СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАСЫПАНИЯ ВОДИТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD TO PREVENT VEHICLE DRIVER FALLING ASLEEP

Изобретение относится к области контроля состояния водителя и обеспечения безопасности управления транспортных средств и может быть использовано для предотвращения засыпания водителя транспортного средства посредством обнаружения признаков усталости и закрытия глаз по изображению его лица.
Известен способ оценки безопасного состояния операторов систем управления (Патент РФ 2432120, МПК А61В 10/00. Опубликовано 27.10.2011), заключающийся в контроле параметров перемещения глазного яблока водителя в процессе движения транспортного средства, сравнении полученных величин с данными оператора, находящегося в нормальном состоянии и определении мгновенного психофизического состояния оператора.
Недостатком указанного способа является недостаточная информативность о психофизическом состоянии оператора по причине того, что контроль осуществляется только по одному параметру - перемещение глазного яблока оператора (водителя), а также высокая вероятность ложного срабатывания указанной системы.
Известен способ опознавания по радужной оболочке глаза (Патент РФ 2331107, МПК G06K 9/00. Опубликовано 10.08.2008), заключающийся в получении изображения, по меньшей мере, одного глаза человека в инфракрасном спектре почти одновременно с получением изображения глаза в видимом спектре, определении наружной границы радужной оболочки и обрабатывании полученного изображения для определения идентификационных признаков на основе радужной оболочки, ограниченной наружной границей на глазе.
Недостаток способа заключается в сложности реализации (из-за ресурсоемкости способа) во встроенных вычислительных средствах операции анализа радужной оболочки. Другими недостатками является отсутствие возможности отслеживания движений глаз и невозможность обнаружения рассмотренным способом закрытых глаз, что принципиально необходимо для системы предупреждения дорожно-транспортного происшествия.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ предупреждения засыпания водителя транспортного средства, включающий формирование эталона зрачка текущего водителя на основе общего для любого человека описания, периодическое освещение лица водителя инфракрасным светом, получение изображения лица, обнаружение областей глаз, определение границ области движения зрачка, определение частоты и направлений движения глаз, определение частоты морганий, определение длительности периода времени, в течение которого глаза закрыты, сравнение параметров, характеризующих состояние водителя с эталонными, принятие решения о необходимости сигнализации о засыпании водителя (Патент РФ №2413632, МПК В60K 28/02. Опубликовано 10.03.2011).
Недостатком данного способа является то, что его работоспособность основывается на сравнении параметров, которые характеризуют состояние конкретного водителя, находящегося непосредственно за управлением транспортного средства, с некими эталонными параметрами, характеризующими состояние засыпания и сна некого среднестатистического водителя, что может вносить неоднозначность и неточность в определении психофизиологического состояния водителя.
Задачей данного технического решения является разработка способа получения наиболее достоверной информации о физическом состоянии водителя, а также информирования и предупреждения его о состоянии усталости, дремоты и засыпания.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение безопасности дорожного движения посредством своевременного обнаружения состояния усталости, дремоты и факта засыпания водителя.
Технический результат достигается в способе предупреждения засыпания водителя транспортного средства, включающем формирование эталона зрачка водителя на основе общего для любого человека описания, периодическое освещение лица водителя инфракрасным светом, получение изображения лица, обнаружение областей глаз, определение границ области движения зрачка, определение частоты и направлений движения глаз, определение частоты морганий, определение длительности периода времени, в течение которого глаза закрыты, сравнение параметров, характеризующих состояние водителя с эталонными, принятие решения о необходимости сигнализации о засыпании водителя, при этом осуществляется определение эталона и текущего состояния цвета склеры глаза и температуры круговой мышцы глаза водителя, сравнение текущих параметров с эталонными и учет при принятии решения о необходимости сигнализации о засыпании водителя.
Склера представляет собой плотную непрозрачную часть наружной оболочки глазного яблока и состоит из несколько слоев. Наружный слой пронизан массой кровеносных сосудов, которые обеспечивают его качественное кровоснабжение, то есть эписклеральный слой отличается более интенсивным кровоснабжением, чем внутренние отделы (Склера глаза: строение, функции, заболевания и лечение [электронный ресурс] // Zrenimed. Режим доступа: https://www.zrenimed.com/stroenie-glaza/sclera (дата обращения 30.07.2018). Поэтому, по причине усталости, дремоты, засыпания водителя, а также при его неблагоприятном психофизиологическом состоянии, происходит изменение цвета (покраснение) склеры глаз. Определение цвета склеры глаз (определение изменения длины волны) в предлагаемом способе осуществляется посредством оптического миниспектрометра и сопоставляется с данными, полученными ранее в процессе наблюдения за водителем, и с эталонными, полученными в процессе его предварительной диагностики.
При длительных нагрузках, перенапряжениях, дремоте и засыпании у водителя возникает синдром усталых глаз (астенопия), который, в частности, сопровождается повышением температуры глаз и мышц (Синдром усталых глаз (астенопения) [электронный ресурс] // R-optics. Режим доступа: http://r-optics.ru/information/sindrom_ustalyh_glaz_astenopiya-293 (дата обращения 30.07.2018). Таким образом, при усталости, дремоте и засыпании водителя повышается температура круговой мышцы глаза, определение температуры которой осуществляется посредством оптического пирометра, работающего в отслеживающем, автономном режиме.
В определении состояния усталости, дремоты и засыпания водителя важную роль играет состояние и положение его зрачков, в частности, скорость перемещения, что характеризует быстроту реагирования на изменяющуюся ситуацию. В данном состоянии зрачки перестают активно перемещаться, вплоть до кратковременной остановки, а сам процесс отслеживания изменяющейся ситуации становится вялотекущим. Использование устройства типа, трайб треккера (Eye Tribe Tracker), позволяет определять координаты, диаметр и скорости перемещения зрачков водителя относительно заданного поля, а также определять отсчет момента времени и продолжительность перемещения века водителя. Необходимость применения трайб треккера (или аналогичного устройства) в данном способе заключается в определении и отслеживании положения и координат выбранных (конкретных) точек склеры и круговой мышцы глаза, соответственно, в которых производится определение цвета (длины волны оптического диапазона) склеры глаза и температура круговой мышцы глаза.
Таким образом, изменение температуры круговой мышцы глаза посредством оптического пирометра и цвета (длины волны) склеры посредством оптического мини-спектрометра диагностируется однозначным образом, тем самым качественно повышается точность и достоверность получаемой информации о психофизиологическом состоянии водителя. Полученные данные посредством встроенного штатного USB - порта поступают в мини-компьютер (Mini PC Stick), обладающий оперативной связью с мобильным телефоном или другим подобным устройством, и далее сравниваются с предварительно полученными данными о состоянии конкретного водителя непосредственно перед выездом на линию, а также, полученные ранее при предварительном тестировании. Кроме того, имеется возможность посредством GPS использовать тахографическое устройство, в базе данных которого располагается необходимая информация о конкретном водителе, и отслеживающее хронологию скорости движения, режима труда и отдыха водителя.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена блок-схема алгоритма работоспособности способа, фиг. 2, на которой показан график зависимости температуры круговой мышцы глаз от времени, измеряемой в конкретно выбранной точке (1 - правый глаз, 2 - левый глаз) и фиг. 3, на которой показана зависимость изменения цвета склеры глаз от времени (R- составляющая красного цвета спектра в шкале от 0-255, 1 - правый глаз, 2 - левый глаз).
После подключения и инициализации комплекса приборов и устройств, интегрированных в единую информационно-измерительную систему, осуществляются операции, представленные в таблице 1.
Способ осуществляется следующим образом. В начальный момент времени посредством инфракрасных датчиков определяется область лица человека и место нахождения зрачков. Производится определение координаты двух зрачков человека с точностью α≈0,5÷1 град отклонения. Осуществляется определение координат заданных точек на склере и на круговой мышце глаза. Для каждого конкретного водителя, находящегося в обычном, нормальном рабочем состоянии, непосредственно перед выездом на линию, регистрируется температура мышцы и цвет склеры глаз в выбранных (фиксированных точках. В дальнейшем процедура определения температуры круговой мышцы глаз и цвет склеры осуществляется через определенный временной интервал, причем его длительность уменьшается в процессе диагностирования. На начальном этапе время определения данных параметров составляет каждые ≈20 мин, в дальнейшем, по мере увеличения длительности нахождения водителя за рулем и его усталости время сокращается до ≈30 с.
В процессе движения транспортного средства автоматически производится корректировка положения мини-спектрометра и оптического пирометра посредством механического устройства и трайб треккера, позволяющих отслеживать координаты заданных точек на склере и на круговой мышце глаза во временном интервале 2-10 с.
По разности координат, диаметра и скорости перемещения зрачков, определения изменения температуры посредством оптического пирометра и цвета склеры глаз посредством оптического спектрометра настоящего и предыдущего состояния, анализируется динамика изменения физического состояния водителя, делается вывод о состоянии усталости, наличии дремоты и факта засыпания, а также о психофизиологическом состоянии конкретного водителя. При недопустимых значениях, полученных при сравнении данных, вырабатывается тревожный сигнал, подаваемый на какое-либо, в частности, звуковое устройство. В результате действия сигнала, водитель просыпается.
-1
Частота измерения координат, диаметра и скорости перемещения зрачка составляет 20 мс. Данные сохраняются в оперативной памяти миникомпьютера (Mini PC Stick). Устройство трайб треккера рассчитано на подключение к порту USB 3.0 компьютера, работающего под управлением ОС Windows, и поддерживает частоты опроса 40 и 60 Гц. Его точность заявлена на уровне 0,5°, а пространственное разрешение - 0,1°. Задержка не превышает 20 мс (при частоте дискретизации 60 Гц). Предусмотрена калибровка по 5, 9 и 12 точкам. Пользователь может находиться на расстоянии от 45 до 75 см от треккера. Лучи инфракрасных ламп направлены на глаза человека и образовывают на поверхности роговицы блики. По ним фокусируются камеры, которые отслеживают движение взгляда.
Пример.
Состоятельность предлагаемого способа предупреждения засыпания водителя транспортного средства подтверждается результатами экспериментальных исследований, проведенных на смоделированной лабораторной установке по определению изменения температуры круговой мышцы и цвета склеры глаз.
Выбирались испытуемые в количестве пяти человек, которые на протяжении трех часов располагались за монитором ПК, где производилась компьютерная симуляция автогонок, и каждый испытуемый активно участвовал в процессе управления болидом. Таким образом, создавались условия моделирования процесса вождения автотранспортного средства при длительных временных нагрузках внимания и сосредоточенности. В процессе испытания проводились измерения изменения температуры круговой мышцы глаза посредством оптического пирометра, (в частности, на базе серии Кельвин). Определение цвета склеры глаз может осуществляться посредством оптического мини-спектрометра (в частности, на базе мини-спектрометра с волоконным входом FSD10). Кроме того, применение цифровой камеры высокого разрешения также позволяет достаточно точно определить изменение цвета склеры глаз, если использовать шкалу аддитивной цветовой модели RGB.
Из графиков, приведенных на фиг. 2, следует, что температура круговой мышцы глаз, измеряемая в конкретно выбранной точке, неуклонно повышается в зависимости от продолжительности тестирования, достигая некоторого значения. При этом следует отметить, что при дальнейшем проведении тестирования испытуемого начинают вносить свой вклад процессы саморегуляции температуры.
Из графиков, приведенных на фиг. 3, следует, что с увеличением продолжительности тестирования и повышения степени усталости происходит смещение цвета склеры в сторону более красных оттенков.
Таким образом, способ предупреждения засыпания водителя транспортного средства, включающий формирование эталона зрачка конкретного водителя, эталона состояния цвета склеры глаза и температуры круговой мышцы глаза, а также определение границ области движения зрачка, частоты морганий и направлений движения глаз, определение длительности времени, в течение которого глаза закрыты и определение текущего состояния цвета склеры глаза и температуры круговой мышцы глаза водителя, сравнение параметров, характеризующих состояние водителя с эталонными значениями, принятие решения о необходимости сигнализации о засыпании водителя, позволяет повысить безопасность дорожного движения посредством своевременного и более точного обнаружения состояния усталости, дремоты и факта засыпания водителя.