Chương 1. HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGỦ GẬT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1. CÁC HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGỦ GẬT Hiện nay , các hệ thống cảnh báo ngủ gật được sử dụng rộng rãi ở một số nước trên thế giới có hai dạng : dạng đeo lên tai lái xe và dạng gắn trên xe như một hệ thống hỗ trợ người lái nhận biết dấu hiệu buồn ngủ. Dạng đeo lên tai người lái Về cấu tạo, hệ thống chống ngủ gật đeo tai được làm từ vật liệu dẻo siêu nhẹ với phần móc cài qua tai giống như tai nghe nhạc headphone.
Khi được kích hoạt, chức năng cảm biến bên trong máy sẽ đo góc vuông khi đầu thẳng. Thiết bị báo động thông báo góc đo ở mức 0° khi lái xe tỉnh táo (đầu giữ ở tư thế thẳng). Khi người lái có dấu hiệu gục đầu, đầu ngã xuống, góc đo của máy cảm biến tự động tăng từ 0° - 15° hay 30°, máy lập tức phát âm thanh để cảnh báo người dùng. Âm thanh này được thiết lập đủ lớn để đánh thức lái xe, âm thanh này không quá chói để tránh tình trạng người đeo choàng tỉnh dậy và nhấn nhầm ga hay bẻ vô lăng do giật mình.
Thiết bị cảnh báo chống ngủ gật là một sản phẩm được sản xuất dựa trên các nghiên cứu sáng tạo. Phụ kiện tiện ích này có khả năng cứu sống mọi lái xe khi nguy cơ cơn buồn ngủ, mệt mỏi đột nhiên kéo đến. Lái xe chỉ việc đeo lên tai phải, phụ kiện tự kích hoạt hoạt động dựa trên nguyên tắc cân bằng điện tử qua một thiết bị cảm biến. Khi đầu bạn gật về một phía, một âm thanh báo động lớn và rung mạnh sẽ đánh thức bạn, cảnh báo lái xe và hành khách.Cảnh báo chỉ được phát ra khi có góc nghiêng xuất hiện một mức độ nhất định, Thiết bị báo động này không chỉ được thiết kế dành riêng cho lái xe, nó cũng có thể có tác dụng hoàn hảo cho bất cứ ai cần được tỉnh táo khi làm nhiệm vụ.
Ví dụ, các em học sinh sinh viên đang học tập, nhân viên bảo vệ đang làm nhiệm vụ, người đang điều khiển máy móc. Sản phẩm tuyệt vời với thiết kế nhỏ gọn, tinh tế, dễ dàng trang bị lên tai người sử dụng. 1 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Hữu Huy Hình 1. Hệ thống cảnh báo ngủ gật dạng đeo lên tai Ưu điểm: + Thiết bị sẽ không hoạt động khi người lái đang trong trạng thái tỉnh táo bình thường với mắt nhìn phía trước.
+ Thiết kế gọn nhẹ với chất liệu cao su mềm, tạo cảm giác thoải mái. + Trọng lượng nhẹ, phù hợp với mọi kích cỡ tai, dù người lớn hay trẻ em. + Cách đơn giản nhất để trở lên tỉnh táo, không cần sử dụng caffeine hoặc dược phẩm. Nhược điểm: có thể cảnh báo trong những trường hợp không mong muốn hoặc gây giật mình cho lái xe khi âm lượng quá cao.
Dạng lắp đặt trên xe ô tô Dạng này thì các thiết bị được lắp đặt trên xe ô tô với hệ thống camera và màn hình cảm biến. Một số hãng xe nổi tiếng đang sử dụng hệ thống cảnh báo ngủ gật dạng này: Hãng Mercedes - Benz: thiết bị Attention Assist sử dụng bộ điều khiển động cơ để giám sát các thay đổi về điều khiển vô lăng và hành vi lái xe của người ngồi trên xe, báo động khi cần thiết. 2 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Hữu Huy Hệ thống Attention Assist (Hệ thống cảnh báo mất tập trung) sẽ tự động ghi nhận các hành vi lái của người điều khiển xe như : cách vào số, tăng tốc, rà phanh, chỉnh âm lượng…và hơn 70 thông số khác trên xe trong khoảng thời gian 20 phút đầu tiên để làm tiêu chuẩn. Khi di chuyển trên đường, nếu tài xế có những biểu hiện khác với các hành vi đã được ghi nhận tiêu chuẩn trước đó.
Hệ thống cảnh báo mất tập trung – Attention Assist sẽ phát ra một cảnh báo bằng âm thanh rất lớn (tiếng Tinh.Tinh…) kèm theo dòng thông báo “ Take A Break” với hình ly cà phê hiện lên. Nếu hệ thống này cảnh báo chắc hẳn bạn đang trong tình trạng căng thẳng mất tập trung hay buồn ngủ, vui lòng bạn tìm điểm dừng chân gần nhất để nghỉ ngơi một ít phút trước khi cuộc hành trình. Hệ thống này hoạt động khi phương tiện di chuyển với dãy tốc độ từ 60km/h đến 200km/h. Hệ thống Attention Assist khi cảnh báo 3 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Hữu Huy Hãng Lexus: gắn camera tại bảng táp lô để quan sát gương mặt của lái xe thay vì hành vi của người đó, cảnh báo lái xe khi phát hiện dấu hiệu buồn ngủ.
Mô phỏng hệ thống cảnh báo ngủ gật trên hãng xe Lexus Hãng Volvo: hệ thống Driver Alert Control cũng chính là hệ thống cảnh báo sai làn: giám sát và hỗ trợ lái xe đi đúng làn đường, cảnh báo khi phát hiện dấu hiệu lấn làn. Mục tiêu của chức năng này là phát hiện khả năng lái xe đang giảm dần và nó chủ yếu dành cho những con đường lớn. Chức năng này không dành cho giao thông thành phố. Chức năng này được kích hoạt khi tốc độ vượt quá 65 km/h và vẫn hoạt động miễn là tốc độ trên 60 km/h.
Hệ thống Driver Alert Control đọc vị trí của xe trong làn đường 4 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Hữu Huy Một camera phát hiện các vạch cạnh được sơn trên đường và so sánh sự căn chỉnh của đường với chuyển động vô lăng của người lái xe. Dấu hiệu điều khiển xe không an toàn Nếu hành vi lái xe trở nên mâu thuẫn đáng chú ý, người lái xe sẽ được cảnh báo bằng biểu tượng trên màn hình trình điều khiển, kết hợp với tín hiệu âm thanh và tin nhắn văn bản “Đã đến lúc nghỉ giải lao”. Biểu tượng cảnh báo Nếu xe được trang bị Sensus Navigation và đã kích hoạt chức năng “Hướng dẫn Dừng Nghỉ ngơi”, các gợi ý về một nơi thích hợp để nghỉ giải lao cũng được hiển thị. Cảnh báo được lặp lại sau một thời gian nếu hành vi lái xe không được cải thiện.
Hệ thống bám làn đường của Bosch: Như tên gọi, hệ thống bám làn đường giúp xe chạy ổn định trong một làn đường, nhờ vào cảm biến phía trước mũi xe. Bên cạnh đó, một 5 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Hữu Huy số dữ liệu như góc lệch từ vô-lăng, chân ga, hệ thống đèn báo cũng được hệ thống thu thập để đưa ra những cảnh báo kịp thời cho người điều khiển xe. Hệ thống bám làn đường của Bosch Hệ thống ghế ngồi phát hiện ngủ gật: Phía dưới và lưng ghế ngồi sẽ được trang bị các mạch tĩnh điện. Chức năng của các mạch này nhằm xác định các xung tần của nhịp tim, từ đó xác định người lái có đang ngủ gật hay không.
Hệ thống ghế ngồi phát hiện ngủ gật 6 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Hữu Huy Hệ thống phát hiện ngủ gật bằng camera nhận diện khuôn mặt: Công nghệ cảnh báo ngủ gật có cấu tạo gồm hai camera hồng ngoại xác định mắt của người điều khiển trong suốt quá trình xe di chuyển. Nó hoạt động không phụ thuộc vào nguồn sáng nên khi xe chạy trong bóng tối, camera vẫn theo dõi tốt mắt của người lái. Dữ liệu từ số lần và tốc độ chớp mắt, hệ thống này sẽ xác định người lái có đang trong trạng thái mệt mỏi hay ngủ gật không. Hệ thống phát hiện ngủ gật bằng camera Các hệ thống cảnh báo ngủ gật lắp đặt trên ô tô có các ưu và nhược điểm sau: + Ưu điểm: cho độ chính xác cao.
+ Nhược điểm: lắp ráp và cài đặt phức tạp, giá thành cao. XÁC ĐỊNH NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN VÀ BIỂU HIỆN CỦA TRẠNG THÁI NGỦ GẬT Để phát hiện trạng thái buồn ngủ có nhiều phương pháp khác nhau như trình bày ở hình 1.10 bao gồm: Giám sát mô hình lái: Thu nhận các thông số hành vi lái. Tín hiệu góc lái từ ESP hoặc hệ thống trợ lực điện, âm thanh nghe được, sự rung động của xe. Vị trí của xe trong máy theo dõi làn đường: Giám sát từ hành vi giữ làn đường, sử dụng camera đa năng (MPC).
Giám sát mắt và khuôn mặt lái xe: Phân tích hành vi nhắm mắt, phát hiện ngáp. Đo lường các hiệu ứng sinh lý học về hoạt động não, nhịp tim, độ dẫn điện của da. sử dụng điện não đồ (EEG), điện tâm đồ (EMG), tác động điện giải (EDA). 7 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Hữu Huy Hình 1.
Các phương pháp phát hiện trạng thái buồn ngủ Các cảnh báo buồn ngủ nêu trên dựa trên đặc tính của con người khi buồn ngủ như sau: Khi mất tập trung, các kỹ năng vận động của con người cũng sẽ kém đi, dẫn đến việc không chỉnh tay lái và hành vi lái xe không còn chính xác. Trong trường hợp cực đoan của hiện tượng ngủ gật, ta có thể quan sát được chuỗi các phản ứng liên quan đến hoạt động của con người. Mí mắt sẽ được đóng lại hoặc mở nhìn chằm chằm không chớp mắt. Vị trí định hướng lái của xe không bình thường.
Điều chỉnh quá mức góc lái. Các cảnh báo này cũng có thể xảy ra trong điều kiện lái xe bình thường, nhưng sẽ xuất hiện thường xuyên hơn khi tăng mức độ buồn ngủ. Trong các phương pháp nêu trên hình 1.10, hầu hết đều cần nhiều thiết bị mà ta khó thực hiện trong thực tế. Vì vậy, phương pháp dùng camera để giám sát mắt, con ngươi, vị trí đầu của lái xe, là phương pháp có nhiều ưu thế để phát hiện trạng thái buồn ngủ của lái xe.
Tuy nhiên, phương pháp này gặp trở ngại thực tế là hình ảnh thu được từ camera phụ thuộc thời tiết, ánh sáng mặt trời, ngày hay đêm, vị trí đặt camera. 8 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Hữu Huy 1. CÁC PHẦN MỀM XỬ LÝ HÌNH ẢNH 1. Tổng quan về xử lý ảnh Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai trò quan trọng nhất.
Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử lý ảnh và đồ hoạ phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Xử lý ảnh và đồ hoạ đóng một vai trò quan trọng. Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận.
Ảnh “Tốt hơn” Ảnh XỬ LÝ ẢNH Kết luận Hình 1.