100多年来，汽车不断影响和改造着人们的生活方式。然而，随着汽车数量的激增，由此带来的社会问题也逐渐凸显。疲劳驾驶（Drivingdrowsiness）是指由于驾驶环境的单调性或长时间、超强度行车，驾驶人因体力或脑力过多消耗而产生生理、心理机能衰退，造成反应水平、操控效率下降的现象。疲劳驾驶已经成为造成交通事故的重要原因。针对疲劳驾驶的重大危害，疲劳驾驶预警系统应运而生。它旨在通过预警信息的提示让处于疲劳状态的驾驶人把握自身的状态，是目前解决疲劳驾驶的一个重要途径，可以有效降低由疲劳驾驶引发的交通事故。丰田自动车株式会社是疲劳驾驶检测领域全球非常重要的申请人，对其专利申请进行分析是快速掌握全球疲劳驾驶检测技术发展的有效方法。通过对丰田株式会社的专利技术分解可以得出，基于机器视觉的疲劳检测是其近几年的研发重点。利用机器视觉对驾驶人眼部动作、视线方向、注视点分布特征的识别可实现疲劳状态的有效估计。由于该项技术具有非侵入、准确、实时的特点而成为世界先进安全技术领域竞相发展的重点。而且，从全球总体申请，基于机器视觉的疲劳驾驶检测约占总量的三分之一，因此，我们有必要对丰田株式会社的该项关键技术的发展行业曲线可替代度影响力真实度脉络进行分析。
基于脸部和眼睛朝向进行疲劳判断
早期，丰田自动车株式会社着重通过脸和眼睛的朝向进行疲劳判断。丰田自动车株式会社于1990年3月2日申请的专利（公开号：JPH03254291A）中，首先通过脸部的重心判断脸的.朝向，如果不是正向，即进行疲劳驾驶的报警，如果为正向，进一步判断眼睛的状态，通过二值化、神经网络等步骤，判断出闭眼时进行疲劳检测。同一时期，1990年3月5日申请了相关申请（公开号为：JPH03255793A）。其根据脸部重心和左右眼的对称性计算出脸部方向。1990年7月9日的申请也为相关申请（公开号为：JPH0468500A），其对算法部分进行了较详细的描述。但是，通过二值化判断眼睛状态的开闭状态准确性有限，1994年11月1日申请的（公开号为：JPH08145627A），该专利综合脸部方向、脸部与摄像机距离和眨眼情况对疲劳驾驶进行了检测，并对脸部方向的判断进行了改进。当然，丰田自动车株式会社也有仅仅根据脸部方向进行判断的专利，例如1997年12月1日的申请（公开号为：JPH11161798A）。但是，仅仅根据脸的朝向判断是否疲劳会带来很多的误报警，例如驾驶员处于疏忽状态，或者处于左右观察状态，因此，该公司于2006年10月13日提出，基于脸的朝向判断疏忽，基于眼睛的打开量判断打盹，并针对不同的状态设置了不同的持续时间阈值。
基于眼睛特征进行疲劳检测
驾驶员疲劳时，会出现眼睛开度变小、眼睛眨动过程变慢、眨眼频率异常升高、眼睛凝视方向逐渐向下移动、眼球运用速度变慢的现象。可见，眼睛具有多个特征可以表征驾驶员的疲劳程度，因此，丰田自动车株式会社着重研究了通过眼睛的图像识别判断驾驶员疲劳程度。1994年11月25日申请了公开号为JPH08147584A的专利申请，该申请通过眨眼传感器检测眼球，进而计算闭眼时间，并随着闭眼时间的增长延长报警声强。但是，周围环境尤其是照度对眼睛睁闭的影响非常大，因此，该公司于1994年11月30日提出（JPH08153288A），根据照度情况设定不同的阈值来判断闭眼。1994年12月26日，公开号为JPH08175218A的申请，从采集的面部图像中分离出眼睛，并将其与模板进行比较来判断眼睛的开合状态，闭眼时认为驾驶员疲劳。1998年4月2日，该公司申请的公开号为JPH11286227A的专利中，将图像滤波后，根据眼睛位置的改变进行疲劳判断。2001年3月2日，公开号为JP2002254956A的专利公开了：使用红外CCD检测单位时间眼球的运动，当眼球移动量低于预设参考值时，认定驾驶员警戒性降低。基于眼睛这一单个因素判断必然存在一定误差。因此2002年11月7日该公司将眼睛状态与驾驶员的操作相结合判断（公开号为JP2004157880A）。2006年9月11日申请的专利（公开号为JP2008065776A）从拍摄的图像中识别出人眼、眼球后，根据眼睛开闭时间进行判断，其在检测到闭眼时给予驾驶员以提醒，并在闭眼持续时间超过阈值时发出报警信号。2006年12月27日，公开号为JP2008165348A的专利利用闭眼时间判断疲劳程度，该申请设定了三个时间阈值，在不同的时间阈值下分别执行闭眼时间归零、唤起注意和警报三个操作。但是，上述申请在进行提醒或报警后均未检测提醒或报警的效果。于是2007年2月9日，该公司提出公开号为JP2008197821A的专利申请，该申请通过眼睛开合度检测到打盹之后，改变座椅的位置、倾斜角度，然后继续判断疲劳状态，再次检测到疲劳后，再触发报警。如果再次检测发现驾驶员已经清醒，则不触发报警。上述申请大部分设置了闭眼的时间阈值，超过该阈值，则认为疲劳，未超过，为判定部疲劳。但是，有时很难给出一个准确的阈值，若阈值不合适，会导致漏报警，或者不必要的报警。于是，该公司在2007年7月26日提出的公开号为JP2009028237A的申请，没有使用闭眼的持续时间进行判断，而是根据眼睛开闭的周期进行判断，一定程度上提高了检测准确性。与此类似，2008年4月23日，申请的公开号为JP2009261516A的申请，公开了疲劳等级的计算公式为：疲劳等级D=眼睛睁开度+每次眨眼的平均闭合时间+眼睛闭合持续时间，根据上述疲劳等级D进行判断，避免了单独使用闭眼持续时间阈值带来的误差。然而，当从前方拍摄车辆中的驾驶员的图像时，来自车辆外部的光可能在驾驶员的眼睛周围产生阴影，使得该区域在图像中看起来因此缺乏对比度，即，导致了暗的图像，在这种情况下，不能够检测驾驶员的眼睛睁开的程度和眼睛的位置，因此难以判断驾驶员的眼睛睁开的程度或驾驶员凝视的方向。因此，2008年5月12日，该公司申请了专利号为JP2009276849A，且该专利有美国、欧洲和中国等同族，在该专利中，申请人使用不同曝光度的两张图像对脸的朝向、眼睛开合状态/凝视方向进行检测，有效避免了上述驾驶员眼睛区域过暗无法检测的问题。另外，为了弥补根据眼睛闭合时间带来的检测的不准确性，该公司与2008年7月16日提出一个公开号为JP2010026657A的专利申请，该申请中，申请人根据眼球晶状体反射的条纹图案计算眼球晶状体的厚度，进而确定驾驶员是否处于疲劳状态。除时间阈值外，眼睛开合度的阈值确定的是否正确对于睡眠检测也是至关重要的。进一步的，2008年7月30日，该公司申请的公开了号为JP2010－29537A的专利申请，该申请中根据外界环境修正基准眼睛开合度，以确定合理的检测阈值。除周围环境外，驾驶员的表情对眼睛开合度，同样在2008年12月17日，该公司提交的又一专利申请（公开号为JP2010－14235A），该申请设置了表情推定单元、阈值设定单元，其在判别为表情推定单元推定出的表情是表示清醒度高地表情时，将阈值设定得低，在判定为表情推定单元推定出的表情是表示清醒度低的表情时，将所述阈值设定得高，从而提高了检测的适应性。当前，如果在驾驶员真正瞌睡之前就可以检测到驾驶员注意力下降，无疑避免很多疲劳驾驶导致的事故。2010年4月5日，该公司申请了公开号为JP5447657B2的申请，该申请公开了：当眼睛睁开时间的变化增强，面部方向改变的减弱，则认为驾驶员处于瞌睡前的心不在焉的状态。
结束语
我国应了解国外先进企业研究动向，掌握疲劳检测领域的热点、难点以及未来发展方向，积极推进学术研究成果产业化，提高科技创新水平、增强市场竞争力，形成我国自有的龙头企业与有利的专利布局，有效规避专利纠纷和经营风险。尤为重要的是，通过疲劳探测技术的创新与应用，有效降低因疲劳驾驶所造成的生命财产损失。
