劳检测模块判定驾驶人处于疲劳状态。

7.一种疲劳驾驶检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集驾驶人的实时状态信息；

根据驾驶人的实时状态信息分析与判断驾驶人的疲劳状态；

当该驾驶人处于疲劳状态时，在驾驶人的合谷穴位置产生振动。

8.如权利要求7所述的疲劳驾驶检测方法，其特征在于，根据驾驶人的疲劳程度，调整振动的振幅大小。

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