26
Hình 3.9 thể hiện quá trình hoạt động của camera cho đến lúc phát tín hiệu cảnh báo.
Bước 1: Camera quét khuôn mặt.
Bước 2: Thiết bị sẽ tách hình ảnh thu được thành các khung hình. Bước 3: Nhận dạng khn mặt, mắt.
Bước 4: Tạo điểm cho khuôn mặt và mắt. Bước 5: Xác định các trạng thái mệt mỏi. Bước 6: Phát tín hiệu cảnh báo.
3.4 Tín hiệu kích thích
Tín hiệu kích thích là khi một vật kích thích nào đó đại diện cho một vật kích thích khác đẻ gây ra một phản ứng khiến cơ thể cảm nhận được.
Có 2 loại tín hiệu:
Tín hiệu cụ thể (tín hiệu thứ nhất), là những sự vật, hiện tượng cụ thể, trực tiếp như nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh, màu sắc... Các tín hiệu đó là những vật kích thích có điều kiện. Khi tác động vào các giác quan, sẽ xuất hiện những đường liên hệ thần kinh tạm thời trên vỏ não. Hệ thống những đường liên hệ thần kinh tạm thời được thành lập do sự tác động của các tín hiệu thứ nhất cùng với các tín hiệu đó được gọi là hệ thống tín hiệu thứ nhất. [3]
Tín hiệu ngơn ngữ (tín hiệu thứ hai), là những vật kích thích có tính chất khái quát, gián tiếp, đó là lời nói, chữ viết. Đối với con người, ngơn ngữ là một kích thích giống như các sự vật hiện tượng của mơi trường xung quanh. Các tín hiệu ngơn ngữ đã khái qt hóa các tín hiệu thuộc hệ thống tín hiệu thứ nhất. Trong q trình sống, ngơn ngữ đã liên hệ mật thiết với tất cả kích thích bên trong và bên ngoài cơ thể để tác động lên bán cầu đại não. [3]
27
Trong thiết bị phát hiện hành vi bất thường của người lái xe thì nhóm đề xuất sử dụng cả 2 loại tín hiệu kích thích đề cập ở trên. Trong đó, tín hiệu kích thích thứ nhất (tín hiệu cụ thể) là ánh sáng, âm thanh mang thơng tin nhắc nhở báo cáo. Cịn tín hiệu ngơn ngữ là câu hỏi trắc nghiệm được sử dụng để đánh giá trạng thái tỉnh táo của người lái xe. [3]
Hình 3.10 miêu tả q trình các loại tín hiệu tác dụng đến người lái xe.
Hình 3.10: Các loại tín hiệu dùng để cảnh báo (Nguồn internet)
Do thiết bị này sử dụng âm thanh, ánh sáng để tạo ra tín hiệu cảnh báo cho người lái xe trong khi họ đang điều khiển phương tiện, theo quan sát và tổng hợp của nhóm thì tín hiệu phải đảm bảo các yếu tố như:
Không được làm ảnh hưởng đến việc lái xe, khơng gây giật mình. Phải đảm bảo lái xe cảm nhận được.
Phải đảm bảo an tồn khi sử dụng. Để đạt được điều này thì thiết bị phải:
Tạo loại kích thích phù hợp vào thời điểm phù hợp. Có sự thay đổi kiểu và cường độ kích thích.
Có sự phối hợp các hình thức kích thích khác nhau giữa các lần kích thích liên tiếp.
28
Tăng cường độ kích thích khi mức độ cảm nhận của người lái xe giảm hay vượt sâu giới hạn an tồn.
Cần chia việc kích thích ra làm 2 pha: Pha báo hiệu kích thích và pha kích thích cảnh báo.
3.5 Các loại tín hiệu kích thích có thể sử dụng để cảnh báo trong thiết bị 3.5.1 Kích thích bằng ánh sáng 3.5.1 Kích thích bằng ánh sáng
Ánh sáng là loại tín hiệu được cảm nhận bằng thị giác. Sử dụng ánh sáng để báo hiệu là sử dụng các loại ánh sáng đèn led để báo hiệu như mơ tả trong hình 3.11.
Hình 3.11: Ánh sáng đèn led (Nguồn internet)
Việc sử dụng ánh sáng để cảnh báo có một ưu nhược điểm như:
Ưu điểm: dễ tạo ra, không gây tiếng ồn, không gây ảnh hưởng đến xung quanh, rất phù hợp khi sử dụng vào buổi tối, khi cường độ ánh sáng bên ngồi mơi trường thấp.
Nhược điểm: Thường không hiệu quả vào ban ngày, khi cường độ ánh sáng bên ngồi mơi trường cao.
29
3.5.2 Kích thích bằng âm thanh
Âm thanh là tín hiệu được cảm nhận bằng thính giác. Sử dụng âm thanh để báo hiệu là sử dụng các âm thanh đặc trưng (tần số, nhịp...) để báo hiệu. Đã có nhiều nghiên cứu khác nhau về việc sử dụng âm thanh hiệu quả để báo hiệu trong ngành giao thông. Trong tài liệu QCVN 20:2010/BGTVT được Bộ Giao Thông Vận Tải ban hành có quy định về việc sử dụng âm thanh để báo hiệu như sau:
Tần số âm phát: Từ 75 Hz đến 1575 Hz.
Mã tín hiệu: Tín hiệu âm thanh được phát theo tín hiệu Morse; khoảng thời gian tối thiểu của âm ngắn phát ra là 0,75 giây; âm dài gấp ba lần âm ngắn. Các mã tín hiệu âm thanh đặc biệt: Mã Morse chữ “U” dùng để báo hiệu cơng
trình trên biển; Mã Morse chữ “D” dùng để báo hiệu chướng ngại vật nguy hiểm. [7]
Việc sử dụng âm thanh có các ưu nhược điểm khác nhau như:
Ưu điểm: dễ tạo ra tín hiệu kích thích, khơng ảnh hưởng vào thời điểm tạo tín hiệu. Có hiệu quả gây chú ý cao.
Nhược điểm: Có thể gây tiếng ồn ảnh hưởng đến xung quanh, ví dụ như nếu dùng loại báo hiệu này trên xe chở khách đường trường vào ban đêm tín hiệu cảnh báo sẽ ảnh hưởng đến hành khách.
Do vậy, âm thanh phù hợp cho các kích thích ở pha báo hiệu kích thích và pha cảnh báo.
30
Chương 4
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH
4.1 Nghiên cứu tổng quan
Các thiết bị chống các hành vi mệt mỏi cho người lái xe từ đơn giản đến phức tạp hiện tại đều ít nhiều thể hiện được ưu điểm của mình ở một mức độ nào đó. Tuy nhiên, ở Việt Nam các sản phẩm này chưa được sử dụng rộng rãi do còn nhiều hạn chế cần khắc phục.
Tính chất, giá thành, khả năng bảo trì, tối ưu hóa... Mặt khác, các nghiên cứu về chế tạo thiết bị chống các hành vi mệt mỏi cho người lái xe ở Việt Nam là rất cần thiết, nhưng vẫn cịn rất ít. Nên nhóm sẽ phát triển ứng dụng này để có thể tối ưu được các ưu điểm từ các thiết bị đi trước.
4.1.1 Phân tích một số thiết bị có chức năng tương tự
4.1.1.1 Thiết bị cảnh bảo buồn ngủ Carcam Fatigue Warning System a) Đặc điểm a) Đặc điểm
Thiết bị cảnh bảo buồn ngủ Carcam Fatigue Warning System nhận biết người lái mệt mỏi, buồn ngủ bằng trạng thái sinh lý trên khn mặt, đơi mắt, hướng nhìn mắt và vị trí đầu của người lái.
Hệ thống cảnh báo được Việt hóa âm thanh thành tiếng Việt.
Điểm mạnh là hệ thống thu nhỏ này nhận diện được trong mọi hoàn cảnh ánh sáng, nhận diện kể cả khi người lái xe đeo kính.
Hình 4.1 thể hiện thơng số kỹ thuật thiêt bị Carcam Fatigue Warning System: Kích thước tương đổi nhỏ: 120x50x20mm (dài x rộng x độ dày).
31 Sử dụng nguồn sạc vào: 12-24V. Ngôn ngữ sử dụng: Tiếng Việt.
Thời gian cảnh báo: 1-2 giây sau khi người lái nhắm mắt.
Tốc độ thơng báo được đưa ra khi nhận tín hiệu từ người lái được xử lý tức thì và cho ra tốc độ thơng báo nhanh bằng loa cảnh báo trên ngôn ngữ Tiếng Việt.
[16]
Hình 4.1: Thiết bị cảnh bảo buồn ngủ Carcam Fatigue Warning System (Nguồn
internet)
b) Nguyên lý hoạt động cơ bản
Cấu tạo cơ bản gồm: Lens camera, bộ tiếp nhận hình ảnh, bộ xử lý trung tâm và thiết bị cảnh báo (Loa).
Nếu người lái xe có dấu hiệu buồn ngủ hoặc mệt mỏi, chẳng hạn như: Tư thế đầu người lái xe khơng thẳng, tầm nhìn bị méo, một mắt nhắm, hai mắt nhắm và các dấu hiệu khác... Ống kính camera chụp ảnh và gửi tín hiệu xử lý hình ảnh về đầu thu về các triệu chứng của người điều khiển phương tiện. Và khi phát hiện dấu hiệu buồn ngủ, bộ phận trung tâm xử lý các cảnh báo tương ứng theo từng tín hiệu được lập trình trước.
32
c) Phân tích
Hệ thống cảnh báo buồn ngủ trên Carcam được hoàn thiện rất tốt về mặt tiếp nhận thơng tin hình ảnh, xử lý hình ảnh và đưa ra cảnh báo. Nhưng vẫn còn hạn chế về giá thành của sản phẩm trên thị trường, nguồn điện rời nên rất dễ hao pin khi phải hoạt động liên tục.
Dù có cảnh báo như loa phóng thanh. Tuy nhiên, sẽ vẫn bị động nếu người lái xe có thể ngủ gật mà khơng nghe cảnh báo này, để lại hậu quả nghiêm trọng. Hạn chế khi muốn bật hoăc tắt nguồn của thiết bị. Sản phẩm trở nên chủ động hơn khi năng lượng có thể được tích hợp vào xe. Chỉ thích hợp cho những người lái xe trên đường ngắn, vì dung lượng pin khơng đủ duy trì cho những chuyến đi đường dài.
4.1.1.2 Thiết bị cảnh báo ngủ gật khi lái xe tích hợp GPS FW-03 a) Đặc điểm a) Đặc điểm
Hình 4.2: Cấu tạo thiết bị GPS FW-03:
1- Camera; 2- Công tắc chỉnh sửa; 3- Công tắc khởi động; 4- Đèn báo buồn, đèn trạng thái; 5- Loa; 6- Cổng USB, 7- Cổng giao diện GPS; 8- Giá đỡ. (Nguồn
internet) 1 2 3 4 5 6 7 8
33
Hình 4.2 là thiết bị tương tự như hệ thống cảnh báo buồn ngủ Carcam Fatigue Warning System, thiết bị cảnh báo lái xe tích hợp GPS FW-03 có cơng nghệ phát hiện độc đáo để phân tích sự mất tập trung, mệt mỏi và biểu hiện buồn ngủ của người lái, tương tự như các thiết bị cảnh báo buồn ngủ hiện có trên thị trường.
Tuy nhiên, điều đáng chú ý là thiết bị cảnh báo lái xe tích hợp GPS FW03 có sự cải tiến ổn định hơn về hiệu suất, ngồi ra bộ sạc cịn có thể tích hợp trên ơ tơ, khơng cịn là nhượt điểm khi di chuyển ở những cung đường xa.
Khơng những vậy, sản phẩm này cịn được tích hợp thêm bộ phận GPS. Nguồn cấp sử dụng: là nguồn DC 12-24V.
Điện áp làm việc và dòng điện: 5V, 320mA.
Thời gian phản hồi cảnh báo: 1-2 giây sau khi người lái nhắm mắt lại. Khoàng cách nhận diện: 45-65cmn.
Góc phát hiện: 60°.
Kích thước cơ bản: 80x50x20mm (dài x rộng x độ dày).
Cấu tạo: gồm 1 cụm camera xử lý cùng đèn cảnh báo, 1 cụm giao diện GPS, loa và USB, 1 giá đỡ, 1 bộ nguồn tích hợp vào chi điện trên ơ tơ như hình 4.2.
b) Nguyên lý hoạt động cơ bản
Bắt đầu nhấn vào nút nguồn, khi đèn báo màu xanh, hãy để khuôn mặt của người lái trước máy 30 giây, máy sẽ phân tích khn mặt và đồng tử.
Sau khi hệ thống được kết nối với nguồn trong 2 giây, đèn xanh sẽ nhấp nháy trong 1 giây và hệ thống sẽ khởi động. Trong 30 giây đầu tiên, hệ thống của FW-03 sẽ phát hiện vị trí của người lái, và phân tích hiện trạng. Nếu đèn xanh ln sáng, có nghĩa là máy đã phát hiện mắt của người lái và đi vào trạng thái làm việc.
Phần mềm thông minh này sẽ liên tục phát hiện và phân tích tình trạng của người lái và gửi báo động để đánh thức người lái bất cứ khi nào cần thiết.
34
c) Phân tích
Thiết bị cảnh báo ngủ gật khi lái xe tích hợp GPS FW-03 có tính hồn thiện hơn các sản phẩm khác về ưu điểm có tích hợp giao diện GPS, nguồn điện được tích hợp thẳng vào chi cắm của xe ô tô, thuận lợi cho việc người lái di chuyển đường xa.
Hình 4.3: Hạn chế ở khu vực thiếu sáng (Nguồn internet)
Hình 4.3 thể hiện sự hạn chế về khả năng tính tốn ở nơi thiếu ánh sáng. Khơng hỗ trợ về camera quan học để thiếu tối ưu hơn trong thu nhận hình ảnh ở nơi thiếu ánh sáng. Từ đó gây ra những tính tốn sai lệch và đưa cảnh báo không đúng làm ảnh hưởng đến việc lái xe của người lái đang lái xe.
4.1.1.3 Thiết bị hỗ trợ theo dõi nhịp tim có thể dùng trên ơ tơ
Hiện nay các thiết bị hỗ trợ theo dõi nhịp tim ngày càng phát triển. Đa dạng nhất là các loại vịng tay thơng minh hiện nay đều có khả năng đo được nhịp tim thơng qua mắt cảm biến quang học. Hầu hết các vịng đeo tay thơng minh hiện nay đã đều được tính năng theo dõi sức khỏe như đo nhịp tim, calo tiêu hao, quãng đường đi trong một ngày.
35
Hình 4.4: Sử dụng đồng hồ thơng minh theo dõi nhịp tim khi lái xe (Nguồn
internet)
Dây, vòng đeo đa dạng được ở các vị trí khác nhau như vịng đeo tay, dây đeo ngực sử dụng đo nhịp tim.
Với những loại dây đeo trên ngực thì gặp nhiều khó khăn hơn, vì người lái phải buộc chặt nó để ngăn chặn nó trượt ra khỏi vị trí ban đầu, nếu khơng cố định nó tốt thì máy sẽ khơng đo được nhịp tim một cách chính xác và hiệu quả được.
Máy đo nhịp tim thiết kế dạng vịng tay hình 4.4, bạn sẽ thấy chúng nhỏ gọn và chắc chắn với kích thước nhỏ gọn, tiện lợi. Đặc biệt có thể đeo liên tục khi lái xe mà khơng gây cảm giác khó chịu cho người lái.
36
Hình 4.5: Hạn chế việc sử dụng đồng hồ khi lái xe ở môi trường khắc nghiệt
(Nguồn internet)
Tuy nhiên, như hình 4.5 thể hiện thì, khi người lái phải lái xe trong môi trường khắc nghiệt như lái xe ở các giờ cao điểm, các đoạn đường bo cua liên lục, đường gập ghềnh... thì việc đo nhịp tim bằng thiết bị này cũng không phải là thuận lợi khi người lái muốn kiểm tra sức khỏe của mình.
4.1.1.4 Dịng thiết bị đơn giản cảnh báo buồn ngủ cho người lái xe a) Đặc điểm a) Đặc điểm
37
Một số người lái xe cho biết họ có thể kiểm sốt cơn buồn ngủ hiệu quả với một thiết bị chống buồn ngủ nhỏ gọn, đơn giản như hình 4.6, hình 4.7. Khi người sử dụng sản phẩm nghiêng đầu về phía trước khoảng 15-30 độ, thiết bị sẽ rung. Nó di chuyển và phát ra tiếng động lớn để đánh thức người dùng.
Ngày nay có thể dễ dàng tìm thấy những sản phẩm như vậy tại Việt Nam. Các sản phẩm này có ưu điểm là nhỏ gọn và giá thành rất rẻ (khoảng hơn 100.000- 200.000 đồng/sản phẩm). Tuy nhiên, một số bác sĩ cho biết, việc sử dụng thiết bị này có thể gây hại cho sức khỏe người dùng.
Hình 4.7: Cấu tạo đơn giản của thiết bị:
1- Loa; 2- Đèn led on/off; 3- Nguồn điện (Pin 1,5Vx3). (Nguồn internet) Thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị hình 4.7:
Trọng lượng: 20g.
Kích thước: 78x50x15mm (dài x rộng x độ dày). Nguồn điện: 1.5V x 3 pin.
Góc báo hiệu: 15-30 độ (điều chỉnh). Sáng chế: đăng ký sáng chế (E0610158E).
1 2
38
Chứng nhận chất lượng: tiêu chuẩn châu âu CE.
4.1.1.5 Dòng thiết bị cao cấp được thiết kế theo nhà sản xuất (Ford)
Không chú ý hoặc tập trung quá mức trong khi lái xe có thể gây nguy hiểm cho phương tiện. Do đó, Ford đã nghiên cứu một hệ thống giúp người lái xe duy trì mức độ tập trung thích hợp bằng cách chú ý thích hợp. Đưa ra cảnh báo khi lái xe mất tập trung. Hệ thống tổng hợp thơng tin được các cảm biến tích hợp trên xe thu thập như hệ thống phát hiện điểm đen hỗ trợ đột nhập để đánh giá tình hình giao thơng. Các cảm biến khác, chẳng hạn như cảm biến vị trí bướm ga, góc lái, được sử dụng để xác định phản ứng của người lái và cảnh báo về các điều kiện mà các cảm biến này phát hiện. Để cảnh báo những nguy hiểm tiềm ẩn mà các cảm biến này không phát hiện ra, hệ thống cũng có thể ngắt kết nối điện thoại nếu các điện thoại này được kết nối với công nghệ SYNC và MyFord Touch được tích hợp sẵn trên xe. Các cảm biến được mơ tả như hình 4.8.
Hình 4.8: Các cảm biến theo dõi trạng thái người lái xe của hãng Ford (Nguồn
internet) Cảm biến đo nhiệt độ
Cảm biến đo nhịp tim
Cảm biến đo nhịp thở ở thắt dây an toàn
39
Ford cũng đang nghiên cứu các cảm biến “sinh trắc học” để cải thiện sự an