Chương 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Ngày nay, khi nền công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ dẫn theo đó là sự hoàn thiện cũng như phát triển các hệ thống thông minh phục vụ tốt cho các yêu cầu của con người đối với ô tô. Đi đôi với sự phát triển không ngừng này là các vấn đề cũng như thực trạng cần chú ý, một trong những vấn đề được quan tâm nhất đó chính là an toàn của người điều khiển phương tiện. Những yêu cầu về độ an toàn trên ô tô ngày càng tăng, đòi hỏi các nhà sản xuất phải chú trọng đầu tư nghiên cứu cũng như nâng cấp và đưa ra các giải pháp đảm bảo tính an toàn phù hợp với yêu cầu của người dùng.
Trong đó, Pre-Collision System (PCS) công nghệ cảnh báo và can thiệp trước va chạm đã và đang được quan tâm. Trước đây, khi chưa xuất hiện Pre-Collision System thì việc đảm bảo an toàn của người lái xe phụ thuộc phần lớn vào dây an toàn. Nhưng thiết bị này chỉ có thể đảm bảo an toàn một cách thụ động và mức độ an toàn cũng không quá cao. Bằng chứng là nhiều vụ tai nạn chết người xảy ra mặc dù người lái xe vẫn tuân thủ việc thắt dây an toàn khi lưu thông.
Điều này cho thấy việc dùng sử dụng dây an toàn chỉ là một biện pháp giải quyết “ngọn” mà vẫn chưa thể giải quyết triệt để “gốc” của việc xảy ra các tai nạn. Do đó, việc nghiên cứu và cho ra đời Pre-Collision System là một trong những giải pháp để giảm thiểu các khả năng gây tai nạn đối với người lái. Pre-Collision System sẽ liên tục theo dõi quá trình điều khiển của người lái cũng như các điều kiện xung quanh xe như chướng ngại vật, xe đi trước, xe đối diện,… để phát hiện sớm nguy cơ tai nạn vài giây trước va chạm, từ đó thực hiện những biện pháp cảnh báo, can thiệp nhằm ngăn chặn hoặc giảm thiểu những thiệt hại có thể xảy ra. Cũng bởi bản chất hoàn toàn tự động của hệ thống cũng như tính chất bất ngờ và khó đoán của hầu hết những vụ tai nạn, công nghệ đứng sau quá trình vận hành của PCS có độ phức tạp cao và cần phải được tinh chỉnh, kiểm tra cực kỳ kỹ lưỡng trước khi được trang bị trên ô tô.
Vậy nên quá trình điều chỉnh để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác, phản ứng kịp thời với tình huống cũng như không can thiệp nhầm là rất quan trọng. 1 Luan van Tuy nhiên , ngay cả khi trên xe đã được trang bị đầy đủ các hệ thống thông minh cho phép phát hiện và cảnh báo các trường hợp nguy cấp xảy ra nhưng vẫn tồn tại các trường hợp xảy ra tai nạn. Nguyên nhân dẫn đến các sự việc không mong muốn này là do sự thiếu tập trung của người tài xế. Mà biểu hiện rõ nhất của nó là hiện tượng ngủ gật.
Nói cách khác, hiện tượng ngủ gật xảy ra khi tài xế làm việc trong thời gian kéo dài dẫn đến tinh thần căng thẳng, mệt mỏi và một trong những vấn đề sinh lí bình thường của cơ thể là yêu cầu được nghỉ ngơi. Chính vì vậy, để giải quyết các vấn đề liên quan về sự mệt mỏi và buồn ngủ của người lái xe thì nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và triển khai thực hiện trong vài năm qua như: dựa trên hiện tượng sinh lý của con người, theo dõi hoạt động điều khiển xe, theo dõi phản ứng của người lái xe và phương tiện. Một trong những phương pháp được áp dụng nhiều nhất là nhận dạng dựa trên cử chỉ khuôn mặt, cụ thể ở đây là mắt. Thông qua các số liệu được gửi về và được xử lý để nhận dạng hoạt động của mắt người trong một khoảng thời gian nhất định từ đó đưa ra kết luận và tiến hành cảnh báo nếu xác nhận đó là hiện tượng ngủ gật.
Điều này, sẽ giúp cho người điều khiển hạn chế tình trạng không tỉnh táo trong quá trình tham gia giao thông. Từ đó, góp phần giảm thiểu số vụ tai nạn giao thông xảy ra hàng năm. Bởi vì, nhận thấy được các vấn đề được nêu trên đóng vai trò quan trọng nên nhóm em đã tiến hành đi tìm hiểu và nghiên cứu đề tài “ ứng dụng xử lý ảnh sử dụng phần mềm LabVIEW để cảnh báo va chạm sớm và ngủ gật trên xe”. Các đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước 1.
Các đề tài nghiên cứu trong nước - Nghiên cứu “Xây dựng hệ thống nhúng phát hiện và cảnh báo lái xe ngủ gật dựa trên kỹ thuật xử lý ảnh ” [1] được bắt đầu 01/2014 và theo dự kiến đề tài này sẽ được hoàn thành vào 12/2016. Đây là một đề tài nghiên cứu cấp bộ của TS. Vũ Đức Thái, Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông, thành phố Thái Nguyên. - Nghiên cứu “ Ứng dụng sóng não phát hiện dấu hiệu buồn ngủ và đưa ra tín hiệu cảnh báo đối người lái ”[2] , Luận văn Thạc sĩ của ThS.
Đỗ Văn Dũng, Đại học SPKT TP.HCM đã hoàn thành được việc thu thập và xử lý tín hiệu EEG từ thiết bị Emotiv EPOC Headset. Xây dựng thành công một mô hình hệ thống nhận diện và cảnh báo cơn buồn ngủ hoàn chỉnh giá thành hợp lý. Tạo tiền đồ cho những nghiên cứu sau này về lĩnh vực cảnh báo an toàn, thông qua các theo dõi sinh lý của người lái xe. 2 Luan van - “ Học sinh sáng chế thiết bị chống ngủ gật cho tài xế ô tô ”[3] , bắt đầu từ đầu năm 2015 cho đến 01/2017, cậu học trò lớp 12 Nguyễn Ngọc Đức, ở Thanh Hóa đã nghiên cứu thành công thiết bị chống ngủ gật cho tài xế ô tô, với ước mong hạn chế tai nạn giao thông xảy ra do tài xế ngủ gật.
Đức đã được Bộ GD-ĐT tặng Giấy chứng nhận đạt giải cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia học sinh trung học năm 2015-2016. Nguyên lý hoạt động của máy rất đơn giản, khi camera màn hình thu hình con người thì bộ xử lý sẽ nhận diện ra điểm khác biệt trên khuôn mặt đâu là mắt, mũi, tai, từ đó sẽ tìm ra được ánh mắt qua biểu đồ ánh sáng để phân biệt độ sáng, tối của mắt, phân biệt lái xe đang thức hay đang ngủ. Sau khi đã nhận dạng xong, bộ xử lý sẽ tiếp tục đưa ra các trường hợp để xử lý. Ban đầu, máy sẽ cảnh báo bằng giọng nói: “Bạn đang trong trạng thái không tập trung, đề nghị tập trung lại” (cảnh báo bằng giọng nói để tránh tình trạng khi báo động đột ngột sẽ làm lái xe giật mình), sau đó là cảnh báo bằng còi báo động.
- Luận văn tốt nghiệp “ Nhận diện chớp mắt và cảnh báo buồn ngủ khi lái xe trên nền Windows và Android ”[4] được thực hiện bởi nhóm sinh viên Lê Thế Hải và Lê Thanh Hòa (chuyên ngành Viễn thông, khoa Điện-Điện tử, trường Đại học Bách khoa TP.HCM) cùng với sự hướng dẫn của PGS. Hoàng Đình Chiến. Đề tài này sử dụng một trong những ứng dụng của xử lý ảnh để phát hiện và cảnh báo buồn ngủ bằng cách nhận diện trạng thái đóng mở của mắt. Khi người lái xe ngủ và nhắm mắt lại, lập tức sẽ có âm thanh cảnh báo nguy hiểm.
Tuy nhiên, đề tài vẫn còn một số hạn chế. - “ Hệ thống cảnh báo ngủ gật sử dụng GPGA ”[5] được hoàn thiện bởi Nguyễn Thế Đức và Hồ Văn Chương đến từ khoa Điện-Điện tử (Đại học Duy Tân, Đà Nẵng) dưới sự hướng dẫn cũng như giúp đỡ của Thạc sĩ Trần Lê Thăng Đồng và Kỹ sư Tạ Quốc Việt. Đề tài này đã sử dụng bộ công cụ hỗ trợ Terasic DE10-Nano, kết hợp với công nghệ học máy(Machine Learning). Ngoài ra, còn sử dụng đến công nghệ xử lý ảnh và thuật toán SVM.
Thông qua các thuật toán được lập trình trong hệ thống có nhiệm vụ phát hiện trạng thái nhấp nháy mắt theo thời gian thực và qua camera giám sát dò tìm , so sánh trạng thái khuôn mặt gần nhất trong bộ lưu trữ cơ sở dữ liệu để đưa ra thông số về độ mở của mắt với mức phân tích chuỗi hình ảnh liên tục theo tỉ lệ 5 khung hình /giây. Theo đó, sau khi thấy dấu hiệu thiếp đi của tài xế, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo thông qua loa. Bên cạnh đó, tần suất mệt mỏi qua từng giờ của tài xế cũng được hệ 3 Luan van thống lưu lại và tính toán xác suất để đưa ra cảnh báo trước, giúp ngăn ngừa xảy ra tai nạn giao thông. - Đề tài luận văn “ Nhận dạng trạng thái mắt ứng dụng trên Pandaboard ”[6] được thực hiện bới Trần Lê Anh Chương và Nguyễn Khắc Hiếu (chuyên ngành Viễn thông, khoa Điện-Điện tử, trường Đại học Bách khoa TP.
Bằng việc thiết kế một camera đặt ở phía trước để thu lại ảnh khuôn mặt của người lái xe, hình ảnh này sẽ được đưa vào chương trình để tiến hành phân tích. Nếu phát hiện mắt đang nhắm, chương trình sẽ tiến hành đếm trong một khoảng thời gian quy định trước (có thể lập trình được). Sau khoảng thời gian này nếu mắt vẫn ở trạng thái nhắm chương trình sẽ phát âm thanh cảnh báo qua loa. - “ Bị "đánh thức" vì tư duy chậm ”, năm 2013, nhóm nghiên cứu đến từ Khoa Điện tử Viễn Thông, trường Đại học Bách khoa Hà Nội gồm Nguyễn Quang Trường, Hoàng Mạnh Cường, Vũ Mạnh Cường và Trần Anh Đức đã chế tạo thiết bị chống ngủ gật cho lái xe với chi phí thấp phù hợp điều kiện nước ta.
Nguyễn Quang Trường, Trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, thiết bị có dạng hộp chữ nhật nhỏ gọn. Khi lắp đặt trên xe, thiết bị sẽ phát hiện điều kiện gây ngủ gật dựa vào các các yếu tố như thời điểm, quãng đường và thời gian lái xe liên tục. Sau đó, thiết bị sẽ xác định trạng thái, mức độ tỉnh táo của lái xe thông qua việc đo thời gian trả lời các câu hỏi trắc nghiệm do thiết bị đưa ra. Thời gian cần thiết để trả lời câu hỏi sẽ tỷ lệ nghịch với mức độ tỉnh táo của lái xe.
Cuối cùng, thiết bị sẽ tạo ra tín hiệu cảnh báo chống ngủ gật, với các tín hiệu là ánh sáng chớp, âm thanh, dòng điện xung. Các nghiên cứu ngoài nước 1. Tại một số nước - Tại Mỹ : Các lái xe chỉ việc bỏ ra khoảng 10 tới 20 USD (tương đương 222.000 đồng) để sở hữu máy chống ngủ gật đeo tai của những nhãn hiệu như Nap Zapper1, No Nap hay Doze Alert.