Tài liệu Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ô tô

11 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Đặt vấn đề Công nghệ xử lý ảnh ngày nay không còn quá xa lạ với các thiết bị công nghệ hiện đại ngày nay. Nhƣng việc ứng dụng công nghệ này vào trong thực tiển cuộc sống ngày càng trở nên quan trọng và cần thiết hơn hết. Vì vậy, luận văn sẽ thực hiện việc ứng dụng thuật toán xử lý ảnh vào trong thiết bị cảnh báo ngủ gật trên xe ô tô với mục đích đƣa công nghệ vào thực tiển nhằm giúp ngƣời tham gia giao thông đƣợc an toàn cũng nhƣ hạn chế các tai nạn đáng tiếc xảy ra. Nhƣng việc chọn lựa thuật toán để ứng dụng công nghệ xử lý ảnh rất đa dạng. Luận văn đã sử dụng LabVIEW với các thuật toán với các hàm truyền nhằm tách ảnh, phân tích ảnh và cuối cùng là xử lý nhiễu nhằm phát hiện ra các dấu hiệu dẫn đến hiện tƣợng ngủ gật của con ngƣời trong khi đang lái xe và đƣa ra biện pháp cảnh báo phù hợp. 1.2. Tính cấp thiết của luận văn Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học đã xuất hiện từ lâu và đƣợc ứng dụng nhiều trong y học, khoa học vũ trụ và dự báo thời tiết. Ngày nay, sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã cho ra đời nhiều loại camera và cảm biến hình ảnh có độ phân giải cao và tốc độ lấy ảnh nhanh, với giá cả phù hợp tùy hãng sản xuất và tùy mức độ thông minh của thiết bị, chất lƣợng hình ảnh, từ đó đã cho phép xử lý ảnh đƣợc ứng dụng nhiều hơn vào công nghiệp, nhất là trong lĩnh vực quản lý chất lƣợng, nhận dạng lỗi sản phẩm và phân loại sản phẩm dựa vào các đặc tính có thể nhận dạng đƣợc bằng mắt thƣờng và những đặc điểm bề ngoài không thể nhận dạng bằng mắt thƣờng. Với những đặc tính không thể nhận dạng bằng mắt thƣờng do đặc điểm cần nhận dạng quá nhỏ hoặc hình dạng quá phức tạp, hoặc yêu cầu nhận diện nhiều vị trí ở cùng một thời điểm, xử lý ảnh là một công cụ vô cùng hiệu quả với độ chính xác và độ tin cậy cao. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay, xử lý ảnh trong công nghiệp vẫn còn là một lĩnh vực khá mới mẻ và đang bắt đầu phát triển. Vì vậy, việc nghiên cứu, khai thác 12 các ứng dụng của xử lý ảnh sẽ mở ra nhiều cơ hội hơn trong việc phát triển với các nƣớc phát triển khác trên thế giới. Vấn đề tự động hóa trong điều khiển và giám sát các thiết bị nói chung là một trong những giải pháp hàng đầu trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa ở Việt Nam hiện nay. Do đó, luận văn này đƣa ra một mô hình cảnh báo ngủ gật trên xe ô tô trong khi tham gia giao thông bằng các thuật toán, hàm truyền xử lý ảnh trong LabVIEW. 1.3. Nguyên nhân và các dấu hiệu của trạng thái ngủ gật Theo số liệu thống kê, tổng hợp từ một số Phòng Cảnh sát Giao thông (CSGT) Đƣờng bộ-Đƣờng sắt khu vực miền Trung thời gian qua cho thấy, 20% số vụ tai nạn xảy ra về đêm đều rơi vào khoảng từ 2 đến 5 giờ sáng. Đây là thời gian mà nhịp sinh học cơ thể đòi hỏi đƣợc nghỉ ngơi nhất khi đã căng sức gần 20 tiếng trong ngày. Đó cũng là múi giờ mà nghiều lái xe đƣờng dài thú nhận là rất khó cƣỡng lại đƣợc cảm giác thèm ngủ bởi họ đã phải căng sức trong suốt một ngày đƣờng (rất cần đƣợc nghỉ ngơi để phục hồi sức khỏe). Nhiều lái xe đã tìm cách “khắc chế” cơn buồn ngủ vào múi thời gian này đã tìm cách uống rất nhiều nƣớc chè, cà phê trƣớc khi ngồi sau vô lăng. Có lái xe còn đóng cả nƣớc chè, cà phê vào chai để lúc nào thèm ngủ lại uống vài ngụm để “cắt cơn” cho đầu óc tỉnh táo. Nhƣng không phải lái xe nào cũng vƣợt qua đƣợc cảm giác khó khăn này. Và 20% số vụ tai nạn giao thông xảy ra về đêm kể trên là một minh chứng về tình trạng báo động. Tìm hiểu thực tế nguyên nhân phát sinh tình trạng TNGT do lái xe thƣờng xuyên ngủ gật gây lên; chúng tôi đƣợc biết nguyên nhân căn bản vẫn là do áp lực về môi trƣờng kinh doanh vận tải hiện nay; thực tế không ít doanh nghiệp vận tải hành khách (nhất là doanh nghiệp tƣ nhân) đã “phớt lờ” những cảnh báo về hậu quả “ép” lái xe làm việc quá sức, không đƣợc nghỉ ngơi để đạt bằng đƣợc mục đích lợi nhuận. Nhiều doanh nghiệp đã tìm mọi cách tăng ca, tăng chuyến, thậm chí khoán, rút ngắn thời gian chạy… khiến lái xe, phụ xe lúc nào cũng ở trong tình trạng “căng nhƣ dây đàn” và dẫn đến tình trạng mệt mỏi, ngủ gật lúc nào không hay. 13 Tuy nhiên, nghiên cứu mới đây của Cục quản lý an toàn giao thông quốc gia Mỹ (NHTSA) đã cho thấy 20% các vụ tai nạn và 12% các vụ “suýt tai nạn” là do tài xế ngủ gật. Một tài xế bị coi là đang “gà gật” khi anh ta nhắm mắt thay vì chớp mắt, đầu anh ta lắc lƣ về phía trƣớc rồi gật gù về phía sau và thay vì đảo mắt quan sát đƣờng đi hay nhìn gƣơng, mắt anh ta thƣờng đờ đẫn và chỉ tập chung về một điểm cố định rồi sau đó nhắm mắt trong một thời gian ngắn 1 đến 1,8 giây. 1.4. Mục tiêu của luận văn Trong phạm vi của luận văn, tôi chủ yếu nghiên cứu về cách thức sử dụng phần mềm LabVIEW: cách tạo giao diện, xử lý ảnh, ứng dụng của LabVIEW trong điều khiển tự động . Nghiên cứu các thuật toán xử lý ảnh từ đó kết hợp với phần mềm LabVIEW để tự thiết kế ra một hàm truyền nhằm đáp ứng đƣợc mục tiêu “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ôtô”. 1.5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu các thuật toán xử lý ảnh khác nhau rồi so sánh, lựa chọn thuật toán. - Nghiên cứu phần mềm LabVIEW và các công phƣơng pháp thu thập ảnh. - Dấu hiệu của hiện tƣợng ngủ gật. - Thiết kế mạch điều khiển và vị trí đặt webcam quan sát. - Thiết kế PID cho động cơ DC để tự động tìm, xác định khuôn mặt ngƣời láy xe bằng LabVIEW. - Thiết kế hàm truyền để thu thập, xử lý hình ảnh, triệt nhiễu và kiểm nghiệm thực tế. 1.6. Phương pháp luận - Luận văn là tài liệu tham khảo có giá trị cho những ai quan tâm, nghiên cứu đến hệ thống điều khiển phần mềm LabVIEW. - Tìm hiểu xử lý ảnh trong LabVIEW. - Luận văn này cung cấp một mô hình cảnh báo ngủ gật trên xe ôtô bằng phần mềm xử lý ảnh trong LabVIEW có thể ứng dụng trong thực tiễn. 14 1.7. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hƣớng dẫn, sách, các bài báo và internet.v.v… - Nghiên cứu dấu hiệu ngủ gật của ngƣời láy xe ôtô. - Nghiên cứu phần mềm LabVIEW - Xây dựng hàm truyền điều khiển hệ thống bằng phần mềm LabVIEW - Lập trình phần mềm, kết nối phần cứng và chạy thử. - Đánh giá hiệu quả của việc điều khiển hệ thống. 1.8. Nội dung luận văn Nội dung luận văn gồm 6 chƣơng: Chƣơng 1 : Giới thiệu chung Chƣơng 2 : Tổng quan LabVIEW Chƣơng 3 : Xử lý ảnh và thuật toán điều khiển Chƣơng 4 : Thiết kế hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ô tô Chƣơng 5 : Thiết kế hàm truyền hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ô tô Chƣơng 6 : Kết luận và hƣớng phát triển của luận văn