汽车座椅压力预处理方法研究

邢艳云，于波，高婷婷

（1.天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222;2.中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津 300162）

0 引言

利用Tekscan公司生产的汽车座椅体压测量系统开发的数据采集系统是能够模拟实车座椅调节的实验台架，如图1所示，台架上的座椅可以进行前后左右调节，压力传感器的安装位置如图2所示。通过对系统采集数据的后续处理可以进行成员体征识别、坐姿识别，进而对车辆的智能安全气囊进行辅助控制，也可以用于座椅的舒适性分析及汽车座椅的设计。采集的数据并不能直接用于识别与设计，需要先进行预处理，笔者即对数据预处理方法进行研究［1－2］。

灰度图像包含位置与灰度值两个信息，文中系统采集的数据包含位置与压力值 （单位为mmHg）两个信息，两者十分相似，故文中采用图像处理的方法对采集数据进行预处理。

1 平滑处理

压力分布传感器测量的压力分布易受内部或外部因素干扰，单位测量点的灵敏度不均匀，模拟量与数字量的转化过程、数据传输过程以及人为因素均会产生误差，因此需要对其进行平滑处理，以改善或消除噪声的影响。

1.1 平滑算子

由于噪声点一般区域较小，且其临域的压力值也比较小，而有效数据区域则比较大，临域内的压力值也较大，故文中采用图像处理中的局部加权平均法对压力图像进行平滑处理，将区域较小的噪声点弱化。该方法是以所计算压力点为中心，在压力图设定一方形区域，把该区域内的所有测量点的压力值加权求平均值，并以这个平均值作为该测量点的压力值［3－4］。计算公式如下:

其中:M为临域N内的测量点的加权系数之和;

f（k，l）为临域N内 （k，l）位置处的压力值;

这种平滑处理算法可表示成线性算子的形式。由于加权系数选择的不同，可形成多种平滑算子。

1.2 平滑处理结果

根据上述理论，综合考虑平滑结果与运算速度，文中采用3×3的平滑算子［5］，具体如下:

经过平滑算子平滑处理前后二维图对比如图3、4所示。

平滑处理后的三维图比较如图5、6所示。

2 归一化处理

归一化处理是为了将试验样本特征值转换到特定范围内，执行这个步骤主要目的是将进入识别器的数值范围控制在一定区间内，从而消除不同体重乘员对后续处理的影响，有利于统一阈值，增加后续算法的正确性［6］。

归一化处理就是把不同属性的数值转换到一定范围内，执行这个步骤最主要的目的是不让数字的范围过大，而是将其控制在一定区间范围内。一般来说是把所有属性值转换到－1～1或是0～1之间，文中是将样本特征值归一到0～1之间。因部分噪声的压力值比较小，且正常数据中数据较小的压力值对后续识别基本不会产生影响，故文中采用的归一化处理公式如下:

其中:P为原始数据;

P*为转换后的数据。

利用上述公式进行归一化处理，既能消除不同体重乘员对后续处理的影响，又能消除部分噪声，还能提高计算速度，有利于后续识别及识别的实时化。对平滑后的压力图进行归一化，结果如图7所示。

3 结论

利用图像处理的方法对座椅压力进行了平滑处理，结果表明，该方法有效控制了数据采集和传输过程中产生的噪声对后续处理的影响。通过归一化处理，有效消除了不同体重乘员对后续识别的影响，有利于统一阈值，且进一步降低了噪声的影响，提高了后续识别的运算速度，为进行座椅设计、乘员体征识别、乘员坐姿识别，座椅舒适性研究提供了有力保障，为后续的实时控制奠定了良好的基础。

【1】张蕾，董恩国，陈亮.基于神经网络技术的乘员体型识别系统［J］.拖拉机与农用运输车，2009，36（6）:40 －43.

【2】Milivojevich A，Stanciu R，Russ A，Blair G R，Heumen J D.Investigating Psychometric and Body Pressure Distribution Responses to Automotive Seating Comfort［J］.SAE Technical Paper Series，2000 －01－0626.

【3】Mike Kolich.Selected Car Seat Studies Dealing with Static Pressure Distribution.SAE Echnical Paper Series，2004 －01 －0377.

【4】何斌，马天予.Visual C++数字图像处理［M］.北京:人民邮电出版社，2004:263－268.

【5】高振海，肖振华，李红建.基于体压分布检测和支持矢量机分类的汽车乘员坐姿识别［J］.机械工程学报，2009，45（7）:216－220.

【6】邢艳云.强光照条件下车道标识线识别与跟踪算法研究［D］.长春:吉林大学，2006:22 －24.