ПОИСК ПО САЙТУ

 

Анализ морганий и направления взгляда

Проблема контроля функционального состояния оператора сложной системы в настоящее время стоит очень остро. Потеря концентрации внимания либо засыпание может привести к очень тяжелым последствиям, в том числе к гибели людей. В качестве примера здесь можно привести водителей, управляющих автотранспортом, машинистов поездов, операторов атомных станций, диспетчеров и многие другие профессии. Ошибка, совершенная этими людьми, очень часто приводит к человеческим жертвам.

Статистика выглядит удручающе. Так, по данным Института медицины сна, более трети всех ДТП со смертельным исходом связаны с тем, что водители засыпают за рулем. Согласно результатам исследования, одновременно проводимого в разных странах, засыпание водителей за рулем является причиной 20-25 процентов тяжелых автомобильных аварий, преимущественно в ранние утренние и послеобеденные часы. Таким образом, причине засыпания за рулём люди гибнут даже чаще, чем от управления автомобилем в состоянии алкогольного опьянения!

Основная цель данной работы – построение надёжной и устойчивой системы определения функционального состояния оператора сложной системы (машинист локомотива, водитель автомобиля, диспетчер и т.д.), работающей дистанционно и не имеющей носимых частей. В настоящее время различные компании активно разрабатывают подобные системы безопасности, основанные на автоматическом анализе видеоизображения оператора. При этом, как известно, примерно 80% информации о внешнем мире человек получает при помощи зрения. Поэтому наибольший интерес представляет слежение за глазами человека. За последние 10-15 лет в мире защищено несколько сотен патентов на методы определения функционального состояния человека при помощи слежения за глазами. Основные направления, которые при этом используются – выявление различных характеристик морганий, определение направления взгляда и анализ изменения направления взгляда, анализ саккад и дрожания зрачка. При этом работа с последними параметрами в настоящее время затруднена, так как требует очень высокого разрешения видеооборудования, как пространственного, так и временного, что очень сильно повышает стоимость полученной системы и в то же время существенно снижает надёжность. Так, стоимость такой установки может составлять десятки, а то и сотни тысяч долларов. В лабораторных условиях для борьбы с этим чаще всего используются два метода: либо видеооборудование закрепляется непосредственно на голове человека, либо голова человека фиксируется, чтобы обеспечить её полную неподвижность относительно стационарно закреплённой камеры при проведении измерений. Очевидно, что ни один из указанных способов не подходит для реальных систем безопасности. Что касается характеристик направления взгляда, а также параметров морганий человека – их можно определить при помощи относительно дешевой аппаратуры.

АО Нейроком разработана оригинальная система определения функционального состояния оператора при помощи анализа характеристик морганий. Основной принцип работы системы – построение графиков движения век, а также изменения направления взгляда и их последующий анализ. Как показывают многочисленные исследования, проведённые как самим Нейрокомом, так и другими исследовательскими коллективами, характер движения век и характер перевода взгляда на другой объект существенно зависят от текущего функционального состояния человек. Этот факт и позволяет использовать информацию о морганиях для диагностики функционального состояния оператора. Кроме этого, система может дополнительно анализировать информацию, получаемую от различных органов управления (например, в случае автомобиля это могут быть датчики поворота руля, датчики нажатия на педали газа, сцепления и тормоза, датчики переключения передач). Используя информацию об «осмысленности» тех или иных действий оператора, система может корректировать выводы о текущем функциональном состоянии человека, полученные только при помощи анализа видеоизображения, и тем самым использовать её как независимый канал информации. Помимо получения информации от органов управления система также может иметь с своём составе исполнительные устройства, позволяющие вмешиваться в процесс управления объектом (например, в случае работы в локомотиве это может быть автоматическое включение режима торможения и система связи, позволяющая передать информацию об инциденте диспетчерам, контролирующим прохождения поезда через тот или иной перегон).

Система выявляет признаки засыпания человека и старается максимально рано «поднять тревогу», то есть предупредить оператора о скорой потере контроля над управляемым объектом. Здесь применён так называемый принцип обратной биологической связи, когда функциональное состояние оператора визуализируется в виде некоторой шкалы и предъявляется самому оператору. Это позволяет ему задействовать внутренние регуляторные функции организма к как бы «управлять» своим функциональным состоянием, не допуская возникновения чрезвычайных ситуаций. В том случае, если этот механизм даёт сбой, система может задействовать более «традиционные» механизмы – включение резких сигналов, использование механизмов интерактивного взаимодействия. В случае необходимости система безопасности может также вмешиваться в процесс управления объектом, инициируя его аварийную остановку (например, в ситуации управления автомашиной будет включена аварийная световая и звуковая сигнализация, и автомобиль будет автоматически плавно остановлен).

Разработанная система состоит из нескольких частей: это основная следящая камера, распложенная перед оператором и оснащенная управляемым объективом и поворотным устройством (сервоприводами), помогающими позиционировать камеру и всё время удерживать в поле зрения лицо человека вне зависимости от его поворотов, наклонов головы и т.д. Эта камера имеет достаточно большое пространственное и временное разрешение. Для управления поворотным устройством и объективом применяется «подсистема прицеливания», состоящая из двух небольших камер, объединённых с собственным вычислительным блоком. Основная задача для этой подсистемы – определение положения головы человека в трёхмерном пространстве, при этом голова человека рассматривается как абсолютно твёрдое тело. Далее система выделяет на голове (в первую очередь, конечно же, на лице) человека характерные точки и использует математические алгоритмы для слежения за ними и определения положения твёрдого тела в пространстве по взаимному расположению характерных точек на стереопаре. Эта подсистема позволяет решить две основные задачи. Во-первых, она определяет положение головы человека в пространстве (и, соответственно, расположение глаз), и формирует управляющие команды для сервоприводов основной камеры и объектива, что в свою очередь позволяют получать высококачественные детализированные изображения глаз человека. Во-вторых, она определяет базовые углы поворота головы, что является крайне важным для определения направления взгляда человека. Для защиты от изменяющихся условий освещенности (например, в кабине локомотива или в автомобиле) система оснащена собственной мощной импульсной инфракрасной подсветкой и получает информацию только в инфракрасной части спектра.

Для построения критериев выделения различных функциональных состояний человека было проведено несколько серий экспериментов в лабораторных условиях и на автомобильных симуляторах. Помимо записи видеоизображения при помощи закреплённых на человеке и удалённых камер фиксировалось множество дополнительных параметров, которые позволяли получить «опорный» сигнал, то есть надёжно определять те или иные функциональные состояния человека, и в первую очередь – факты потери концентрации внимания, а также краткосрочных и долгосрочных засыпаний. К числу таких параметров можно отнести электроокулограмму, электроэнцефалограмму, информацию от датчиков поворота головы и т.д. Это позволило разработать надёжные критерии определения состояния, предшествующего засыпанию. Тем самым использование данной системы способно существенно снизить количество аварийных ситуаций, связанных с потерей концентрации внимания водителями, либо с банальными засыпаниями за рулём.

 

тел./факс (495) 640-7671 e-mail: info@neurocom.ru © АО "Нейроком". Любое использование материалов сайта без ссылки на neurocom.ru запрещено.

 
.
Перейти на главную