基于光纖傳感器的汽車人眼預警系統

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，安徽 蚌埠233000）

1 概述

隨著當今經濟的發展，汽車已融入現代人的生活，據公安部交管局統計，2019 年全國機動車保有量達3.19 億輛，并呈現增長態勢（如圖1 所示)，在這樣的交通環境的下，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，用以預防事故的發生；但是，由現階段社會環境影響，社會尚未形成文明交通的良好氛圍，交通法規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，各類預警產品問世，但這些產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，該系統采用光纖傳感器以及最新研發的眼球追蹤儀，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。

2 光纖傳感器以及眼球追蹤儀

圖1 民用汽車擁有量

圖2 近五年交通事故發生數的相關統計

圖3 交通事故直接財產損失統計

光纖傳感器是一種將被測對象的狀態轉變為可測的光信號的傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經由光纖送入調制器，在調制器內與外界被測參數的相互作用，使光的光學性質如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等發生變化，成為被調制的光信號，再經過光纖送入光電器件、經解調器后獲得被測參數。光纖傳感器有著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的優點，非常適合運用在交通安全這類需求靈敏的系統上。[2]

眼球追蹤技術是一項科學應用技術，一是根據眼球和眼球周邊的特征變化進行跟蹤，二是根據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]運用眼球追蹤技術而發明的眼球追蹤儀可以實現實時迅速獲取人眼信息，將其運用在汽車安全領域，可以預防事故的發生，確保行車安全。

3 系統結構和工作原理

該系統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，從而預防事故的發生，保障行車安全；系統分為兩大模塊，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控，傳遞信息，防患于未然。

圖4 儀器放置位置圖

4 安全系統的模塊設計、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駕車后，產生心理機能和生理機能的失調，而在客觀上出現駕駛技能下降的現象；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，經過系統判定；當判定結果為閉眼時長超過一秒鐘，則車載警報器發出警報，并發出“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非常多樣，絕大多數的安全裝置是保護事故發生后行車人員的安全，還有一部分是從駕駛員角度出發，保證駕駛員的正常駕駛。這些裝置已經將保護做到了極致，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，經過系統判定；系統判別人眼向左看，則車外LED 燈顯示向左亮；系統判別人眼向前看，則車外LED 燈顯示向前亮；系統判別人眼向右看，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現自己，從而保證行車安全

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

5 結論

整個系統采用最新研發的眼球追蹤技術，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，并將數據由光纖傳感器迅速傳入中央處理器，系統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，通過數據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。