疲勞駕駛是造成交通事故的主要原因之一，根據(jù)公安部交通管理局發(fā)布的2009年全國(guó)道路交通事故情況顯示，2009年，全國(guó)共發(fā)生道路交通事故238 351起，造成67 759人死亡、275 125人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失9.1億元，其中疲勞駕駛造成的事故占一定比重。減少疲勞駕駛可以降低公共財(cái)產(chǎn)和個(gè)人人身財(cái)產(chǎn)損失，因此研究防疲勞駕駛系統(tǒng)具有重要的意義。
　　國(guó)內(nèi)外有許多研究防疲勞駕駛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就目前來看，防疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并沒有實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化原因有兩點(diǎn)：一是各種方法都有一定的缺陷，比如用膚色變換提取人臉定位人眼的方法和灰度圖像積分投影的方法因受光照影響，定位不準(zhǔn)確；二是運(yùn)行時(shí)間慢，達(dá)不到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。針對(duì)此兩點(diǎn)不足設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。
　　本系統(tǒng)用軸上和軸外的不同波長(zhǎng)的近紅外光采集圖像，根據(jù)亮瞳效應(yīng)分別能得到亮瞳孔圖像和暗瞳孔圖像，差分后快速定位人眼，用模板檢測(cè)提取人眼邊界，判斷疲勞狀態(tài)。系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)是人眼定位方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，疲勞判斷標(biāo)準(zhǔn)全面快速。
　　1 疲勞狀態(tài)檢測(cè)原理
　　1.1 人眼睜開程度檢測(cè)原理
　　人的眼睛是一個(gè)精巧的光學(xué)成像系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)單地把人眼抽象成一個(gè)光學(xué)模型，晶狀體等效為一個(gè)凸透鏡，視網(wǎng)膜看做一個(gè)光屏。進(jìn)入人眼的光線是通過晶狀體后成像于視網(wǎng)膜上，并且光線能被視網(wǎng)膜反射出去。根據(jù)人眼的特性，設(shè)計(jì)出有效的光源使采集到的圖像出現(xiàn)亮瞳孔和暗瞳孔。
　　亮瞳效應(yīng)（bright eye effect）［1］是美國(guó)著名的學(xué)者Hutchinson在眼睛運(yùn)動(dòng)檢測(cè)專利中提出的，當(dāng)靠近攝像頭光軸的紅外光源照射到人臉時(shí)，視網(wǎng)膜反射光會(huì)使瞳孔顯得很亮就是所謂的亮瞳效應(yīng)，當(dāng)然眼角膜也會(huì)反射光，會(huì)在眼球上出現(xiàn)比較小的亮點(diǎn)（glint）［2］，如圖1所示。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)亮瞳孔的亮度主要跟三個(gè)因素有關(guān)：離攝像頭光軸的距離、光源的波長(zhǎng)、光照強(qiáng)度。距離攝像頭光軸的距離越近，反射光就越多進(jìn)入攝像頭，瞳孔就會(huì)顯得越亮。人眼瞳孔對(duì)近紅外光有較高的透射率，而人眼視網(wǎng)膜對(duì)不同的波長(zhǎng)的光具有不同的反射量，對(duì)850 nm的紅外光能把90%的入射光反射回去，對(duì)950 nm的紅外光能把40%的入射光反射回去［3］。因此靠近攝像頭軸上的光源選擇850 nm的紅外光較好，容易產(chǎn)生亮瞳孔，軸外的光源選擇950 nm的紅外光較好，會(huì)出現(xiàn)暗瞳孔。由于外界可見光會(huì)影響到亮瞳效應(yīng)，因此在攝像頭上會(huì)加上近紅外濾光片，考慮到成本和使用效果用830 nm的高通濾光片就可以了。結(jié)合光源的光照強(qiáng)度和攝像頭的視角，本系統(tǒng)的使用范圍在40 cm~1 m之間，經(jīng)過測(cè)試可以滿足在汽車中的使用。
　　
　　1.2 人眼疲勞狀況監(jiān)測(cè)原理