TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG CHỐNG NGỦ GẬT TRÊN Ơ TƠ. THIẾT KẾ
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CẢNH BÁO
CHỐNG NGỦ GẬT TRÊN Ô TÔ

Ngành: KỸ THUẬT Ô TƠ
Chun ngành: CƠ KHÍ Ơ TƠ

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Cao Đào Nam
Sinh viên thực hiện

: Trần Hữu Huy

MSSV: 1951080315

Lớp: CO19D

TP. Hồ Chí Minh, năm 2023


TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG CHỐNG NGỦ GẬT TRÊN Ơ TƠ. THIẾT KẾ
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CẢNH BÁO

CHỐNG NGỦ GẬT TRÊN Ô TÔ

Ngành: KỸ THUẬT Ô TƠ
Chun ngành: CƠ KHÍ Ơ TƠ

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Cao Đào Nam
Sinh viên thực hiện

: Trần Hữu Huy

MSSV: 1951080315

Lớp: CO19D

TP. Hồ Chí Minh, năm 2023





LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp em đã được học hỏi nhiều kiến
thức bổ ích trong giáo trình và thực tế từ thầy cơ. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến:
Quý thầy cơ trong viện Cơ Khí của Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Thành
Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức, những kinh nghiệm quý báu trong chuyên
môn cũng như trong các lĩnh vực khác. Sự tận tâm chỉ dạy, sự nhiệt huyết với nghề,
nhiệt tình của thầy cơ là động lực lớn giúp em phát triển hơn và trau dồi thêm kiến
thức, giúp em vượt qua khó khăn trong học tập cũng như trong cuộc sống.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy ThS. Cao Đào Nam đã giúp đỡ

và hướng dẫn em hoàn thành Luận Văn tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày.........tháng.........năm 2023
Sinh viên thực hiện đề tài

Trần Hữu Huy

i


TĨM TẮT
Ngành ơ tơ đang giữ một vị trí quan trọng trong hoạt động kinh tế và xã hội. Ô tơ
được sử dụng phổ biến và thường xun vì vậy cần phải đảm bảo được sự an toàn
cho người sử dụng, cũng như người điều khiển cần phải có tinh thần tỉnh táo và tập
trung cao độ khi tham gia giao thông. Nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật và công nghệ
mới đã được áp dụng nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông bắt nguồn từ nhiều nguyên
nhân khác nhau. Trên thực tế, nghiên cứu chuyên sâu từ Hiệp hội An tồn giao thơng
của Hoa Kỳ cho rằng việc lái xe khi ngủ ít hơn 5 tiếng một ngày cũng nguy hiểm
khơng khác gì uống rượu bia khi lái xe. Nghiên cứu cũng cho rằng khá khó khăn
trong việc phát hiện buồn ngủ khi lái xe, khiến đây trở thành vấn đề an tồn giao
thơng cấp bách hiện nay.
Ngày nay, cùng với sự phát triển và tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật thì
xử lý ảnh là một trong những vấn đề cần được quan tâm và phát triển. Sự phổ biến
của kit Raspberry Pi với kích thước nhỏ gọn, được xem như máy tính thu nhỏ nên có
nhiều nghiên cứu và ứng dụng kit Raspberry Pi trong thực tiễn. Ứng dụng kit
Raspberry Pi vào xử lý ảnh nhằm đưa ra một số giải pháp xử lý ảnh để áp dụng vào
đời sống. Trong luận văn này, em cố gắng tìm ra các thuật tốn, cũng như những giải
pháp tối ưu, đơn giản nhưng mang lại độ chính xác cao, đáp ứng được nhu cầu thực
tế. Em tiến hành mơ phỏng những bài tốn xử lý ảnh đơn giản, nhận dạng ảnh tĩnh và
nhận dạng trực tiếp qua camera trên chương trình Python và phát triển nhận dạng theo

dõi chính xác trạng thái mở hoặc đóng của mắt trong thời gian thực hiện trên kit
Raspberry Pi 3. Khuôn mặt được phát hiện bằng phương pháp: phương pháp sử dụng
bộ phân loại mạnh AdaBoost dựa trên các đặc trưng Haar-like. Mắt được nhận dạng
bằng cách đánh dấu các bộ phận trên khn mặt bằng thuật tốn Facial Landmarks,
sau đó tính khoảng cách giữa hai mí mắt bằng khoảng cách Euclide để nhận diện
trạng thái mắt và phát hiện trạng thái ngủ gật.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ix
Chương 1. HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGỦ GẬT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1
1.1. CÁC HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGỦ GẬT .......................................................1
1.1.1. Dạng đeo lên tai người lái .................................................................................1
1.1.2. Dạng lắp đặt trên xe ô tô ...................................................................................2
1.2. XÁC ĐỊNH NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN VÀ BIỂU HIỆN CỦA TRẠNG
THÁI NGỦ GẬT ........................................................................................................7
1.3. CÁC PHẦN MỀM XỬ LÝ HÌNH ẢNH .............................................................9
1.3.1. Tổng quan về xử lý ảnh .....................................................................................9
1.3.2. Thư viện OpenCV ...........................................................................................12
1.3.3. Cách tổ chức thư viện .....................................................................................12
1.3.4. Ngơn ngữ lập trình Python ..............................................................................14
1.4. PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ...........................................................15
1.5. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẢNH BÁO CHỐNG NGỦ GẬT TRÊN Ô TƠ ...........18
Chương 2. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ...............22

2.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN ĐỂ THIẾT BỊ GIÁM SÁT
NHẬN BIẾT TRẠNG THÁI NGỦ GẬT .................................................................22
2.1.1. Xác định tư thế tựa đầu dựa vào phát hiện khuôn mặt trong các trường hợp đầu
chuyển động ..............................................................................................................22

iii


2.2. TÌM CON NGƯƠI TỪ KHN MẶT ĐỂ XÁC ĐỊNH MẮT NHẮM HAY MỞ
...................................................................................................................................25
2.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM PHÁT HIỆN NGỦ GẬT BẰNG CÁC THUẬT TOÁN
ĐỀ XUẤT .................................................................................................................27
2.4. TỔNG QUAN VỀ KIT RASPBERRY PI 3 .......................................................33
2.4.1. Giới thiệu Raspberry Pi ...................................................................................33
2.4.2. Cấu tạo kit Raspberry Pi 3 ..............................................................................34
2.4.3. Hệ điều hành ...................................................................................................37
2.5. CÀI ĐẶT HỆ ĐIỀU HÀNH CHO KIT RASPBERRY PI 3 .............................38
2.5.1. Thiết bị cần dùng để cài đặt ............................................................................38
2.5.2. Cài đặt hệ điều hành Raspbian ........................................................................39
2.5.3. Điều khiển Raspberry Pi 3 từ xa bằng cách remote máy tính .........................40
2.6. CÀI ĐẶT THƯ VIỆN CHO RASPBERRY PI 3 ...............................................44
2.6.1. Cài đặt OpenCV ..............................................................................................44
2.6.2. Cài đặt thư viện dlib ........................................................................................50
Chương 3. THI CÔNG HỆ THỐNG .....................................................................53
3.1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG................................................................................53
3.1.1. Ảnh từ camera .................................................................................................54
3.1.2. Tiền xử lý ........................................................................................................54
3.1.3. Phát hiện khuôn mặt ........................................................................................54
3.1.4. Đánh dấu cấu trúc khuôn mặt .........................................................................55
3.1.5. Trích xuất vùng mắt và tính tốn tỷ lệ mắt .....................................................55

3.1.6. Phát hiện ngủ gật .............................................................................................56
3.1.7. Cảnh báo..........................................................................................................56
3.2. KẾT QUẢ ..........................................................................................................56
iv


Chương 4. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .....................58
4.1. KẾT QUẢ ..........................................................................................................58
4.2. NHẬN XÉT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................................60
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ..................64
5.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................64
5.1.1. Ưu điểm ...........................................................................................................64
5.1.2. Nhược điểm .....................................................................................................65
5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .............................................................65
5.2.1. Hướng khắc phục ............................................................................................65
5.2.2. Hướng phát triển .............................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................67

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống cảnh báo ngủ gật dạng đeo lên tai ...............................................2
Hình 1.2. Hệ thống Attention Assist khi cảnh báo ......................................................3
Hình 1.3. Mơ phỏng hệ thống cảnh báo ngủ gật trên hãng xe Lexus .........................4
Hình 1.4. Hệ thống Driver Alert Control đọc vị trí của xe trong làn đường ...............4
Hình 1.5. Dấu hiệu điều khiển xe khơng an tồn ........................................................5
Hình 1.6. Biểu tượng cảnh báo ...................................................................................5
Hình 1.7. Hệ thống bám làn đường của Bosch ..........................................................6
Hình 1.8. Hệ thống ghế ngồi phát hiện ngủ gật ..........................................................6

Hình 1.9. Hệ thống phát hiện ngủ gật bằng camera ...................................................7
Hình 1.10. Các phương pháp phát hiện trạng thái buồn ngủ ......................................8
Hình 1.11. Tổng quan về xử lý ảnh .............................................................................9
Hình 1.12. Quy trình xử lý ảnh ...................................................................................9
Hình 1.13. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh ............................................................10
Hình 1.14. Các thành phần cơ bản của hệ thống xử lý ảnh ...................................... 11
Hình 1.15. Tổ chức thư viện OpenCV ......................................................................13
Hình 1.16. Ngơn ngữ lập trình Python ......................................................................14
Hình 1.17. Hệ thống camera hồng ngoại ..................................................................16
Hình 1.18. 68 điểm nhận diện trên khn mặt ..........................................................17
Hình 1.19. Tư thế ngồi khi lái xe ..............................................................................18
Hình 1.20. Minh họa hệ thống chống ngủ gật được lắp trên xe................................19
Hình 1.21. Mơ phỏng hệ thống cảnh báo ngủ gật .....................................................19
Hình 1.22. Minh họa hệ thống camera tiếp nhận hình ảnh .......................................20
Hình 1.23. Sơ đồ kết nối hệ thống chống ngủ gật .....................................................21
Hình 2.1. Hệ trục tọa độ của Frame ảnh ...................................................................22
vi


Hình 2.2. Trạng thái khn mặt ở vị trí chuẩn ..........................................................23
Hình 2.3. Khn mặt đang quay sang bên phải ........................................................24
Hình 2.4. Khn mặt đang quay sang bên trái ..........................................................24
Hình 2.5. Khn mặt đang ngửa ra sau.....................................................................25
Hình 2.6. Khn mặt đang cúi xuống đất .................................................................25
Hình 2.7. Vị trí con ngươi trong trường hợp mắt đang mở.......................................26
Hình 2.8. Vị trí con ngươi trong trường hợp mắt đang đóng ....................................26
Hình 2.9. Lược đồ tổng quát chương trình phát hiện buồn ngủ................................29
Hình 2.10. Lược đồ chương trình xác định vị trí khn mặt của người lái xe .........30
Hình 2.11. Lược đồ xác định vùng mặt theo phát hiện vùng mũi.............................31
Hình 2.12. Lược đồ xác định vùng mắt và con ngươi ..............................................32

Hình 2.13. Mạch Raspberry Pi 3 ...............................................................................34
Hình 2.14. Các cổng kết nối ngoại vi ........................................................................36
Hình 2.15. Sơ đồ chân của Raspberry Pi 3 ...............................................................37
Hình 2.16. Hệ điều hành Raspbian stretch ................................................................39
Hình 2.17. Phần mềm Formatter ...............................................................................39
Hình 2.18. Phần mềm Win32 Disk Imager ...............................................................40
Hình 2.19. Lưu vào ổ đĩa ..........................................................................................40
Hình 2.20. Thêm địa chỉ IP của Raspberry Pi ...........................................................41
Hình 2.21. Nhập địa chỉ IP của Raspberry pi ............................................................41
Hình 2.22. Chuyển tiếp X11 qua SSH ......................................................................42
Hình 2.23. Cài đặt xrdp .............................................................................................42
Hình 2.24. Sử dụng Remote Desktop .......................................................................43
Hình 2.25. Nhập username và password ...................................................................43
Hình 2.26. Giao diện của hệ điều hành Raspbian Stretch .........................................44
vii


Hình 2.27. Mơi trường ảo CV ...................................................................................47
Hình 2.28. Biên dịch OpenCV 3 trong Raspberry Pi 3 .............................................48
Hình 2.29. OpenCV 3 đã cài đặt ...............................................................................50
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................53
Hình 3.2. Phát hiện ngủ gật .......................................................................................57
Hình 4.1. Phát hiện khn mặt ..................................................................................58
Hình 4.2. Đánh dấu 68 điểm của khn mặt.............................................................58
Hình 4.3. Phát hiện trạng thái mắt ở nhiều trường hợp ............................................59
Hình 4.4. Phát hiện ngủ gật vào ban ngày khơng đeo kính ......................................59
Hình 4.5. Phát hiện ngủ gật vào ban ngày có đeo kính .............................................60
Hình 4.6. Phát hiện ngủ gật vào ban đêm khơng đeo kính .......................................60

viii



DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1. Kết quả nhận dạng trạng thái mắt với trường hợp góc thẳng ...................61
Bảng 4.2. Kết quả nhận dạng trạng thái mắt với trường hợp góc nghiêng ...............62

ix


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

Chương 1. HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGỦ GẬT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
1.1. CÁC HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGỦ GẬT
Hiện nay , các hệ thống cảnh báo ngủ gật được sử dụng rộng rãi ở một số nước
trên thế giới có hai dạng : dạng đeo lên tai lái xe và dạng gắn trên xe như một hệ
thống hỗ trợ người lái nhận biết dấu hiệu buồn ngủ.
1.1.1. Dạng đeo lên tai người lái
Về cấu tạo, hệ thống chống ngủ gật đeo tai được làm từ vật liệu dẻo siêu nhẹ
với phần móc cài qua tai giống như tai nghe nhạc headphone. Khi được kích hoạt,
chức năng cảm biến bên trong máy sẽ đo góc vng khi đầu thẳng. Thiết bị báo động
thơng báo góc đo ở mức 0° khi lái xe tỉnh táo (đầu giữ ở tư thế thẳng). Khi người lái
có dấu hiệu gục đầu, đầu ngã xuống, góc đo của máy cảm biến tự động tăng từ 0° 15° hay 30°, máy lập tức phát âm thanh để cảnh báo người dùng. Âm thanh này được
thiết lập đủ lớn để đánh thức lái xe, âm thanh này khơng q chói để tránh tình trạng
người đeo chồng tỉnh dậy và nhấn nhầm ga hay bẻ vơ lăng do giật mình.
Thiết bị cảnh báo chống ngủ gật là một sản phẩm được sản xuất dựa trên các
nghiên cứu sáng tạo. Phụ kiện tiện ích này có khả năng cứu sống mọi lái xe khi nguy
cơ cơn buồn ngủ, mệt mỏi đột nhiên kéo đến. Lái xe chỉ việc đeo lên tai phải, phụ
kiện tự kích hoạt hoạt động dựa trên nguyên tắc cân bằng điện tử qua một thiết bị

cảm biến. Khi đầu bạn gật về một phía, một âm thanh báo động lớn và rung mạnh sẽ
đánh thức bạn, cảnh báo lái xe và hành khách.Cảnh báo chỉ được phát ra khi có góc
nghiêng xuất hiện một mức độ nhất định, Thiết bị báo động này không chỉ được thiết
kế dành riêng cho lái xe, nó cũng có thể có tác dụng hoàn hảo cho bất cứ ai cần được
tỉnh táo khi làm nhiệm vụ. Ví dụ, các em học sinh sinh viên đang học tập, nhân viên
bảo vệ đang làm nhiệm vụ, người đang điều khiển máy móc. Sản phẩm tuyệt vời với
thiết kế nhỏ gọn, tinh tế, dễ dàng trang bị lên tai người sử dụng.

1


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

Hình 1.1. Hệ thống cảnh báo ngủ gật dạng đeo lên tai

Ưu điểm:
+ Thiết bị sẽ không hoạt động khi người lái đang trong trạng thái tỉnh táo bình
thường với mắt nhìn phía trước.
+ Thiết kế gọn nhẹ với chất liệu cao su mềm, tạo cảm giác thoải mái..
+ Trọng lượng nhẹ, phù hợp với mọi kích cỡ tai, dù người lớn hay trẻ em.
+ Cách đơn giản nhất để trở lên tỉnh táo, khơng cần sử dụng caffeine hoặc dược
phẩm.
Nhược điểm: có thể cảnh báo trong những trường hợp không mong muốn hoặc
gây giật mình cho lái xe khi âm lượng quá cao.
1.1.2. Dạng lắp đặt trên xe ơ tơ
Dạng này thì các thiết bị được lắp đặt trên xe ô tô với hệ thống camera và màn
hình cảm biến. Một số hãng xe nổi tiếng đang sử dụng hệ thống cảnh báo ngủ gật
dạng này:

Hãng Mercedes - Benz: thiết bị Attention Assist sử dụng bộ điều khiển động cơ
để giám sát các thay đổi về điều khiển vô lăng và hành vi lái xe của người ngồi trên
xe, báo động khi cần thiết.
2


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

Hệ thống Attention Assist (Hệ thống cảnh báo mất tập trung) sẽ tự động ghi
nhận các hành vi lái của người điều khiển xe như : cách vào số, tăng tốc, rà phanh,
chỉnh âm lượng…và hơn 70 thông số khác trên xe trong khoảng thời gian 20 phút
đầu tiên để làm tiêu chuẩn. Khi di chuyển trên đường, nếu tài xế có những biểu hiện
khác với các hành vi đã được ghi nhận tiêu chuẩn trước đó. Hệ thống cảnh báo mất
tập trung – Attention Assist sẽ phát ra một cảnh báo bằng âm thanh rất lớn (tiếng
Tinh..Tinh….Tinh…) kèm theo dịng thơng báo “ Take A Break” với hình ly cà phê
hiện lên. Nếu hệ thống này cảnh báo chắc hẳn bạn đang trong tình trạng căng thẳng
mất tập trung hay buồn ngủ, vui lịng bạn tìm điểm dừng chân gần nhất để nghỉ ngơi
một ít phút trước khi cuộc hành trình. Hệ thống này hoạt động khi phương tiện di
chuyển với dãy tốc độ từ 60km/h đến 200km/h.

Hình 1.2. Hệ thống Attention Assist khi cảnh báo

3


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy


Hãng Lexus: gắn camera tại bảng táp lô để quan sát gương mặt của lái xe thay
vì hành vi của người đó, cảnh báo lái xe khi phát hiện dấu hiệu buồn ngủ.

Hình 1.3. Mô phỏng hệ thống cảnh báo ngủ gật trên hãng xe Lexus

Hãng Volvo: hệ thống Driver Alert Control cũng chính là hệ thống cảnh báo sai
làn: giám sát và hỗ trợ lái xe đi đúng làn đường, cảnh báo khi phát hiện dấu hiệu lấn
làn. Mục tiêu của chức năng này là phát hiện khả năng lái xe đang giảm dần và nó
chủ yếu dành cho những con đường lớn. Chức năng này không dành cho giao thông
thành phố. Chức năng này được kích hoạt khi tốc độ vượt quá 65 km/h và vẫn hoạt
động miễn là tốc độ trên 60 km/h.

Hình 1.4. Hệ thống Driver Alert Control đọc vị trí của xe trong làn đường

4


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

Một camera phát hiện các vạch cạnh được sơn trên đường và so sánh sự căn
chỉnh của đường với chuyển động vô lăng của người lái xe.

Hình 1.5. Dấu hiệu điều khiển xe khơng an toàn

Nếu hành vi lái xe trở nên mâu thuẫn đáng chú ý, người lái xe sẽ được cảnh báo
bằng biểu tượng trên màn hình trình điều khiển, kết hợp với tín hiệu âm thanh và tin
nhắn văn bản “Đã đến lúc nghỉ giải lao”.


Hình 1.6. Biểu tượng cảnh báo

Nếu xe được trang bị Sensus Navigation và đã kích hoạt chức năng “Hướng dẫn
Dừng Nghỉ ngơi”, các gợi ý về một nơi thích hợp để nghỉ giải lao cũng được hiển thị.
Cảnh báo được lặp lại sau một thời gian nếu hành vi lái xe không được cải thiện. Hệ
thống bám làn đường của Bosch: Như tên gọi, hệ thống bám làn đường giúp xe chạy
ổn định trong một làn đường, nhờ vào cảm biến phía trước mũi xe. Bên cạnh đó, một

5


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

số dữ liệu như góc lệch từ vơ-lăng, chân ga, hệ thống đèn báo cũng được hệ thống
thu thập để đưa ra những cảnh báo kịp thời cho người điều khiển xe.

Hình 1.7. Hệ thống bám làn đường của Bosch

Hệ thống ghế ngồi phát hiện ngủ gật: Phía dưới và lưng ghế ngồi sẽ được trang
bị các mạch tĩnh điện. Chức năng của các mạch này nhằm xác định các xung tần của
nhịp tim, từ đó xác định người lái có đang ngủ gật hay khơng.

Hình 1.8. Hệ thống ghế ngồi phát hiện ngủ gật

6



Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

Hệ thống phát hiện ngủ gật bằng camera nhận diện khuôn mặt: Công nghệ cảnh
báo ngủ gật có cấu tạo gồm hai camera hồng ngoại xác định mắt của người điều khiển
trong suốt quá trình xe di chuyển. Nó hoạt động khơng phụ thuộc vào nguồn sáng nên
khi xe chạy trong bóng tối, camera vẫn theo dõi tốt mắt của người lái. Dữ liệu từ số
lần và tốc độ chớp mắt, hệ thống này sẽ xác định người lái có đang trong trạng thái
mệt mỏi hay ngủ gật khơng.

Hình 1.9. Hệ thống phát hiện ngủ gật bằng camera

Các hệ thống cảnh báo ngủ gật lắp đặt trên ơ tơ có các ưu và nhược điểm sau:
+ Ưu điểm: cho độ chính xác cao.
+ Nhược điểm: lắp ráp và cài đặt phức tạp, giá thành cao.
1.2. XÁC ĐỊNH NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN VÀ BIỂU HIỆN CỦA
TRẠNG THÁI NGỦ GẬT
Để phát hiện trạng thái buồn ngủ có nhiều phương pháp khác nhau như trình
bày ở hình 1.10 bao gồm:
Giám sát mơ hình lái: Thu nhận các thơng số hành vi lái. Tín hiệu góc lái từ ESP
hoặc hệ thống trợ lực điện, âm thanh nghe được, sự rung động của xe. Vị trí của xe
trong máy theo dõi làn đường: Giám sát từ hành vi giữ làn đường, sử dụng camera đa
năng (MPC). Giám sát mắt và khn mặt lái xe: Phân tích hành vi nhắm mắt, phát
hiện ngáp. Đo lường các hiệu ứng sinh lý học về hoạt động não, nhịp tim, độ dẫn điện
của da. sử dụng điện não đồ (EEG), điện tâm đồ (EMG), tác động điện giải (EDA).
7


Luận Văn Tốt Nghiệp


SVTH: Trần Hữu Huy

Hình 1.10. Các phương pháp phát hiện trạng thái buồn ngủ

Các cảnh báo buồn ngủ nêu trên dựa trên đặc tính của con người khi buồn ngủ
như sau: Khi mất tập trung, các kỹ năng vận động của con người cũng sẽ kém đi, dẫn
đến việc không chỉnh tay lái và hành vi lái xe khơng cịn chính xác. Trong trường hợp
cực đoan của hiện tượng ngủ gật, ta có thể quan sát được chuỗi các phản ứng liên
quan đến hoạt động của con người.
Góc lái khơng đổi.
Mí mắt sẽ được đóng lại hoặc mở nhìn chằm chằm khơng chớp mắt.
Vị trí định hướng lái của xe khơng bình thường.
Điều chỉnh q mức góc lái.
Các cảnh báo này cũng có thể xảy ra trong điều kiện lái xe bình thường, nhưng
sẽ xuất hiện thường xuyên hơn khi tăng mức độ buồn ngủ. Trong các phương pháp
nêu trên hình 1.10, hầu hết đều cần nhiều thiết bị mà ta khó thực hiện trong thực tế.
Vì vậy, phương pháp dùng camera để giám sát mắt, con ngươi, vị trí đầu của lái xe,
là phương pháp có nhiều ưu thế để phát hiện trạng thái buồn ngủ của lái xe. Tuy nhiên,
phương pháp này gặp trở ngại thực tế là hình ảnh thu được từ camera phụ thuộc thời
tiết, ánh sáng mặt trời, ngày hay đêm, vị trí đặt camera.
8


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

1.3. CÁC PHẦN MỀM XỬ LÝ HÌNH ẢNH
1.3.1. Tổng quan về xử lý ảnh


Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai trị
quan trọng nhất. Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử
lý ảnh và đồ hoạ phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống.
Xử lý ảnh và đồ hoạ đóng một vai trị quan trọng.
Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho
ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh
“tốt hơn” hoặc một kết luận.
Ảnh
“Tốt hơn”
XỬ LÝ ẢNH

Ảnh

Kết luận
Hình 1.11. Tổng quan về xử lý ảnh

Ảnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem như là đặc
trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào đó của đối tượng
trong khơng gian và nó có thể xem như một hàm n biến. Do đó, ảnh trong xử lý ảnh
có thể xem như ảnh n chiều.

Hệ quyết
định
Thu nhận
ảnh

Tiền xử lý

Đối sánh

rút ra kết
luận

Hậu xử lý

Lưu trữ

Hình 1.12. Quy trình xử lý ảnh

9


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

Đây là một ngành khoa học mới rất phát triển trong những năm gần đây, tốc độ
phát triển nhanh chóng và được nghiên cứu, phát triển bởi các trung tâm nghiên cứu.
Xử lý ảnh là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tính hiệu xử lý là ảnh. Xử lý
ảnh được chia làm 4 lĩnh vực chính: xử lý nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh,
nén ảnh và truy vấn ảnh. Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ những ứng dụng
chính như: nâng cao chất lượng độ sáng và độ phân giải của ảnh, phân tích ảnh. Ứng
dụng được biết đến đầu tiên đó chính là nâng cao chất lượng hình ảnh báo được truyền
qua cáp từ Luân Đôn đến New York từ những năm 1920. Càng về sau, nhờ sự xuất
hiện và phát hiện mạnh mẽ của máy tính đã tạo điều kiện cho các q trình thực hiện
các thuật toán xử lý ảnh được nâng cao và phát triển hơn nữa. Các ứng dụng của xử
lý ảnh càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: khơi phục
hình ảnh, chỉnh sửa, điều chỉnh độ phân giải trong lĩnh vực y tế, thám hiểm, truyền
và mã hóa, thị giác máy tính, robot, xử lý màu. Các bước cần thiết trong xử lý ảnh.
Trước đây, hình ảnh được thu từ camera là các ảnh tương tự. Với sự phát triển của

công nghệ, ảnh màu hoặc ảnh đen trắng được lấy từ camera, sau đó được chuyển trực
tiếp qua ảnh số để dễ dàng cho các bước xử lý tiếp theo. Dưới đây sẽ mô tả về các
bước trong xử lý ảnh.
Thu nhận ảnh

Tiền xử lý

Cơ sở tri thức

Kết quả

Phân đoạn ảnh

Biểu diễn và mô
tả

Nhận dạng và nội
suy

Hình 1.13. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh

10


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Trần Hữu Huy

Thu nhận ảnh: ảnh được nhận qua camera màu hoặc trắng đen. Thông thường
ảnh được nhận qua camera, video. Tiền xử lý: sau bộ thu nhận ảnh, hình ảnh có thể

có độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng hình
ảnh. Bộ tiền xử lý có chức năng lọc, nâng độ tương phản để làm cho ảnh rõ hơn và
sắc nét hơn. Phân đoạn ảnh: còn gọi là phân vùng ảnh. Là tách một ảnh đầu vào thành
các vùng thành phần nhỏ hơn để biểu diễn phân tích và nhận dạng ảnh. Biểu diễn ảnh
và mơ tả ảnh: ảnh đã được phân loại chứa nhiều điểm ảnh của vùng ảnh. Việc biến
đổi các số liệu này thành dạng thích hợp cho việc xử lý tiếp theo của máy tính. Chúng
ta phải tìm các vùng đặc trưng của ảnh, tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông
tin hoặc để làm cơ sở cho sự phân biệt giữa lớp đối tượng này với lớp đối tượng khác
trong phạm vi của ảnh mà chúng ta nhận được. Nhận dạng và nội suy ảnh: nhận dạng
ảnh là quá trình xác định ảnh. Bằng cách so sánh mẫu với mẫu chuẩn đã được lưu trữ
từ trước. Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng.
Cơ sở tri thức: như đã biết, ảnh là một đối tượng phức tạp về đường nét, độ sáng
tối, dung lượng điểm ảnh. Trong nhiều quá trình xử lý và phân tích ảnh. Ngồi việc
đơn giản hóa các phương pháp tốn học để đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong
muốn bắt chước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo phương pháp trí tuệ con người.
Cho nên, cơ sở tri thức được phát huy và được xử lý theo phương pháp trí tuệ con
người ở nhiều khâu khác nhau.

Bộ phận hiển thị

Máy tính

Lưu trữ trong

In ấn và lưu trữ
ngoài

Phần cứng xử lý ảnh
chuyên dụng


Phần mềm xử lý
ảnh

Bộ phận thu nhận
ảnh
Hình 1.14. Các thành phần cơ bản của hệ thống xử lý ảnh

11