專利名稱：駕駛員知覺適應(yīng)性測(cè)試的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和系統(tǒng)，用于進(jìn)行對(duì)操作例如車輛、火車、飛機(jī)、船舶、核反應(yīng)堆、成套設(shè)備(plant)、化學(xué)處理等設(shè)備和/或裝置的駕駛員和/或其他人員的知覺適應(yīng)性測(cè)試(PST)。本發(fā)明特別是為例如車輛、成套設(shè)備和/或裝置啟動(dòng)和停止的知覺損害點(diǎn)火互鎖設(shè)備(PERCEPTIIID)而設(shè)置的，對(duì)上述設(shè)備的操作會(huì)特別引發(fā)對(duì)環(huán)境和他人的普遍的和/或潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
背景技術(shù)：
據(jù)報(bào)道，知覺錯(cuò)誤引發(fā)全部高速公路事故中的大約80％(Treat等人，1977)，報(bào)道稱疏忽是造成相撞的主要原因(Wang等人，1996)，并且對(duì)于交通撞車的不及時(shí)察覺是一種駕駛員的基本錯(cuò)誤(Rumar，1990)。在例如車輛、火車、飛機(jī)、船舶、核反應(yīng)堆、化學(xué)處理等裝置的操作過程中規(guī)因于酒精、非法和處方藥品、身體狀況或其它失效缺陷影響的事故和錯(cuò)誤給社會(huì)帶來巨大的損失(本發(fā)明還涉及不同于駕駛的其它情況，但是這里將以駕駛為例給出本發(fā)明)。
酒精、藥品和交通安全國(guó)際理事會(huì)(ICADTS)在以下參考書目中特別提供了關(guān)于酒精、非法藥品和駕駛相關(guān)問題的總結(jié)(1)ICADTS酒精點(diǎn)火互鎖工作組酒精點(diǎn)火互鎖設(shè)備I專題報(bào)告(2001)，ISBN90-802908-4-x(特別參考第11頁最后一段至第12頁最后一段)；(2)ICADTS非法藥品和駕駛工作組工作組報(bào)告非法藥品和駕駛(2000)，ISBN90-802908-2-3；(3)ICADTS對(duì)醫(yī)學(xué)藥品影響駕駛能力的處方及分配方針工作組對(duì)醫(yī)學(xué)藥品影響駕駛能力的處方及分配方針(2001)，ISBN90-802908-3-1。
特別考慮藥品和酒精對(duì)知覺和眼睛運(yùn)動(dòng)的影響，參考文獻(xiàn)如下(4)Page，T.E.(1998)藥品識(shí)別專家(DRE)對(duì)藥品損害駕駛員的響應(yīng)對(duì)DRE計(jì)劃、警員和程序的總結(jié)。洛杉磯警察局(http://www.ci.la.ca.us/LAPD/traffic/dre/drgdrvr.htm)；(5)Leigh，R.J.和Zee，D.S.眼睛運(yùn)動(dòng)神經(jīng)學(xué)，第三版，牛津大學(xué)出版社(1999)；(6)Adler，E.V.和Burns，M.(1994)藥品識(shí)別專家(DRE)確認(rèn)研究。美國(guó)亞利桑那州，高速公路安全州長(zhǎng)辦公室總結(jié)報(bào)告；(7)Bigelow，G.E.等人，(1984)藥品中毒的識(shí)別形式對(duì)象(subject)檢查程序的實(shí)驗(yàn)室評(píng)估。NHTSA，DOT HS 806 753(1985)。
參考資料(4)和(5)以及其他研究表明，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)鎮(zhèn)靜劑、吸入劑和苯環(huán)己哌啶(PCP)的眾多藥品(這里藥品的含義包括酒精、處方藥品和非法藥品)會(huì)影響知覺和眼睛運(yùn)動(dòng)。對(duì)眼睛運(yùn)動(dòng)的影響包括水平和垂直的凝視性眼球震顫(眼球震顫是指當(dāng)凝視目標(biāo)時(shí)眼球無意的但卻明顯的痙攣)、轉(zhuǎn)向退化、瞳孔尺寸的變化以及白視(blank staring)(參見參考文獻(xiàn)(4)和(5))。有趣的是，一項(xiàng)用于水平凝視性眼球震顫的測(cè)試顯示為酒精使用的最佳預(yù)報(bào)器(參考資料(4))。在參考資料(5)的第561-564頁中，列出了藥品對(duì)眼睛運(yùn)動(dòng)的眾多影響，并提供了對(duì)這些發(fā)現(xiàn)的參考資料。其他的影響包括記憶和服從指令的困難、下降的注意力分配能力、感官運(yùn)動(dòng)神經(jīng)協(xié)調(diào)退化或瞳孔尺寸變化(一些類似的點(diǎn)火互鎖專利已經(jīng)開發(fā)將這些困難中的某些，特別是感官運(yùn)動(dòng)神經(jīng)協(xié)調(diào)作為反應(yīng)時(shí)間)。各種身體情況可以引發(fā)各種類型的眼球震顫。
在參考資料(4)中提供了對(duì)藥品識(shí)別專家(DRE)程序和藥品評(píng)估和分類程序(DECP)的總結(jié)。DRE程序由洛杉磯警察局(LAPD)啟動(dòng)并發(fā)展為人體的研究(例如參考資料(6)和(7))。由于血液酒精含量(BAC)呼吸測(cè)試結(jié)果可能會(huì)低于法定水平，而被檢測(cè)人仍然可以表現(xiàn)為由于藥品引起的費(fèi)解的損害，因而對(duì)于DRE方法的最初需求部分是受其驅(qū)動(dòng)。在每個(gè)種類具有許多藥品的情況下，DRE使用一種具有七個(gè)分類的藥品分類(categoration)系統(tǒng)。每種種類中的總體影響是相同的。這些種類是1.中樞神經(jīng)系統(tǒng)鎮(zhèn)靜劑，2.吸入劑，3.苯環(huán)己哌啶(PCP)，4.大麻，5.中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮劑，6.迷幻劑，7.麻醉鎮(zhèn)痛劑。當(dāng)使用多種藥品時(shí)，使用一種附加種類“多種藥品使用”。
除了藥品，眼睛運(yùn)動(dòng)和知覺還可受例如中風(fēng)、癲癇、多重硬化、不受控制的糖尿病等許多身體狀況或危險(xiǎn)以及操作者其它狀態(tài)的影響。對(duì)于這些影響，必須考慮它們產(chǎn)生的、類似于藥品損害的影響(參考資料(4))。參考美國(guó)專利申請(qǐng)公開文本2001/0028309A1第79-82段，公開了多個(gè)這樣的醫(yī)學(xué)、心理學(xué)和行為情況的例子。
此外，還參考了以下現(xiàn)有技術(shù)US 3,780,311；US 4,901,058；US 4,912,458；US 3,665,447；WO87/07724；US 2003/0037064A1；US 4,983,125；US 3,755,776；US3,886,540；US 6,229,908和US 3,735,381。
總體上，這些文件大多數(shù)都涉及需要車輛駕駛員在其啟動(dòng)車輛之前執(zhí)行某種類型的測(cè)試的點(diǎn)火互鎖的或類似的設(shè)備。但是，駕駛員必須主動(dòng)執(zhí)行這樣的測(cè)試是不利的。而且，所公開的損害測(cè)量還具有一些其它缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的總的目的是提供一種方法和系統(tǒng)，用于對(duì)駕駛員或其它操作例如車輛、火車、飛機(jī)、船舶、核反應(yīng)堆、成套設(shè)備、化學(xué)處理等設(shè)備和/或裝置人員的知覺損害自動(dòng)執(zhí)行適應(yīng)性測(cè)試。
此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法和系統(tǒng)，用于自動(dòng)執(zhí)行對(duì)于駕駛員或其他參與上述設(shè)備和/或裝置操作的人員的藥品識(shí)別專家(DRE)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方法和系統(tǒng)，用于自動(dòng)執(zhí)行對(duì)于駕駛員或其他參與上述設(shè)備和/或裝置操作的人員的知覺損害的適應(yīng)性測(cè)試，其與例如中風(fēng)、癲癇、多重硬化、不受控制的糖尿病等身體狀況和危險(xiǎn)中的至少一種以及操作者的其它狀態(tài)有關(guān)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種方法和系統(tǒng)，用于自動(dòng)測(cè)試對(duì)于駕駛員或其他參與上述設(shè)備和/或裝置操作的人員的、例如中風(fēng)、癲癇、多重硬化、不受控制的糖尿病等身體狀況和危險(xiǎn)以及知覺適應(yīng)性方面的其它這樣的狀態(tài)的藥品和/或酒精和/或身體狀況或危險(xiǎn)的影響。
此外，本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種方法和系統(tǒng)，能夠在沒有檢測(cè)駕駛員(或任何操作設(shè)備和/或裝置的其他人員)知覺適應(yīng)性的某一水平的情況下自動(dòng)啟動(dòng)車輛(或上述其它設(shè)備和/或裝置)的點(diǎn)火互鎖設(shè)備的作用。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種方法和系統(tǒng)，用于在車輛駕駛和設(shè)備或裝置操作過程中分別進(jìn)行車輛駕駛員或者設(shè)備或裝置操作人員的所述知覺適應(yīng)性測(cè)試。
最后，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法和系統(tǒng)，用于在相關(guān)車輛駕駛員或操作上述設(shè)備和/或裝置的其他任何人員的眼睛和/或頭部運(yùn)動(dòng)或反應(yīng)的基礎(chǔ)上自動(dòng)執(zhí)行所述的適應(yīng)性測(cè)試。
這些目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)來解決。
從屬權(quán)利要求公開了根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的有益實(shí)施方式。


更具體地，聯(lián)系附圖，由下列本發(fā)明實(shí)施例的說明獲得本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中示意性地顯示了圖1根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的基本組成部分；圖2根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性框圖；圖3眼球震顫的眼睛運(yùn)動(dòng)組成的示意性曲線圖；圖4受損害和未受損害人員的增益的頻域曲線圖；圖5進(jìn)行人員知覺適應(yīng)性測(cè)試方法的流程圖的第一部分；圖6在圖5中所示流程圖的第二部分。
具體實(shí)施例方式
將以一種安全裝置的形式示例性地介紹根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，該安全裝置用于防止在受酒精、藥品或其它失效缺陷影響下的人員啟動(dòng)或操作例如汽車或車輛等存在潛在危險(xiǎn)的設(shè)備。直至操作者已經(jīng)執(zhí)行知覺適應(yīng)性測(cè)試，該安全裝置禁止車輛操作。例如，可以將測(cè)試結(jié)果和/或旁路(bypass)事件簡(jiǎn)單地記錄在速度表、駕駛員智能卡、車隊(duì)管理系統(tǒng)中，或者通過例如GPRS或GSM數(shù)據(jù)的某種類型的通信方式發(fā)送回辦公室。一旦車輛或設(shè)備投入使用，根據(jù)本發(fā)明的裝置還連續(xù)測(cè)試類似的損害。該裝置還可以用作便攜設(shè)備，由警察用于例如對(duì)涉嫌藥品使用者的檢查。
一個(gè)基本思想是評(píng)估執(zhí)行例如駕駛?cè)蝿?wù)的操作者的知覺適應(yīng)性。知覺能力不僅受到酒精、藥品和身體狀況的影響，同時(shí)還受例如年齡和經(jīng)驗(yàn)等其它因素的影響。因此，本發(fā)明的一個(gè)主題是測(cè)試酒精、藥品等對(duì)知覺的影響，而不是用于測(cè)試酒精、藥品等本身的存在。這非常重要，這是因?yàn)槔缢幤返奶囟舛瓤梢跃哂蟹浅２灰粯拥挠绊?。任何一種藥品的影響都取決于一些附加因素，例如劑量、使用者耐藥性、新陳代謝、是如何用藥的、藥品純度、使用者期望、共生疾病、疲勞度以及其它藥品或物質(zhì)的存在。
本發(fā)明使用公認(rèn)的醫(yī)藥技術(shù)以檢測(cè)濫用藥品的非常確實(shí)的影響。其計(jì)劃將藥品和酒精的已知影響(參見例如上述參考資料(5))和新的以及已知的評(píng)估程序結(jié)合起來。DRE方法的部分可以自動(dòng)進(jìn)行，并且可以將來自其它研究的新的補(bǔ)充刺激源同新的刺激源和方法一起使用。通過新技術(shù)的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。該技術(shù)的使用類似于血液酒精點(diǎn)火互鎖設(shè)備如何使用(參見參考資料(1)，特別是在第11頁最后一段和第12頁最后一段之間，通過參考作為本公開內(nèi)容的一部分)，并且類似于其他點(diǎn)火互鎖設(shè)備如何使用(根據(jù)上述的美國(guó)專利中的至少之一)。
眼睛運(yùn)動(dòng)的背景信息可以將眼睛運(yùn)動(dòng)分成兩個(gè)基本類別——快相位和慢相位的眼睛運(yùn)動(dòng)。跳視是快相位的眼睛運(yùn)動(dòng)，而凝視、平滑追視、轉(zhuǎn)向和前庭眼睛反射都是慢相位的眼睛運(yùn)動(dòng)。下列定義來自Carpenter，R.H.S.，1998，《眼睛的運(yùn)動(dòng)》，第二版，Pion，倫敦。
注視被定義為暫停在眼睛可以吸收信息的信息區(qū)域上。對(duì)于有效的注視，暫停必須持續(xù)至少大約150ms，即大腦利用這些信息的時(shí)間。盡管將其稱為“注視”，但是眼睛仍然是運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)“注視”在一個(gè)目標(biāo)或區(qū)域上時(shí)，進(jìn)行類似漂移(典型地在每秒4度的范圍內(nèi))、震顫(典型地在每秒20-40度的范圍內(nèi))以及微跳視(典型地在每秒200度的范圍內(nèi))的微小運(yùn)動(dòng)。這些微小運(yùn)動(dòng)是非常小幅度的，或者非常慢的，并且是定義注視的一部分。
平滑追視是注視的一種細(xì)分類；也就是說，在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的注視或者當(dāng)觀察者處于運(yùn)動(dòng)中時(shí)在靜止物(或運(yùn)動(dòng)目標(biāo))上的注視。當(dāng)我們追蹤目標(biāo)時(shí)，眼睛使用第一跳視將視網(wǎng)膜中央凹放在目標(biāo)上，然后執(zhí)行較慢的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，衣追蹤目標(biāo)，且這種運(yùn)動(dòng)取決于目標(biāo)的速度。這種以80至160度每秒之間的速度范圍緩慢連續(xù)運(yùn)動(dòng)形成了平滑追視。非常重要的是，如果沒有平滑運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，則不能隨意發(fā)生平滑追蹤運(yùn)動(dòng)或平滑追視。也就是說，我們需要平滑運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)以能夠進(jìn)行平滑追視。在固定的視野內(nèi)隨意地執(zhí)行平滑追視的努力導(dǎo)致了一系列的跳視。這樣，平滑追視不同于跳視，它不是自愿的而是是在刺激控制下進(jìn)行的一種感覺運(yùn)動(dòng)反射。
跳視是在人的凝視在兩點(diǎn)間變化時(shí)發(fā)生的迅速的眼睛運(yùn)動(dòng)。跳視運(yùn)動(dòng)在幅度、周期、速率和方向上變化。大于五度視角幅度的跳視的時(shí)間周期為大約20-30ms；此后每增加一度可以增加兩微秒。峰值速率典型為從幅度小于0.1度的每秒10度到大幅度的大于每秒700度的范圍內(nèi)。此外，跳視不像平滑追視運(yùn)動(dòng)那樣跟隨目標(biāo)。由此，WO2004/034905A1公開了使用刺激引導(dǎo)和測(cè)試跳視眼睛運(yùn)動(dòng)且不是平滑追視運(yùn)動(dòng)。
圖1表示內(nèi)部坐有駕駛員的車輛車廂以及根據(jù)本發(fā)明安裝在車廂內(nèi)的系統(tǒng)的示意性優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)視圖。該系統(tǒng)包括刺激產(chǎn)生設(shè)備1，眼睛運(yùn)動(dòng)和/或頭部運(yùn)動(dòng)和/或瞳孔反應(yīng)記錄設(shè)備2，計(jì)算、控制和輸出設(shè)備3，和聲音產(chǎn)生單元4。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的更詳細(xì)替代性結(jié)構(gòu)的示意性框圖。該系統(tǒng)包括計(jì)算和控制單元20，該單元20被連接用于接收來自一個(gè)或多個(gè)相機(jī)21、狀態(tài)顯示器22和手動(dòng)控制器23的輸入信號(hào)。該計(jì)算和控制單元20產(chǎn)生輸出信號(hào)，用于控制例如車輛點(diǎn)火設(shè)備24、轉(zhuǎn)速表25和/或通信設(shè)備26。此外，該計(jì)算和控制單元20產(chǎn)生用于控制視覺刺激產(chǎn)生設(shè)備27、一個(gè)或多個(gè)眼睛照明器28和/或聲音產(chǎn)生設(shè)備29的輸出信號(hào)。
對(duì)應(yīng)于在圖1中所示的結(jié)構(gòu)，刺激產(chǎn)生設(shè)備1優(yōu)選地包括單元27和28，記錄設(shè)備2優(yōu)選地包括單元21，而計(jì)算、控制和輸出設(shè)備3優(yōu)選地包括單元20。聲音產(chǎn)生單元4對(duì)應(yīng)于單元29。
刺激產(chǎn)生設(shè)備1刺激產(chǎn)生設(shè)備1的一個(gè)例子包括商業(yè)上可獲得的二極管激光器(見www.lasershow.se)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可知，該激光器可以產(chǎn)生彩色圖像刺激。圖像刺激由單獨(dú)的激光束形成，該激光束非?？斓氐教庍\(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生圖像的印象。該激光束由兩個(gè)在電機(jī)軸上具有鏡子的小電磁電機(jī)(x和y軸)控制?？梢詫?shí)現(xiàn)很多不同的激光，包括紅、藍(lán)、綠激光?？梢允褂煤?jiǎn)單廉價(jià)的激光，例如那些通用的、在一群人前面介紹用的指向設(shè)備。在最終產(chǎn)品上將會(huì)使用汽車級(jí)激光器?？梢栽隈{駛員前面使用其他的刺激產(chǎn)生設(shè)備，例如常規(guī)的計(jì)算機(jī)顯示器和發(fā)光二極管(LED)?？梢允褂萌魏喂庠矗踔疗胀ǖ拈W光，特別是高強(qiáng)度LED型閃光。
刺激產(chǎn)生設(shè)備1的另外一種例子可以是計(jì)算機(jī)投影儀，例如那些用于會(huì)場(chǎng)介紹的、由Barco制造的投影儀。這種類型的投影儀將來會(huì)變得更小、更便宜和達(dá)到汽車級(jí)。
此外，可以將透明的和選擇性反射膜應(yīng)用于擋風(fēng)玻璃的所有或若干部分，以便通過刺激產(chǎn)生設(shè)備1將光學(xué)刺激投射到該擋風(fēng)玻璃上。該反射膜可以選擇成專門反射最適于本發(fā)明的特定波長(zhǎng)。
優(yōu)選地，安裝在儀表板的眼睛照明器被用于照亮駕駛員的臉，以用于提高眼睛追蹤記錄性能，并被用于例如產(chǎn)生使瞳孔反應(yīng)的短暫光閃。在美國(guó)專利5,422,690中介紹了瞳孔反應(yīng)計(jì)算的例子。但是，如下面所述，與美國(guó)專利5,422,690的主要區(qū)別是根據(jù)本發(fā)明，瞳孔對(duì)光刺激的反應(yīng)是由遠(yuǎn)程安裝的相機(jī)探測(cè)的。
刺激產(chǎn)生設(shè)備1不必非要校準(zhǔn)于(calibrated to)車輛內(nèi)部。但是，校準(zhǔn)可以允許將所用的激光指向內(nèi)部的特定物體。例如，該激光可以指向駕駛員會(huì)按壓的按鈕。
眼睛/頭部運(yùn)動(dòng)/瞳孔反應(yīng)記錄設(shè)備2記錄設(shè)備2可以利用多種商業(yè)上可用的眼睛和頭部追蹤傳感器之一，例如來自Seeing Machine的FaceLAB(見www.seeingmachines.com)，或來自Tobii Technology、Smarteye、SensoriMotoric Instruments、Siemens、Applied Science Laboratories、Delphi等公司的設(shè)備。該眼睛和頭部追蹤設(shè)備必須要滿足由分類的眼睛運(yùn)動(dòng)的時(shí)空特性所決定的精確度需求。相關(guān)的眼睛和頭部測(cè)量包括但不限于一只或兩只眼睛的斜視和偏視角，一只或兩只眼睛的平均斜視和偏視角，三維頭部位置，三維頭部方向、眼瞼閉合度和瞳孔尺寸。眼睛運(yùn)動(dòng)記錄設(shè)備2的其他可以應(yīng)用的例子包括鏡片或頭部安裝型的眼睛追蹤器(美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)US2001/0028309A1(Torch)公開了許多其它例子之一)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用具有高圖像分辨率和周圍光線測(cè)量的汽車級(jí)眼睛運(yùn)動(dòng)傳感器。
必須考慮與遠(yuǎn)程安裝的眼睛運(yùn)動(dòng)記錄設(shè)備2相關(guān)的兩個(gè)基本問題。首先，在任何相機(jī)中，眼睛的圖像細(xì)節(jié)隨著眼睛和相機(jī)之間距離的增加而變得越來越少。由于相機(jī)是遠(yuǎn)程安裝的，例如安裝在車輛儀表板內(nèi)或儀表板上，而并沒有接近眼睛，因此用更高分辨率的相機(jī)或更穩(wěn)固的探測(cè)算法式能補(bǔ)償圖像細(xì)節(jié)的損失。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地使用高分辨率的相機(jī)和穩(wěn)固的探測(cè)算法式。即使進(jìn)一步遠(yuǎn)離駕駛員安裝相機(jī)，現(xiàn)代和未來高分辨率的相機(jī)能夠提供可以和在美國(guó)專利5,422,690中所述相比擬的圖像細(xì)節(jié)。而且，安裝在兩個(gè)伺服系統(tǒng)(用于在x維度和y維度上控制相機(jī)方向)上的、具有變焦鏡頭的遠(yuǎn)程相機(jī)可以主動(dòng)地跟隨駕駛員或操作者移動(dòng)的頭部。這樣，計(jì)算機(jī)視覺軟件優(yōu)選地穩(wěn)定在眼睛中縮放的圖像并由于在眼睛上提供高的分辨率而獲得高質(zhì)量的測(cè)量。
由遠(yuǎn)程裝置造成的、特別影響瞳孔反應(yīng)測(cè)量的第二個(gè)問題是周圍光線。美國(guó)專利5,422,690和例如在US2002/0188219A1中公開的類似方法公開了一種裝置，其中眼睛被與周圍光線遮蔽，創(chuàng)造了一個(gè)黑暗環(huán)境作為瞳孔反應(yīng)的起點(diǎn)。瞳孔在黑暗環(huán)境中的休息狀態(tài)是非常活躍的(dialated)，因此短暫的光閃造成了比例如在日光下休息狀態(tài)的更大的反應(yīng)。為了測(cè)試瞳孔在周圍光線條件下的反應(yīng)，需要測(cè)量周圍的光線并且需要適于周圍照明條件的算法式。周圍光線的測(cè)量可以通過相機(jī)傳感器或通過在駕駛員面部附近安裝的光電三極管的光測(cè)量而實(shí)現(xiàn)。信噪比同樣也是在黑暗條件下最高，并作為周圍光線的函數(shù)而減小。隨著信噪比減小，測(cè)量變得更加困難，但是只要進(jìn)行周圍光線的測(cè)量，足夠大影響的準(zhǔn)確分類仍然是可以的。
計(jì)算、控制和輸出設(shè)備3優(yōu)選地，計(jì)算、控制和輸出設(shè)備3包括商業(yè)上可獲得的、包含函數(shù)和軟件程序的電子部件，用于a)控制通過刺激產(chǎn)生設(shè)備1產(chǎn)生的刺激，b)對(duì)由眼睛/頭部運(yùn)動(dòng)/瞳孔反應(yīng)記錄設(shè)備2探測(cè)到的眼睛/頭部運(yùn)動(dòng)/瞳孔反應(yīng)數(shù)據(jù)的分類，c)作出知覺損害決定，和d)在計(jì)算、控制和輸出設(shè)備3上進(jìn)行輸出。
在下面將更詳細(xì)地介紹這些部件和函數(shù)a)將控制通過刺激產(chǎn)生設(shè)備1產(chǎn)生的刺激(刺激產(chǎn)生)解釋為用于更后面的每個(gè)引起的眼睛運(yùn)動(dòng)的(或視覺的)性能指標(biāo)。
b)對(duì)由眼睛/頭部運(yùn)動(dòng)/瞳孔反應(yīng)記錄設(shè)備2探測(cè)到的眼睛/頭部運(yùn)動(dòng)/瞳孔反應(yīng)數(shù)據(jù)的分類包括通過探測(cè)和計(jì)算或者確定駕駛員的一個(gè)或多個(gè)視覺性能指標(biāo)，然后從量化的指標(biāo)中量化知覺適應(yīng)性的值知覺適應(yīng)性的量化知覺適應(yīng)性(PS)是平滑追視(SP)、瞳孔反應(yīng)(PR)、頭部協(xié)調(diào)(HC)、轉(zhuǎn)向(V)、跳視速率(SV)和其它視覺運(yùn)動(dòng)(O)的函數(shù)
PS＝f(SP，PR，HC，V，SV，O)一種實(shí)現(xiàn)PS函數(shù)的方法是PS＝A*SP+B*PR+C*HC+D*V+E*SV+F*OA，B，C，D，E，F(xiàn)∈
也可以使用其它函數(shù)(例如對(duì)參數(shù)平方、參數(shù)的根等)，以根據(jù)函數(shù)的目的實(shí)現(xiàn)該函數(shù)。
如下面所述，通過檢測(cè)和計(jì)算或獨(dú)立地確定來量化視覺指標(biāo)SP、PR、HC、V、SV和O。每個(gè)指標(biāo)的范圍典型地從0到100(如果相應(yīng)地標(biāo)準(zhǔn)化的話)。PS函數(shù)是這些指標(biāo)的加權(quán)的和。選擇加權(quán)因子A-F，使得對(duì)于給定的情況，例如某種設(shè)置(相機(jī)傳感器、刺激產(chǎn)生器、駕駛室環(huán)境等)和/或環(huán)境狀態(tài)(白天、夜晚，直射的陽光)和/或其它條件，指標(biāo)(SP、PR、HC、V、SV和O)的組合盡可能產(chǎn)生最佳的駕駛員知覺適應(yīng)性的量化。加權(quán)因子也可以為負(fù)的值和/或函數(shù)。
可以通過以下幾種方法調(diào)整加權(quán)因子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析、測(cè)量中噪聲量或指標(biāo)置信度(通過噪聲量和測(cè)量精確度計(jì)算而得)。在一些情況下，例如如果指標(biāo)并未給予足夠精確的信息和/或如果信噪比較低和/或如果將要實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單或廉價(jià)的方法/系統(tǒng)，一個(gè)或多個(gè)因子(除了其中一個(gè)因子以外全部的)可以為0。
給予駕駛員的刺激決定了可以在特定時(shí)刻被檢測(cè)和評(píng)估的指標(biāo)。例如，只有刺激描述一個(gè)具有適當(dāng)平滑追視速度的可追蹤目標(biāo)時(shí)，才可以計(jì)算平滑追蹤行為的性能，反之亦然。某些刺激模式可以同時(shí)給幾個(gè)指標(biāo)計(jì)算提供輸入，例如帶有突然方向改變的平滑追視模式，這種情況下的SP、SV和O的性能。因此，由刺激產(chǎn)生來驅(qū)動(dòng)指標(biāo)的計(jì)算。
這樣，通過使用如上所述的、帶有所選性能指標(biāo)的加權(quán)組合的知覺適應(yīng)性函數(shù)，量化駕駛員或操作者的知覺適應(yīng)性。
最簡(jiǎn)單的方法和系統(tǒng)配置將只使用平滑追視刺激描述并計(jì)算知覺適應(yīng)性PS＝f(SP)。見參考資料(4)、(5)、(7)，可以將選擇平滑追視(SP)，作為用于酒精和許多其它藥品測(cè)試的視覺指標(biāo)的優(yōu)選。這樣簡(jiǎn)單的方法和系統(tǒng)配置的優(yōu)點(diǎn)包括較短的測(cè)試時(shí)間(因?yàn)橹灰獧z測(cè)和評(píng)估平滑追視刺激)，較簡(jiǎn)單的硬件(例如，由于不需要測(cè)量瞳孔，因此圖像分辨率不必很高，進(jìn)而相機(jī)配置可以更便宜)，較簡(jiǎn)單的軟件(在作出判斷時(shí)不考慮其它指標(biāo))等。
但是，隨著上述另外的視覺指標(biāo)的加入，方法和系統(tǒng)變得更加靈敏和穩(wěn)固。這樣，本方法和系統(tǒng)可以有多種形式。例如，可以實(shí)現(xiàn)僅僅包括基于平滑追視的計(jì)算，或者包括平滑追視和瞳孔反應(yīng)的組合，或者包括平滑追視、瞳孔反應(yīng)以及頭部協(xié)調(diào)計(jì)算等的一種方法和系統(tǒng)；或者使用全部視覺指標(biāo)的方法和系統(tǒng)。
平滑追視(SP)性能的量化平滑追視的量化是本發(fā)明的一個(gè)主要方面。不同于在US 6,089,714和IEEE Tans.Biomed.Eng.(1991)第38卷第142-48頁的Rey和Galiana的“Parametric classification of segments in ocular nystagmus”中所做的嘗試分割和識(shí)別眼球震顫的組成，根據(jù)本發(fā)明在(包含)好與差之間的等級(jí)上對(duì)平滑追視性能進(jìn)行量化。平滑追視性能因而是在目標(biāo)上凝視穩(wěn)定性的質(zhì)量，其中目標(biāo)以適于引起平滑追視的速率運(yùn)動(dòng)。當(dāng)駕駛員受損害時(shí)，在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的凝視穩(wěn)定性開始漂移，這樣眼睛就不能很好地跟隨目標(biāo)，而從該目標(biāo)脫離。結(jié)果，再定位或“追上”跳視數(shù)目增加，以補(bǔ)償漂移，使得視網(wǎng)膜中央凹在目標(biāo)上。簡(jiǎn)而之，受損害的駕駛員不能非常好地將眼睛保持在目標(biāo)上。通過激起表現(xiàn)出這些無意識(shí)(反射性)的眼睛運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。
在圖3中示出了眼球震顫的眼睛運(yùn)動(dòng)組成。眼睛追蹤呈現(xiàn)給駕駛員的給定模式(曲線a)。曲線(e)指示依靠觀察駕駛員的眼睛的相機(jī)2；21產(chǎn)生的整個(gè)探測(cè)信號(hào)。該信號(hào)包含駕駛員眼睛的跳視和平滑追視(眼球震顫)。如果跳視(曲線esa)從整個(gè)信號(hào)(曲線e)去掉，則合成曲線(esm)只顯示眼睛的平滑追視行為，其要比跳視(曲線esa)更接近給出的理想模式(曲線a)；(見Carpenter，1988，第55頁)。
為了確定平滑追視，駕駛員需要用他的眼睛跟隨低于跳視速度的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，例如快樂表情(happy face)1.5度視角的大小。由在車輛的儀表板上、內(nèi)部和/或擋風(fēng)玻璃上的刺激產(chǎn)生設(shè)備1；27投射目標(biāo)。本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵方面是改變平滑追視刺激的難度級(jí)。該難度包括兩個(gè)主要組成部分，目標(biāo)速度和目標(biāo)可預(yù)見性。這樣，本發(fā)明另外的關(guān)鍵方面是改變引出平滑追視的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的可預(yù)見性。例如，可以由三種正弦曲線(例如0.3、0.6和1.2Hz)的混合來控制目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。通過改變刺激速度和精確的頻率組合，運(yùn)動(dòng)可以做得能夠或多或少預(yù)見，或者易于用眼睛追蹤。更快的速度和更復(fù)雜的波頻率的組合是非常難于跟隨的，而慢速度和較小復(fù)雜度的波頻率組合則較容易跟隨。產(chǎn)生適于平滑追視測(cè)試的不可預(yù)見性目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的另一種方法是用低通(1.25Hz)高斯隨機(jī)過程產(chǎn)生目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。而且，隨機(jī)地停止刺激，特別是在高視角(在視野的周邊)上停止刺激也增加了追蹤的難度。這樣可以改變刺激難度。
對(duì)于平滑追視眼睛運(yùn)動(dòng)中預(yù)測(cè)的重要性和關(guān)于適于平滑追視眼睛追蹤的隨機(jī)化目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生參考了Pavel，M.(1990)的Predictivecontrol of eye movement、E.Kowler(Ed)的Eye movements and their rolein visual and cognitive processes。Elsevier。
SP性能是一個(gè)由刺激(參考信號(hào))和響應(yīng)(測(cè)量的凝視信號(hào))確定的函數(shù)。
性能(SP)＝f(刺激，響應(yīng))可以用多種方法來計(jì)算(量化)SP性能，這些方法經(jīng)過小的改變也可以用于其它視覺指標(biāo)的計(jì)算中——在參考信號(hào)和凝視信號(hào)之間的角度差或RMS值(均方根)系統(tǒng)知道相機(jī)和刺激產(chǎn)生器的位置和方向之間的關(guān)系。因此，系統(tǒng)知道在相對(duì)于駕駛員眼睛的位置和方向的什么角度產(chǎn)生刺激。而角度差是刺激角和凝視角之間的相對(duì)差。小的相對(duì)角差(或誤差)表示未受損害對(duì)象的高精度追蹤，而大的相對(duì)角則表示一個(gè)受損害的對(duì)象。比較凝視和刺激角度而不是凝視和刺激位置，使得該方法對(duì)于噪聲更穩(wěn)固，否則噪聲將由距投影刺激的距離引入。投射越遠(yuǎn)離進(jìn)行，在測(cè)量中出現(xiàn)的噪聲就越大。
——模式識(shí)別可以訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)以認(rèn)出刺激和指出受損害駕駛員的響應(yīng)的組合。不同的NN可以用于不同的特性，即平滑追視和跳視。
——響應(yīng)和參考角的交叉相關(guān)按照與角度差相同的原理，但是交叉相關(guān)參考信號(hào)，以獲得駕駛員追蹤參考有多好的測(cè)量。
還可以在測(cè)量的眼睛凝視和預(yù)定的SP曲率之間做出交叉相關(guān)。當(dāng)在刺激是系統(tǒng)控制之外的路標(biāo)和其它物體的通常駕駛行為中測(cè)量SP時(shí)，這一點(diǎn)就特別有用。
——一般模型響應(yīng)一種模型可以用數(shù)學(xué)術(shù)語描述響應(yīng)于刺激的預(yù)測(cè)未受損害的眼睛運(yùn)動(dòng)。然后將這種刺激同時(shí)饋送到駕駛員和該模型，并比較兩者的輸出。對(duì)于調(diào)整到響應(yīng)作為一個(gè)未受損害駕駛員的模型，在該模型響應(yīng)和駕駛員響應(yīng)之間的低誤差表示一個(gè)未受損害的駕駛員，而高誤差表示一個(gè)受損害的駕駛員。
——受訓(xùn)的模型響應(yīng)和一般模型響應(yīng)相同，但是，該模型適于特定的執(zhí)行測(cè)試的駕駛員?？梢酝ㄟ^記錄未受損害的SP來修改該模型并調(diào)節(jié)模型參數(shù)到最佳配合?？梢酝ㄟ^駕駛卡(在數(shù)字轉(zhuǎn)速表中)或通過面部和/或虹膜識(shí)別將這樣的信息與駕駛員身份鏈接起來。
可以用交叉相關(guān)函數(shù)，從目標(biāo)的峰值相關(guān)性和凝視位置獲得對(duì)上述方法的正時(shí)。
只要通過較小的改變，上述方法也可以應(yīng)用于PR、HC、V、SV和O性能計(jì)算(量化)。
瞳孔反應(yīng)(PR)性能的量化可以使用在美國(guó)專利5,422,690中描述的相同程序。但是，其主要區(qū)別在于，在這里，算法必須處理周圍光線在靜止瞳孔尺寸上的影響以及在瞳孔反應(yīng)過程中周圍光線的干擾?？梢匀缟纤鎏幚磉@些問題。
在駕駛員執(zhí)行平滑追視任務(wù)時(shí)，可以引導(dǎo)目標(biāo)停在相機(jī)位置(以獲得瞳孔的最佳圖像)和短暫停止?？梢酝ㄟ^眼睛照明器和測(cè)量的瞳孔反應(yīng)而控制光閃，隨后平滑追視目標(biāo)將繼續(xù)前進(jìn)。還可以見下面用于如何提供瞳孔反應(yīng)喚起刺激的另外一個(gè)例子的“跳視的量化”。
如上所述，PR必須相對(duì)于周圍光測(cè)量，而周圍光的測(cè)量可以通過相機(jī)傳感器、或接近駕駛員面部安裝的光電三極管來測(cè)量。將所測(cè)量的、對(duì)于突然發(fā)射閃光的相對(duì)PR和對(duì)于未受損害駕駛員的已知反應(yīng)相比，由此計(jì)算出PR的性能測(cè)量。
PR性能量化方法的例子是如上所述的用于SP的交叉相關(guān)，模式識(shí)別，一般模型響應(yīng)，受訓(xùn)模型響應(yīng)。
轉(zhuǎn)向(V)性能的量化可以通過使用將兩幅圖像重疊以產(chǎn)生三維效果的技術(shù)建立包含轉(zhuǎn)向的刺激。
V性能量化方法的例子是如上所述的用于SP的交叉相關(guān)，模式識(shí)別，一般模型響應(yīng)，受訓(xùn)模型響應(yīng)。
跳視速率(SV)性能的量化當(dāng)正在執(zhí)行平滑追視測(cè)試時(shí)，可以在不同視角對(duì)平滑追視目標(biāo)觸發(fā)突然視覺事件。接近目標(biāo)的突然視覺事件可以起到對(duì)平滑追視追蹤的擾亂的功能。根據(jù)視覺擾亂事件的知覺特征，駕駛員將選擇對(duì)視覺擾亂進(jìn)行跳視、忽視它和/或用他們的瞳孔反應(yīng)。如果進(jìn)行跳視，則可以進(jìn)行跳視速率輪廓的適當(dāng)分析，例如在美國(guó)專利5,422,690中所述的例子。如果引起了瞳孔反應(yīng)，則可以使用在美國(guó)專利5,422,690中所述的相同程序。
在駕駛或靜止站立時(shí)，可以進(jìn)行對(duì)駕駛員周邊靈敏性的測(cè)試，該周邊靈敏性是周邊受損害的一個(gè)潛在指標(biāo)?？梢酝ㄟ^給予引起朝向目標(biāo)的跳視形式的定向反射的明顯刺激來進(jìn)行測(cè)試。受損害駕駛員的周邊靈敏性減小，因此他們會(huì)對(duì)存在于周邊視野中的刺激靈敏度較差。這種刺激可以是在尺寸、強(qiáng)度、閃爍、運(yùn)動(dòng)和形狀上增加的小點(diǎn)。可以在增加的視角上呈現(xiàn)刺激以檢測(cè)周邊視覺靈敏度如何。檢測(cè)的反應(yīng)時(shí)間和命中(遺漏)率給出了一個(gè)精確的受損害的測(cè)量?？梢酝ㄟ^檢測(cè)對(duì)于刺激的眼睛運(yùn)動(dòng)，或通過監(jiān)視瞳孔尺寸的變化來測(cè)量檢測(cè)的反應(yīng)時(shí)間。
SV性能量化方法的例子是如上所述的用于SP的交叉相關(guān)，模式識(shí)別，一般模型響應(yīng)，受訓(xùn)模型響應(yīng)。
頭部協(xié)調(diào)(HC)性能的量化在上述平滑追視的過程中，需要頭部盡量保持靜止。因此需要對(duì)偏離靜止?fàn)顟B(tài)的測(cè)量，并且該測(cè)量是受損害的指示。對(duì)頭部協(xié)調(diào)的量化使用和上述的用于SP相同的方法。在這種情況下，參考信號(hào)是頭部的起始位置或者前向面對(duì)模型的方向。
可以通過由指示目標(biāo)偏離的聲音產(chǎn)生單元4產(chǎn)生的聲音提供幫助頭部保持在目標(biāo)的指引。例如，如果頭部開始從目標(biāo)位置偏離，則隨著頭部姿態(tài)和位置越來越從期望狀態(tài)偏離，聲音可以逐漸變大?；蛘撸梢酝ㄟ^和用于頭部跟隨的目標(biāo)的比較，投影指示頭部轉(zhuǎn)動(dòng)偏離或位置的目標(biāo)和交叉線來提供對(duì)保持頭部靜止的幫助。
也可以移動(dòng)頭部運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，由此需要駕駛員通過聽聲音來跟隨需要的頭部位置?？赡軙?huì)需要駕駛員對(duì)事件的頭部響應(yīng)。例如，運(yùn)動(dòng)刺激點(diǎn)可以在兩個(gè)或三個(gè)開/關(guān)短暫變化之間隨機(jī)交替。將需要駕駛員通過沿不同方向運(yùn)動(dòng)頭部而在短暫變化中響應(yīng)這些期望的改變。
其它視覺運(yùn)動(dòng)(O)或性能指標(biāo)眼睛運(yùn)動(dòng)增益的量化眼睛運(yùn)動(dòng)增益是眼睛捕捉目標(biāo)有多好的測(cè)量。例如用于平滑追視的上述那些慢相位目標(biāo)和例如用于跳視速率的上述那些快相位目標(biāo)都可以使用。
因?yàn)樵鲆婵梢杂糜趯?duì)平滑追視目標(biāo)和跳視目標(biāo)以及它們的組合的量化，因此該測(cè)量被包含在“其它視覺指標(biāo)”這一部分中。
增益提供眼睛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)靈敏度如何的測(cè)量。增益測(cè)量在目標(biāo)基頻下的凝視和目標(biāo)的相對(duì)幅度。使用快速傅立葉變換(FFT)在頻域中分析增益。刪去在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)周圍所測(cè)量信號(hào)的暫時(shí)取樣并分析它的頻譜。典型地，受損害的駕駛員具有相當(dāng)?shù)偷脑鲆?，并且因此平滑追視和捕捉跳視的頻譜主要處于較低的頻率。未受損害的駕駛員將具有較高的高頻譜。
另一種確定眼睛運(yùn)動(dòng)增益的方法是執(zhí)行在目標(biāo)基頻下的凝視和目標(biāo)的FFT分析。具有高增益的未受損害的駕駛員將具有接近于目標(biāo)基頻的凝視頻譜，而受損害駕駛員將具有較分散的頻譜。
圖4表示當(dāng)相對(duì)于刺激的基頻(由箭頭表示)在頻域中分析時(shí)，受損害駕駛員(曲線A)相對(duì)于未受損害駕駛員(曲線B)的增益差。
c)進(jìn)行知覺損害判斷在從上述指標(biāo)和加權(quán)因子中至少一個(gè)中量化出知覺適應(yīng)性的值之后，必須作出駕駛員是否真的受損害(例如不能駕駛車輛)的判斷。
優(yōu)選地在兩個(gè)步驟中進(jìn)行判斷。在第一個(gè)步驟中，根據(jù)平均目標(biāo)復(fù)雜性做一個(gè)簡(jiǎn)略分類。提供刺激預(yù)定時(shí)間并且頭部/眼睛追蹤設(shè)備2；21收集數(shù)據(jù)?？梢栽诰€(即在測(cè)量過程中)或在測(cè)量之后離線計(jì)算指標(biāo)。優(yōu)選地將每個(gè)指標(biāo)都標(biāo)準(zhǔn)化成在0到100之間的性能值，其中100表示優(yōu)良的性能，并接著跟根據(jù)上述用于PS的公式加權(quán)在一起。將結(jié)果與特別為每個(gè)駕駛員設(shè)置的或由PS函數(shù)的測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析而預(yù)定的閾值進(jìn)行比較。也可以為每個(gè)指標(biāo)設(shè)置性能閾值，由此將PS函數(shù)變換為組合的邏輯表達(dá)式。如果駕駛員對(duì)刺激的響應(yīng)充分，則測(cè)試為負(fù)并且駕駛員沒有受損害。
如果在結(jié)果中有任何不確定(存在受損害的懷疑)，則分類進(jìn)行到第二步。在第二步中，執(zhí)行一個(gè)較長(zhǎng)的測(cè)試，也許幾分鐘，直到系統(tǒng)收集到足夠的數(shù)據(jù)量為止。第二步包括更復(fù)雜的追蹤任務(wù)和與未確定的指標(biāo)特別相關(guān)的刺激描述模式。例如，由于在第一步驟作出判斷過程中，SP性能處于好壞之間區(qū)域(好或壞得不足以作出判斷)，因而通過刺激執(zhí)行特定模式以獲得用于SP性能測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)。
在第二步過程中，刺激模式在速度、頻率、調(diào)制、可預(yù)見性和方向上進(jìn)行變化。對(duì)于受損害的駕駛員，模式變得越復(fù)雜，探測(cè)到的誤差就越多。
使用上述兩步驟方法的替代性實(shí)施例是以移動(dòng)時(shí)間窗法為基礎(chǔ)計(jì)算和產(chǎn)生刺激。例如，可以在60Hz系統(tǒng)中采用一分鐘時(shí)間窗(由此該移動(dòng)時(shí)間窗包括在其窗口中的60個(gè)數(shù)據(jù)采樣)。在第一組60個(gè)數(shù)據(jù)采樣過程中，系統(tǒng)產(chǎn)生平均復(fù)雜度的刺激。在數(shù)據(jù)采樣第60號(hào)處，系統(tǒng)計(jì)算出其在知覺適應(yīng)性上的判斷。如果駕駛員沒有受損害，則允許他駕駛。如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)或懷疑駕駛員受損害，則提供另一個(gè)刺激采樣并在窗口數(shù)據(jù)上執(zhí)行新的計(jì)算，所述窗口數(shù)據(jù)加上了當(dāng)前數(shù)據(jù)采樣但同時(shí)減去了最早的數(shù)據(jù)采樣(如信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域人員公知的，根據(jù)移動(dòng)或運(yùn)行時(shí)間窗的使用)。
直至駕駛員通過該知覺適應(yīng)性測(cè)試，一直持續(xù)基于移動(dòng)窗口的提供顯示和計(jì)算。如果沒有施加時(shí)間限制，則受損害駕駛員可以持續(xù)該測(cè)試，直至隨時(shí)間藥品或酒精影響逐漸消失，駕駛員變?yōu)槲词軗p害。刺激難度可以隨時(shí)間增加，使更加確定先前已經(jīng)進(jìn)行測(cè)試為可疑或受損害的駕駛員現(xiàn)在是未受損害的。
d)在計(jì)算、控制和輸出設(shè)備3上輸出駕駛員打開其車輛，坐下，并開啟點(diǎn)火。如果這樣配置，則在通過知覺適應(yīng)性測(cè)試之前馬達(dá)不會(huì)啟動(dòng)。在另一種配置中，馬達(dá)啟動(dòng)但是禁止車輛移動(dòng)，這對(duì)于卡車駕駛員可能是優(yōu)選的。主要的一點(diǎn)就是在證明駕駛員其知覺上適于駕駛之前，禁止車輛移動(dòng)。
當(dāng)把鑰匙插入點(diǎn)火器時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)。指示燈顯示“測(cè)試”啟動(dòng)。需要駕駛員簡(jiǎn)單地觀察由刺激產(chǎn)生設(shè)備1；27產(chǎn)生的刺激。想法是無論如何都提出最有效的使駕駛員引發(fā)要測(cè)試的眼睛運(yùn)動(dòng)類型的刺激?？梢允褂煤瓦M(jìn)一步開發(fā)在研究中已經(jīng)使用過的類似刺激以滿足當(dāng)前的需要。
可以將輸出發(fā)送到車輛固定器(imobiliser)(例如車輛點(diǎn)火裝置24的一部分)以啟動(dòng)它，記錄在轉(zhuǎn)速表上，或通過通信設(shè)備26傳送?？梢酝ㄟ^多種常規(guī)方法管理對(duì)計(jì)算、控制和輸出設(shè)備20；3的輸入?？梢栽谠O(shè)備20；3上安裝各種按鈕和控制器23，在其中可以使用通信電纜或無線通信。
為了確保駕駛員本人進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)可以和例如面部識(shí)別或虹膜識(shí)別的駕駛員識(shí)別軟件一起使用。
在駕駛中的使用重要地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以在駕駛過程中或在其它設(shè)備使用過程中使用，以持續(xù)地測(cè)試駕駛員的知覺損害。在駕駛過程中，來自自然眼睛運(yùn)動(dòng)的知覺損害檢測(cè)是完全可能的。例如，可以將駕駛中當(dāng)前的眼睛和頭部運(yùn)動(dòng)與描述受損害知覺行為的描述或閾值相比較。由于酒精、藥品和身體狀況在眼睛運(yùn)動(dòng)中的變化是在文獻(xiàn)中確定的。例如，Belt(1969)發(fā)現(xiàn)了在0.08mg/cm3的血液酒精含量等級(jí)下的明顯的眼睛運(yùn)動(dòng)模式集中或空間凝視集中。當(dāng)知覺受損害時(shí)，估計(jì)是由于駕駛員已經(jīng)對(duì)周邊視覺失去了靈敏性，因此駕駛員會(huì)表現(xiàn)出更多的對(duì)于周邊視覺損失的“視網(wǎng)膜中央凹(foveal)補(bǔ)償”，也就是說，駕駛員會(huì)格外地盯著靠近車輛兩側(cè)的車道標(biāo)志線(lane markings)?？梢园l(fā)現(xiàn)平滑追視的頻率明顯減小。根據(jù)本發(fā)明，建議執(zhí)行在線分類。
如果注意到了正常眼睛運(yùn)動(dòng)退化，則另一種可能是觸發(fā)提供某種刺激以進(jìn)一步測(cè)試駕駛員是否受損害并且確保作出了或已經(jīng)作出了正確的分類。這樣，在駕駛的同時(shí)也可以使用刺激產(chǎn)生設(shè)備1；27產(chǎn)生刺激。將必須投入更多的注意以確保刺激不會(huì)干擾駕駛。但是，如果檢測(cè)到正常眼睛運(yùn)動(dòng)的退化，則可以給出警告，可以記錄事件，可以將事件傳送給另一個(gè)源，可以使車輛停止等。
取代在駕駛之前對(duì)駕駛員能力的測(cè)試的一種替代性功能是允許駕駛員啟動(dòng)車輛和開始駕駛，但是需要他/她通過在駕駛過程的第一分鐘內(nèi)、或者在整個(gè)駕駛中連續(xù)地、或者在駕駛過程中隨機(jī)進(jìn)行的測(cè)試，其中該備選功能和點(diǎn)火互鎖有關(guān)。這代表對(duì)于駕駛員來說不太嚴(yán)重的不便，但是如果檢測(cè)到受損害，則將停止車輛、或切斷油路等。
圖5和圖6表示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)行的方法優(yōu)選實(shí)施例。
在駕駛員進(jìn)入車輛并已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火鑰匙之后，本方法從步驟500開始。在步驟501中啟動(dòng)固定器或點(diǎn)火互鎖開關(guān)。在步驟502中進(jìn)行啟動(dòng)和上電(power up)測(cè)試程序。如果成功通過，則在步驟503中進(jìn)行顯示狀態(tài)測(cè)試。而且，在步驟507中啟動(dòng)刺激產(chǎn)生設(shè)備。
可選地，可以通過按下按鈕，在步驟504中進(jìn)行旁路測(cè)試，由此在步驟505中，將旁路事件記錄在轉(zhuǎn)速表中和/或在步驟506中將信息發(fā)送到例如車隊(duì)管理系統(tǒng)或外部源。
通過刺激產(chǎn)生設(shè)備，在步驟508到512中的至少一個(gè)步驟中，產(chǎn)生平滑追視刺激、瞳孔反應(yīng)刺激、頭部協(xié)調(diào)刺激、轉(zhuǎn)向刺激和/或跳視/視覺事件刺激。
如上所述，從測(cè)試的駕駛員反應(yīng)中可以量化或計(jì)算出至少一種在上面所述的性能視覺指標(biāo)。更具體地，在步驟513到518中的至少一個(gè)步驟中，可以計(jì)算出平滑追視性能，瞳孔反應(yīng)性能、頭部協(xié)調(diào)性能、轉(zhuǎn)向性能、跳視性能和/或其它視覺性能指標(biāo)。
然后在步驟519中，根據(jù)上面給出的公式PS，通過這些指標(biāo)的加權(quán)組合，對(duì)駕駛員的知覺適應(yīng)性進(jìn)行量化(計(jì)算)，并從量化值中判斷該駕駛員是否必須被當(dāng)作受損害或未受損害。
如果駕駛員沒有受損害，則根據(jù)步驟522，顯示相關(guān)的狀態(tài)指示“測(cè)試通過”，并在步驟523中停止固定器和/或點(diǎn)火互鎖開關(guān)的作用。然后根據(jù)圖6，在步驟524中繼續(xù)本方法。
如果在步驟519中檢測(cè)到認(rèn)為該駕駛員受損害，或如果不確定他沒有受損害，則在步驟520中，顯示相關(guān)的狀態(tài)指示“測(cè)試失敗”。進(jìn)一步在步驟521中啟動(dòng)并進(jìn)行如上所述的一個(gè)具有增加刺激難度的測(cè)試，并且程序繼續(xù)，并在步驟507中再次進(jìn)行用于產(chǎn)生這樣的刺激的程序。
根據(jù)步驟525，在駕駛過程中至少監(jiān)視視覺性能指標(biāo)之一。在步驟527中，例如通過和預(yù)定的閾值比較，對(duì)這些指標(biāo)的顯著變化進(jìn)行測(cè)試。如果沒有顯著的變化，則該程序繼續(xù)到步驟525。如果發(fā)生顯著的變化，則在步驟528中至少產(chǎn)生一種刺激。與此相獨(dú)立的是，可以以隨機(jī)時(shí)間間隔根據(jù)步驟526啟動(dòng)刺激產(chǎn)生。
對(duì)應(yīng)于步驟508到512，為至少一種視覺性能指標(biāo)產(chǎn)生刺激，并以步驟529至532中至少之一，從駕駛員的反應(yīng)計(jì)算或量化出相關(guān)的指標(biāo)性能。更具體地，這些指標(biāo)是再次的平滑追視性能、頭部協(xié)調(diào)性能、瞳孔反應(yīng)性能和/或跳視性能。
和在步驟519中一樣，在步驟533中，再次通過這些指標(biāo)的加權(quán)組合量化(計(jì)算)出駕駛員的知覺適應(yīng)性，并從該量化值判斷是否必須認(rèn)為該駕駛員已經(jīng)受損害。如果該駕駛員沒有受損害，則該方法繼續(xù)到步驟538，該步驟538繼續(xù)到步驟524。
如果在步驟533中探測(cè)到該駕駛員受損害或者如果不確定他沒有受損害，則在步驟534中進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶?duì)策。例如，這些對(duì)策可以包括將信息發(fā)送到外部單元(步驟535)和/或指示一個(gè)警告信號(hào)給駕駛員(步驟536)和/或使車輛停車(步驟537)。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于自動(dòng)執(zhí)行對(duì)操作例如車輛、火車、飛機(jī)、船舶、核反應(yīng)堆、成套設(shè)備、化學(xué)處理等設(shè)備和/或裝置的駕駛員和/或其他人員關(guān)于知覺損害的適應(yīng)性測(cè)試，該方法包括以下步驟——向駕駛員提供至少一種光學(xué)刺激；——檢測(cè)并量化駕駛員響應(yīng)于所述刺激的、例如平滑追視(SP)、跳視速率(SV)、轉(zhuǎn)向(V)、瞳孔反應(yīng)(PR)和/或頭部協(xié)調(diào)(HC)的至少一種視覺性能指標(biāo)；——通過公式PS＝A*SP+B*PR+C*HC+D*V+E*SV，對(duì)駕駛員的知覺適應(yīng)性(PS)的值進(jìn)行量化，——其中A、B、C、D、E是預(yù)定的加權(quán)因子或函數(shù)，和——將知覺適應(yīng)性(PS)的值和至少一個(gè)閾值相比較，以形成關(guān)于駕駛員的損害或未損害判斷。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，以預(yù)定的時(shí)間間隔在開始和/或操作所述設(shè)備和/或裝置的過程中自動(dòng)執(zhí)行所述方法。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中以模式的形式產(chǎn)生所述刺激，所述模式是通過二極管激光器投射而提供給駕駛員的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇所述加權(quán)因子或函數(shù)，以至少使用于進(jìn)行所述方法的系統(tǒng)的給定安裝和/或環(huán)境狀態(tài)和/或影響知覺適應(yīng)性(PS)量化結(jié)果的其它條件的影響最小。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述方法中或在該方法的重復(fù)執(zhí)行之間調(diào)整所述加權(quán)因子或函數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和/或根據(jù)性能指標(biāo)的分析和/或指標(biāo)的檢測(cè)值中的噪聲量和/或指標(biāo)的置信度來調(diào)整所述加權(quán)因子或函數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中駕駛員在追蹤刺激以檢測(cè)平滑追視性能指標(biāo)的困難度是變化的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過改變大量正弦曲線的組合和/或低通高斯隨機(jī)過程并且/或者通過特別在駕駛員的視野周邊隨機(jī)停止刺激，提供給駕駛員以檢測(cè)平滑追視性能指標(biāo)的所述刺激在其可預(yù)見性程度上變化。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用角度的RMS值計(jì)算視覺性能指標(biāo)中的至少一個(gè)。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中通過在駕駛員正常駕駛中例如追蹤路標(biāo)時(shí)通常的駕駛員的凝視方向和眼睛預(yù)定動(dòng)作之間的交叉相關(guān)，計(jì)算視覺性能指標(biāo)中的至少一種。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用—般模型響應(yīng)計(jì)算視覺性能指標(biāo)中的至少—種。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用將模型和駕駛員身份聯(lián)系起來的受訓(xùn)模型響應(yīng)，計(jì)算視覺性能指標(biāo)中的至少一種。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中為了檢測(cè)瞳孔反應(yīng)的性能指標(biāo)，對(duì)周圍光線進(jìn)行補(bǔ)償。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用響應(yīng)于在各視角引發(fā)的突然視覺事件的瞳孔反應(yīng)和/或跳視速率的性能指標(biāo)，分析駕駛員的周邊靈敏性。
15.一種系統(tǒng)，用于自動(dòng)執(zhí)行對(duì)操作例如車輛、火車、飛機(jī)、船舶、核反應(yīng)堆、成套設(shè)備、化學(xué)處理等設(shè)備和/或裝置的駕駛員和/或其他人員關(guān)于知覺損害的適應(yīng)性測(cè)試，該系統(tǒng)特別用于進(jìn)行按照上述權(quán)利要求中至少之一的方法。
16.一種例如車輛、火車、飛機(jī)、船舶、核反應(yīng)堆、成套設(shè)備、化學(xué)處理等設(shè)備和/或裝置，對(duì)其操作會(huì)特別引發(fā)對(duì)環(huán)境和他人的普遍的和/或潛在的風(fēng)險(xiǎn)，其包括根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)。
17.一種計(jì)算機(jī)程序，其包括當(dāng)在可編程微機(jī)上運(yùn)行所述程序時(shí)適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至14中至少之一的方法的計(jì)算機(jī)程序編碼工具。
18.如權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)該計(jì)算機(jī)程序在連接到因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，其適于被下載到根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)或該系統(tǒng)的其中一個(gè)組件中。
19.一種存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)程序編碼工具。
全文摘要
公開了一種方法和系統(tǒng)，用于進(jìn)行對(duì)操作例如車輛、火車、飛機(jī)、船舶、核反應(yīng)堆、成套設(shè)備、化學(xué)處理等設(shè)備和/或裝置的駕駛員和/或其他人員的知覺適應(yīng)性測(cè)試(PST)，本發(fā)明是特別為例如車輛、成套設(shè)備和/或裝置啟動(dòng)和停止的知覺損害點(diǎn)火互鎖設(shè)備而設(shè)置的，對(duì)上述設(shè)備的操作會(huì)特別引發(fā)對(duì)環(huán)境和他人的普遍的和/或潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)B60K28/06GK1934596SQ200580009121
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月22日
發(fā)明者特倫特·維克多, 彼得·拉爾森 申請(qǐng)人:沃爾沃技術(shù)公司