مقدمه
تعریف سیستم‏های نظارت چهره راننده
همراه با توسعه صنعت خودرو در جهان، کاربرد فناوری‏های نوین در اتومبیل نیز افزایش یافته است. سیستم‏های حمل و نقل هوشمند^[۱] یا به اختصار ITS، کاربرد کامپیوتر و فناوری اطلاعات و ارتباطات در شبکه‏های حمل و نقل انسان و کالا است. سیستم پیشرفته دستیار راننده^[۲] یکی از بخش‏های سیستم حمل و نقل هوشمند محسوب می‏گردد. این سیستم‏ها برای بهبود کارایی خودرو و افزایش امنیت راننده و سرنشینان آن استفاده می‏شوند و در مواقع بحرانی، به راننده اعلام هشدار کرده یا به جای راننده تصمیم مناسب را برای کنترل و هدایت خودرو اتخاذ می‏کنند.
سیستم نظارت چهره راننده، یک سیستم بلادرنگ^[۳] است که بر اساس پردازش تصویر چهره راننده، وضعیت جسمی و تا حدی وضعیت روحی او را تحت نظارت قرار می‏دهد. معمولا وضعیت راننده از بسته بودن پلک‏ها، نحوه پلک‏زدن، خیره بودن چشم‏ها به نقطه خاص، جهت نگاه چشم، خمیازه کشیدن و حرکت سر قابل تشخیص است. این سیستم در هنگام خواب‏آلودگی، خستگی و عدم توجه راننده به جاده، اعلام هشدار^[۴] می‏کند.
ضرورت سیستم‏های نظارت چهره راننده
یکی از مهمترین عوامل موثر در تصادفات، خصوصا در جاده‏های بین شهری^[۵]، خستگی، خواب‏آلودگی و عدم تمرکز حواس راننده است. خستگی و خواب‏آلودگی باعث کاهش درک و قدرت تصمیم‏گیری راننده برای کنترل خودرو می‏شود. تحقیقات نشان می‏دهد معمولا به طور طبیعی، پس از یک ساعت رانندگی، راننده دچار خستگی می‏شود. اما در ساعات ابتدایی بعد از ظهر، بعد از نهار و همچنین در نیمه شب، راننده در مدت زمان بسیار کمتر از یک ساعت احساس خواب‏آلودگی می‏کند. البته علاوه بر دلایل طبیعی، مصرف الکل، مواد مخدر و دارو‏هایی که منجر به کاهش هوشیاری می‏شوند نیز در خواب‏آلودگی راننده تاثیر‏گذار است [۱-۳]. عمده تصادفاتی که علت اصلی آن خستگی یا عدم تمرکز حواس اعلام می‏شود، در جاده‏های بین شهری و برای خودرو‏های سنگین رخ می‏دهد. اکثر این تصادفات در حدود ساعت ۶-۲ یا ۱۶-۱۵ به وقوع می‏پیوندد [۲].
در کشور‏های مختلف، آمار متفاوتی در مورد تصادفاتی که به علت خستگی و عدم تمرکز حواس راننده رخ می‏دهد، ارائه شده اما به طور کلی می‏توان گفت علت حدود ۲۰% از تصادفات و ۳۰% از تصادفات منجر به مرگ، خواب‏آلودگی و عدم تمرکز حواس راننده است. در تصادفات تک خودرو^[۶] یا تصادفات خودرو‏های سنگین این رقم تا ۵۰% نیز گزارش شده است [۱, ۴-۱۰].
کشور ایران به لحاظ امنیت ترافیکی، نه تنها در بین کشور‏های دنیا، بلکه در بین کشور‏های در حال توسعه نیز وضعیت بحرانی دارد. بر اساس آمار پزشکی قانونی در سال ۱۳۸۶، بر اثر تصادفات رانندگی بیش از ۲۳۰۰۰ نفر کشته و ۲۴۵۰۰۰ نفر مجروح شده‏اند [۱۱]. بر اساس آمار اعلام شده، خسارت‏های ناشی از تصادفات در ایران بیش از ۶۵۰۰۰ میلیارد ریال (معادل ۶۷ میلیارد دلار) برآورد شده که حدود ۴/۶% تولید ناخالص ملی^[۷] را تشکیل می‏دهد [۱۲]. این در حالی است که کشور استرالیا به عنوان یک کشور توسعه یافته، خسارت ناشی از تصادفات را حدود ۱۷ میلیارد دلار و معادل ۳/۲% تولید ناخالص ملی اعلام کرده است [۱۳].
با توجه به خسارات‏های جانی و مالی فراوان حاصل از خواب‏آلودگی و عدم تمرکز حواس راننده، طراحی و توسعه سیستم‏های تشخیص خواب‏آلودگی و عدم تمرکز حواس بسیار ضروری به نظر می‏رسد. یکی از بهترین روش‏های کاربردی برای این منظور، نظارت چهره راننده است. بر اساس مطالعات صورت گرفته، پیش‏بینی می‏شود استفاده از سیستم‏های تشخیص خواب‏آلودگی و عدم تمرکز حواس بتواند بین ۱۰% تا ۲۰% از تصادفات بکاهد [۱۴].
چالش‏های اساسی در سیستم‏های نظارت چهره راننده
در یک سیستم نظارت چهره راننده، دو مشکل اصلی مطرح است: «چگونگی اندازه‏گیری خستگی» و «چگونگی اندازه‏گیری تمرکز». این مشکلات به عنوان چالش‏های اصلی سیستم‏های نظارت چهره شناخته می‏شود. با وجود پیشرفت علم در زمینه فیزیولوژی و روان‏شناسی، هنوز هیچ تعریف دقیقی از خستگی ارائه نشده است. مسلما به دلیل عدم وجود تعریف دقیق خستگی، هیچ معیار قابل سنجشی^[۸] نمی‏توان برای آن ارائه کرد [۹]. با این وجود ارتباطاتی میان میزان خواب‏آلودگی و دمای سطح بدن، مقاومت الکتریکی پوست، فعالیت و حرکت چشم، نرخ تنفس، نرخ تپش قلب و فعالیت مغزی وجود دارد [۳, ۹, ۱۵, ۱۶]. یکی از اولین و مهمترین نشانه‏های خستگی در چشم ظاهر می‏شود. بر اساس تحقیقات انجام شده، رابطه مستقیمی بین میزان خستگی و درصد بسته بودن پلک‏ها در یک مدت معین وجود دارد. به درصد بسته بودن پلک‏ها در یک دوره زمانی PERCLOS^[9] می‏گویند. به همین دلیل تقریبا در تمام سیستم‏های نظارت چهره راننده، پردازش ناحیه چشم و بررسی میزان بسته بودن پلک‏ها به عنوان اولین و مهمترین معیار در اندازه‏گیری خستگی استفاده می‏شود.