基于光纖傳感器的汽車人眼預警系統(tǒng)

汪 涵 高青松 吳科技

（蚌埠學院 理學院 光電信息科學與工程專業(yè)，安徽 蚌埠233000）

1 概述

隨著當今經(jīng)濟的發(fā)展，汽車已融入現(xiàn)代人的生活，據(jù)公安部交管局統(tǒng)計，2019 年全國機動車保有量達3.19 億輛，并呈現(xiàn)增長態(tài)勢（如圖1 所示)，在這樣的交通環(huán)境的下，各種交通事故也層出不窮，亦不斷增長（如圖2 所示）；給人民的生命財產(chǎn)造成了巨大損失（如圖3 所示）；常見的車輛碰撞事故、行人觀察信息不夠和駕駛者疲勞駕駛產(chǎn)生事故等；總而言之就是使用者安全意識淡薄，不能防患于未然。目前，我國對于交通安全的防治采取了以下方法是加強交通安全教育、加大安全檢查力度、加強車輛維護提高汽車安全性能、完善道路安全設施等，用以預防事故的發(fā)生；但是，由現(xiàn)階段社會環(huán)境影響，社會尚未形成文明交通的良好氛圍，交通法規(guī)還未成為人們自覺遵守的行為準則和道德習慣，加上有些駕駛員個人預防觀念不強，不能有效避免上述問題。[1]因此，人們開始研究智能控制，各類預警產(chǎn)品問世，但這些產(chǎn)品功能過于單一且不能整合并存在弊端和漏洞，大大增加生產(chǎn)成本而效果不理想，為此我們設計出一種基于光纖傳感器的汽車人眼預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用光纖傳感器以及最新研發(fā)的眼球追蹤儀，對行車人員、行人這兩方面做了深入探究，以此來提高汽車的安全指數(shù)。

2 光纖傳感器以及眼球追蹤儀

圖1 民用汽車擁有量

圖2 近五年交通事故發(fā)生數(shù)的相關(guān)統(tǒng)計

圖3 交通事故直接財產(chǎn)損失統(tǒng)計

光纖傳感器是一種將被測對象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測參數(shù)的相互作用，使光的光學性質(zhì)如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號，再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測參數(shù)。光纖傳感器有著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的優(yōu)點，非常適合運用在交通安全這類需求靈敏的系統(tǒng)上。[2]

眼球追蹤技術(shù)是一項科學應用技術(shù)，一是根據(jù)眼球和眼球周邊的特征變化進行跟蹤，二是根據(jù)虹膜角度變化進行跟蹤，三是主動投射紅外線等光束到虹膜來提取特征。[3]運用眼球追蹤技術(shù)而發(fā)明的眼球追蹤儀可以實現(xiàn)實時迅速獲取人眼信息，將其運用在汽車安全領(lǐng)域，可以預防事故的發(fā)生，確保行車安全。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

該系統(tǒng)從行車人員和行人兩大方面入手，通過對汽車行駛過程中駕駛員的眼睛信息分析并傳遞，從而起到警示駕駛員疲勞駕駛、讓后車獲取前車的觀察信息以及讓行人了解汽車的行駛信息，從而預防事故的發(fā)生，保障行車安全；系統(tǒng)分為兩大模塊，由疲勞駕駛檢測與行車人員眼部信息傳遞兩大模塊組成；對汽車和駕駛者做出實時監(jiān)控，傳遞信息，防患于未然。

圖4 儀器放置位置圖

4 安全系統(tǒng)的模塊設計、工作流程

4.1 疲勞駕駛模塊

疲勞駕駛是指駕駛員在長時間連續(xù)駕車后，產(chǎn)生心理機能和生理機能的失調(diào)，而在客觀上出現(xiàn)駕駛技能下降的現(xiàn)象；疲勞駕駛會影響到駕駛員的感覺、知覺、思維、判斷、意志、決定和運動等諸多方面，是導致事故發(fā)生的重要原因之一。[4]

此模塊包括眼球追蹤、光纖傳感器、聲音報警單元和中央處理器，車輛行駛時，前擋風玻璃上的監(jiān)視器實時獲取駕駛員眼鏡信息，并通過光纖傳感器迅速將信息傳遞給中央處理器，經(jīng)過系統(tǒng)判定；當判定結(jié)果為閉眼時長超過一秒鐘，則車載警報器發(fā)出警報，并發(fā)出“請尊重生命，杜絕疲勞駕駛”提醒駕駛員，從而保證行車安全；當判斷結(jié)果為閉眼不到一秒鐘，則直接進行下一輪判定。

4.2 駕駛員信息傳遞模塊

（1）模塊設計和工作流程

目前市面上的汽車安全裝置已經(jīng)非常多樣，絕大多數(shù)的安全裝置是保護事故發(fā)生后行車人員的安全，還有一部分是從駕駛員角度出發(fā)，保證駕駛員的正常駕駛。這些裝置已經(jīng)將保護做到了極致，而我們所設計的基于光纖傳感器的汽車人眼預警系統(tǒng)是從一個全新的角度來著手，行車安全不僅僅只依靠行駛車輛駕駛員的個人判斷來保障，將行車信息傳遞給所有交通參與人員，讓所有人都可以參與交通，多方面保證行車安全。

此模塊包括眼球追蹤儀、光纖傳感器、LED 集成顯示器和中央處理器，車輛行駛時，前擋風玻璃上的監(jiān)視器實時獲取駕駛員眼鏡信息，并通過光纖傳感器迅速將信息傳遞給中央處理器，經(jīng)過系統(tǒng)判定；系統(tǒng)判別人眼向左看，則車外LED 燈顯示向左亮；系統(tǒng)判別人眼向前看，則車外LED 燈顯示向前亮；系統(tǒng)判別人眼向右看，則車外LED 燈顯示向右亮。

（2）實際運用

保證超車安全：

當后車超車時，可以通過觀察前車車尾的LED 燈，判斷前車司機是否發(fā)現(xiàn)自己，從而保證行車安全

當前車司機發(fā)現(xiàn)后車超車時，車尾LED 燈會隨之看向左側(cè)，后車司機通過觀察車尾LED 燈判斷前車司機是否發(fā)現(xiàn)自己從而保證行車安全

5 結(jié)論

整個系統(tǒng)采用最新研發(fā)的眼球追蹤技術(shù)，從兩大方面做了充分的防護；通過對汽車駕駛員眼睛信息做出檢測，并將數(shù)據(jù)由光纖傳感器迅速傳入中央處理器，系統(tǒng)做出正確的判斷并做出相應的處理，可以及時的排除交通隱患，通過數(shù)據(jù)反饋進行報警提示或者將信息傳遞，讓所有交通參與者獲取駕駛者的信息，多方面保障行車安全防患于未然，在實際應用中具有很好的推廣價值。