基于机器视觉的行车安全综合保障系统研究

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1、三、智能交通系统与技术·5ll·基于机器视觉的行车安全综合保障系统研究王荥本金立生郭烈顾柏园余天洪(吉林大学交通学院长春130025)【摘要】为了有效地减少因驾驶员疲劳驾驶或精神分散容易导致发生的车道偏离以及追尾碰撞等恶性交通事故，本文利用机器视觉技术监测驾驶员的眼部、嘴部、头部等器官的运动特征，建立基于驾驶员面部视觉信息的疲劳与精神分散状态综合量化评价模型，实现驾驶员疲劳和精神分散状态的实时有效动态监测和预警，同时对驾驶员是否无意识的驶离车道进行实时有效动态监测和预警，以及系统研究了本车前方车辆探测方法和安全车距的评

2、定准则，实现防追尾碰撞预警。初步试验表明：当驾驶员疲劳驾驶、无意识的车道偏离以及行车安全车距过小时，该行车安全综合保障系统能有效地对驾驶员进行警示。此外，根据国外在行车安全保障技术领域的研究现状，本文还开展了道路上行人检测的技术研究，并取得初步成果。【关键词】行车安全机器视觉综合保障系统绪论在世界范围内，公路交通事故给各个国家的人民生命财产和国民经济造成了巨大的损失。据世界道路协会1999年统计，全世界每年因公路交通事故而死亡的人数达80万，重伤人数超过500万人。因公路交通事故而死亡的人数已居非自然因素死亡人数之首⋯

3、。面对我国公路建设持续发展、汽车保有量不断增加和万车死亡率居高不下的现实，如果不采取有效措施减少公路交通事故，因公路交通事故导致的死亡人数将是一个触目惊心的数字。因此，我国公路交通运输事业及汽车工业的发展面临着十分严峻的挑战。统计资料表明，驾驶员人为因素导致的公路交通事故率最高心J。2004年我国因驾驶员导致的公路交通事故数、死亡人数、受伤人数分别占各自总数的89．8％、87．4％、90．6％。在导致这些公路交通事故的驾驶员人为因素中，疲劳和精神分散驾驶是主要原因之一[3

4、。目前，高速公路上行车发生的交通事故主要表现为

5、车道偏离事故和追尾事故，其中车道偏离事故占整个交通事故的三分之一[4]。若在潜在交通事故发生前给驾驶员发出1秒钟的警报，则可避免90％的类似交通事故。因此，研发一种行车安全综合保障系统，当驾驶员发生疲劳以及精神分散、车辆出现无意识的车道偏离以及车辆安全车距过小存在追尾可能时能给予主动预警，这样的系统必将极大地降低公路交通事故发生的可能性，对于减少公路交通事故及人员死伤有着十分重要的现实意义。·512·关爱生命预防事故1．国内外研究现状及分析目前，国内外在安全辅助驾驶领域的研究主要集中在对一些单独的功能模块进行研究开发，

6、如：驾驶员疲劳以及精神分散状态的监测以及预警、车道偏离预警技术研究、前方车辆探测及碰撞预警技术研究以及行人检测技术研究等功能模块。对于能同时实现驾驶员疲劳以及精神分散状态、无意识的车道偏离以及安全车距预警等多信息融合的综合安全保障系统目前尚无产品问世。1．1驾驶员疲劳及精神分散状态监测系统研究现状美国、日本、欧洲的研究人员通过监测驾驶员脉搏，体内乳酸、氨和酒精含量，脑电图和眼电图等体能参数分析判定驾驶员疲劳程度。这些监测方法均需要测量装置与驾驶员身体有关部位接触，这种强制性干涉常常引起驾驶员们的反感，在很大程度上限制了

7、它们的推广应用。文献口][叫利用机器视觉技术，通过对驾驶员头部各器官视觉特征的识别，来实现驾驶员疲劳与精神分散状态的有效监测。由于该方法对驾驶员身体不存在任何强制干涉、视觉系统体积小、易于设置、成本较低、图像处理拥有较普及的基础技术平台等优点，目前其已成为世界上驾驶员疲劳和精神分散状态监测的主流技术，并已取得了许多有价值的研究成果。在应用研究方面，澳大利亚SeeMachines公司研制的FaceLAB4系统通过监测驾驶员眼睛的眨动频率、凝视方向、瞳孔直径等特征参量进行多特征信息融合，实现对驾驶员精神状态实时监测。欧洲由

8、9家单位参加研制的AWAKE系统目前已经投入应用实验。日本日产公司2001年开发出的概念车提供有驾驶员精神状态视觉监测功能。日本丰田汽车公司研制成功的“丰田先进安全汽车”上安装有驾驶员打瞌睡报警系统。我国该领域研究由于起步较晚，目前尚缺乏系统深人的研究"J_¨0

9、。1．2车道偏离预警系统研究现状目前，很多国家对开发车道偏离预警系统表现出了高度重视。欧洲在其第六研究框架内稳步进行着车道偏离预警系统的研究。荷兰交通部2005年7月完成了车道偏离预警系统的场地试验。澳大利亚智能研究实验室也正在致力于车道偏离预警系统的开发。美

10、国IVI也将车道偏离防碰撞列入8大研究领域之一，预计2008年将其投入商业应用。目前研发的大部分车道偏离警告系统都是利用机器视觉技术，如AutoVue系统、AWSTM系统、DSS系统等。在应用研究方面，最成功的是AutoVue系统。该系统自从2000年在欧洲投入生产以来，在欧洲和美国8000多辆商用卡车和大客车上已经安装了该系统，