基于驾驶行为的疲劳驾驶检测方法初探

牛超

摘 要：随着社会的不断发展，汽车行业发展迅猛，汽车保有量大幅度提升，交通事故的发生率也越来越高。交通部门的相关调查显示，疲劳驾驶是造成重大交通事故的首因。通过科学有效的检测方法，检测驾驶员的驾驶状态，能够有效降低交通安全事故的发生。本文介绍了疲劳驾驶的特征，分析了国内外检测驾驶员疲劳状态的方法、特点及发展趋势。

关键词：疲劳驾驶;检测技术;交通事故

随着社会的发展，人们生活水平不断提高，对汽车的需求不断加大，汽车数量急剧增加，交通安全问题越来越严重。疲劳驾驶是造成安全事故的重要因素，采用科学有效的驾驶员疲劳状态监测方法能够降低交通事故的发生率，具有一定的研究价值和现实意义。

1 疲劳驾驶检测方法

根据疲劳驾驶的定义及国内外的研究现状，可将疲劳驾驶检测方法分为三类，包括基于驾驶员生理指标的检测方法、基于车辆行为的检测方法及基于驾驶人行为特征的检测方法。

基于驾驶员生理指标的检测方法主要是通过相关的医疗器械采集驾驶人员的生理特征信息，以此作为依据进行驾驶疲劳判断。人的生理特征能够最直接的反应疲劳状态，该检测方法有很高的准确性，但是，由于该方法需要采用接触式检测装置，而且设备的成本较高，综合来看，基于驾驶员生理指标的检测方法实用性较低。

基于车辆行为的检测方法则借助车载传感器采集当前车辆的运行特征信息，以此作为依据分析驾驶员的疲劳状态。该方法的理论依据是驾驶员疲劳时的控制能力与清醒时相比有很大不同，从而导致车辆的运行特征的差别，该方法有一定的准确率，而且检测设备成本较低，具有一定的实用性。该方法的缺陷在于容易受路况等外界因素影响，疲劳检测准确率相对降低。

基于驾驶人行为特征的检测方法主要通过图像处理和模式识别技术，检测驾驶人在疲劳时的反应特征，对驾驶人的疲劳状态进行分析判断。该检测方法的理论基础是人的面部表情特征能直接反应疲劳状态，该方法具有较高的准确率，而且作为非接触式检测方法具有较强的实用性。基于驾驶人行为特征的检测方法的不足之处在于图像处理手段和方法造成较大的计算量，运算耗时长，而且设备成本不低。

根据比较，基于驾驶人员行为特征的检测方法准确率较高，具有更好的实用性。

2 基于脸部行为预测的驾驶员疲劳驾驶检测

基于驾驶人员行为特征检测主要是根据驾驶员的面部特征信息来检测驾驶员的疲劳状态。通过视频采集、单元采集驾驶员面部状态的信息，包括头部的偏移量、眨眼、打哈欠的頻率及面部表情的变化等进行疲劳度分析。其中人眼是面部最重要的器官，包含重要信息，一段时间内眼睛无明显变化、眨眼频率过低、眨眼频率过高和眼睛睁开程度逐渐变小等都能反映驾驶员的驾驶状态，在判定驾驶员疲劳状态过程中具有极高的代表性。

2.1 驾驶员眼睛的定位和特征提取

在人的脸部，眼睛和嘴的灰度变化最快，可以据此对脸部范围的垂直梯度分散进行分析，结合水平投影，分析出眼睛和嘴边缘的最大值。在疲劳数据中，嘴部特征数据无关紧要，因此在检测中只需要对眼睛进行定位分析。

驾驶员脸部区域垂直方向的梯度可以由公式G（i， j）=f（i+1， j）-f（i， j）求得，水平投影根据公式H （j ）=∑G（ i ，j） 求得，这样就能得出准确的驾驶员脸部结构特征图，从而得到眼睛在脸部的相对位置，进而根据结构特征图的距离分析眼睛的开闭状况。

2.2 驾驶员眼睛状态检测计算

根据单位时间内眼睛闭合时间的比率可以测量驾驶员眼睛疲劳状况所需的相关数据，如眨眼持续时间、眨眼频率、一次眨眼的闭合时间比率、单位时间内眼睛闭合时间所占比率等。

眨眼持续时间即一次眨眼过程中眼睛完成开、闭、开过程所需的时间，可用公式求得 D（t）=t1+t4。单位时间内眼睛闭合时间比可用公式求得，。单位时间设为6s，N为收集图像的帧数，p（t）为睁眼水平随时间改变的函数。再经过计算得出一次眨眼的闭合时间比。从而分析驾驶员的驾驶状态。

2.3 基于脸部行为预测技术的驾驶员疲劳驾驶检测

基于脸部行为预测技术的驾驶员疲劳驾驶检测首先采集驾驶员在驾驶过程中的相关图像，然后用迭代弱分类器产生的强分类器的算法对驾驶员脸部进行检测。再根据驾驶员脸部结构特征进一步分析。驾驶员脸部框架横纵坐标值可以分析面部行为变化，从而判断驾驶员的驾驶状态。如果纵坐标相关值低，横坐标变化大，说明驾驶员脸部运动剧烈，驾驶人则处于清醒状态。如果纵坐标相关值高于设定值，则说明驾驶员处于疲劳驾驶状态。

利用水平灰度投影和相关坐标值作差，可以计算相关值的垂直距离，分析出驾驶员眼睛的开闭，再利用图像采集的帧数可得出单位时间内驾驶员眼睛闭合率。打瞌睡是人非常疲劳的表现，研究表明，人的疲劳初期表现为眨眼频率增加，由此可以对驾驶员的眨眼次数进行统计。根据正常状态下人眨眼时间和频率设定门限值，若驾驶员的眨眼闭合时间比高于门限值，则可以判定驾驶员处于疲劳驾驶状态。

3 结束语

交通安全是当今社会的重要问题，也关系到每个人的生命安全。疲劳驾驶是造成交通安全的重要因素之一，驾驶员疲劳驾驶检测系统能够有效预防驾驶员出现疲劳驾驶，减少交通事故的发生，具有较高的研究价值和现实意义。本文介绍了疲劳驾驶及危害，分析了国内外疲劳驾驶研究现状，着重分析了疲劳驾驶检测方法，探讨了基于脸部行为预测驾驶员疲劳驾驶检测方法，该方法具有较高的准确率和较强的实用性。

参考文献：

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