基于光纤传感器的汽车人眼预警系统

汪 涵 高青松 吴科技

（蚌埠学院 理学院 光电信息科学与工程专业，安徽 蚌埠233000）

1 概述

随着当今经济的发展，汽车已融入现代人的生活，据公安部交管局统计，2019 年全国机动车保有量达3.19 亿辆，并呈现增长态势（如图1 所示)，在这样的交通环境的下，各种交通事故也层出不穷，亦不断增长（如图2 所示）；给人民的生命财产造成了巨大损失（如图3 所示）；常见的车辆碰撞事故、行人观察信息不够和驾驶者疲劳驾驶产生事故等；总而言之就是使用者安全意识淡薄，不能防患于未然。目前，我国对于交通安全的防治采取了以下方法是加强交通安全教育、加大安全检查力度、加强车辆维护提高汽车安全性能、完善道路安全设施等，用以预防事故的发生；但是，由现阶段社会环境影响，社会尚未形成文明交通的良好氛围，交通法规还未成为人们自觉遵守的行为准则和道德习惯，加上有些驾驶员个人预防观念不强，不能有效避免上述问题。[1]因此，人们开始研究智能控制，各类预警产品问世，但这些产品功能过于单一且不能整合并存在弊端和漏洞，大大增加生产成本而效果不理想，为此我们设计出一种基于光纤传感器的汽车人眼预警系统，该系统采用光纤传感器以及最新研发的眼球追踪仪，对行车人员、行人这两方面做了深入探究，以此来提高汽车的安全指数。

2 光纤传感器以及眼球追踪仪

图1 民用汽车拥有量

图2 近五年交通事故发生数的相关统计

图3 交通事故直接财产损失统计

光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。光纤传感器有着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的优点，非常适合运用在交通安全这类需求灵敏的系统上。[2]

眼球追踪技术是一项科学应用技术，一是根据眼球和眼球周边的特征变化进行跟踪，二是根据虹膜角度变化进行跟踪，三是主动投射红外线等光束到虹膜来提取特征。[3]运用眼球追踪技术而发明的眼球追踪仪可以实现实时迅速获取人眼信息，将其运用在汽车安全领域，可以预防事故的发生，确保行车安全。

3 系统结构和工作原理

该系统从行车人员和行人两大方面入手，通过对汽车行驶过程中驾驶员的眼睛信息分析并传递，从而起到警示驾驶员疲劳驾驶、让后车获取前车的观察信息以及让行人了解汽车的行驶信息，从而预防事故的发生，保障行车安全；系统分为两大模块，由疲劳驾驶检测与行车人员眼部信息传递两大模块组成；对汽车和驾驶者做出实时监控，传递信息，防患于未然。

图4 仪器放置位置图

4 安全系统的模块设计、工作流程

4.1 疲劳驾驶模块

疲劳驾驶是指驾驶员在长时间连续驾车后，产生心理机能和生理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象；疲劳驾驶会影响到驾驶员的感觉、知觉、思维、判断、意志、决定和运动等诸多方面，是导致事故发生的重要原因之一。[4]

此模块包括眼球追踪、光纤传感器、声音报警单元和中央处理器，车辆行驶时，前挡风玻璃上的监视器实时获取驾驶员眼镜信息，并通过光纤传感器迅速将信息传递给中央处理器，经过系统判定；当判定结果为闭眼时长超过一秒钟，则车载警报器发出警报，并发出“请尊重生命，杜绝疲劳驾驶”提醒驾驶员，从而保证行车安全；当判断结果为闭眼不到一秒钟，则直接进行下一轮判定。

4.2 驾驶员信息传递模块

（1）模块设计和工作流程

目前市面上的汽车安全装置已经非常多样，绝大多数的安全装置是保护事故发生后行车人员的安全，还有一部分是从驾驶员角度出发，保证驾驶员的正常驾驶。这些装置已经将保护做到了极致，而我们所设计的基于光纤传感器的汽车人眼预警系统是从一个全新的角度来着手，行车安全不仅仅只依靠行驶车辆驾驶员的个人判断来保障，将行车信息传递给所有交通参与人员，让所有人都可以参与交通，多方面保证行车安全。

此模块包括眼球追踪仪、光纤传感器、LED 集成显示器和中央处理器，车辆行驶时，前挡风玻璃上的监视器实时获取驾驶员眼镜信息，并通过光纤传感器迅速将信息传递给中央处理器，经过系统判定；系统判别人眼向左看，则车外LED 灯显示向左亮；系统判别人眼向前看，则车外LED 灯显示向前亮；系统判别人眼向右看，则车外LED 灯显示向右亮。

（2）实际运用

保证超车安全：

当后车超车时，可以通过观察前车车尾的LED 灯，判断前车司机是否发现自己，从而保证行车安全

当前车司机发现后车超车时，车尾LED 灯会随之看向左侧，后车司机通过观察车尾LED 灯判断前车司机是否发现自己从而保证行车安全

5 结论

整个系统采用最新研发的眼球追踪技术，从两大方面做了充分的防护；通过对汽车驾驶员眼睛信息做出检测，并将数据由光纤传感器迅速传入中央处理器，系统做出正确的判断并做出相应的处理，可以及时的排除交通隐患，通过数据反馈进行报警提示或者将信息传递，让所有交通参与者获取驾驶者的信息，多方面保障行车安全防患于未然，在实际应用中具有很好的推广价值。