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開車不要玩手機!「駕駛者監控系統」以影像辨識偵測分心駕駛行為

車輛中心ARTC_96
・2018/11/21 ・1740字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 591 ・九年級
  • 文/張銘方 ,財團法人車輛研究測試中心 研究發展處

多項調查報告指出,駕駛者分心與疲勞是造成車輛意外事故的重要原因。美國公路運輸安全管理局(National Highway Traffic Safety Adminstration, NHTSA)之統計資料研究指出,每年因為駕駛者分心與疲勞導致之交通事故保守估計至少約占整體交通事故的 10%;因此,NHTSA、歐盟均表示將制訂安裝駕駛者監視系統等規範。

其中,台灣與美國已有交通法規禁止行車中使用手持式行動電話等駕駛異常行為,以避免駕駛分心。相關規範如下表1所示:

圖/ARTC 提供

綜合上述規範分析,現行駕駛狀態監控的項次,主要分為:分心駕駛疲勞駕駛兩大部分。

其中分心駕駛部分,隨著手持式行動裝置普及,多限制駕駛操控車輛時,禁止使用手持式行動裝置進行撥接、通話或發簡訊等分心行為,以避免駕駛分心而造成危險發生。

而在疲勞駕駛部分,目前車輛法規與標準裡皆尚未對駕駛疲勞明確定義,但交通法規裡已將「連續駕駛的時間」當作一個指標,規範駕駛人不得連續駕駛車輛超過一定的時數。

駕駛者監控系統介紹

車輛中心 (ARTC) 駕駛狀態監控系統係以數位訊號處理器為核心,接收攝影機並輔以紅外線投光器等感測元件,擷取車艙內駕駛人臉影像資訊,透過影像處理技術偵測駕駛面部特徵位置,並結合駕駛行為模型,估計駕駛者行駛行為特徵,判斷駕駛者開車之專注力,當系統判定為異常行為發生時,如分心駕駛、手機通話和吸菸等異常行為發生時,系統透過 GPIO(General-purpose input/output)以揚聲器發出警示聲;本系統亦能透過 CAN BUS 介面讀取車速、方向燈等車身訊號,以輔助判斷系統啟動時機,其系統架構如圖 1 所示。

駕駛異常行為監控系統架構。 圖/ARTC 提供

本系統關鍵技術為人臉偵測與臉部特徵辨識演算法、駕駛狀態解析演算法與嵌入式硬體設計技術等,系統判斷邏輯如圖 2 所示。

系統功能判斷邏輯示意。圖/ARTC 提供

分心駕駛行為偵測技術

本系統透過車室內的攝影機與紅外線光源裝置,擷取全天候(日/夜)駕駛面部影像,偵測駕駛人臉五官位置,進行辨識臉部注視方向的駕駛視野分析,並估算頭部(左、右)偏擺量,進而分析駕駛者的分心程度,當超越警示值時,則給予適當的警示,如圖3 所示,其辨識率可達 95% 以上。

臉部偏轉角度示意圖,R_dist與L_dist為臉部邊界至鼻部的距離。圖/ARTC 提供

違規駕駛行為偵測技術

異常行為偵測演算法主要目的為偵測駕駛者打手機與吸菸狀態,而本系統藉由臉部特徵判斷偏擺角度,角度過大時,其為危險駕駛,角度於容許範圍時,亦同時進行異常行為偵測-打手機與抽菸狀態,打手機行為與吸菸行為辨識係參考前述所得人臉五官位置,並透過臉部邊界與人臉五官之幾何關係,取得打手機與吸菸偵測特徵區域搜尋,其偵測方法以分類器演算法進行比對與估測,辨識率可達 90%以上,系統作動警示如圖4所示。

駕駛異常行為作動警示。圖/ARTC 提供

將出現更廣泛運用的駕駛者監控系統

駕駛者監控系統以影像辨識技術為基礎,偵測駕駛人臉五官位置與建置違規駕駛行為模型,以進行駕駛者異常行為偵測,藉由比對資料庫模型而判定行為是否發生,並適時地提出警告;目前駕駛者監控系統可應用於商用車隊駕駛、職業司機安全管理系統,未來隨著法規上路,以及消費者對於行車安全更加注重,預期該系統的成長率與市場規模將會持續成長,如圖 5 所示。

ADAS Submarket Grows Fastest from 2015-2025。圖/Visiongain

駕駛者監控系統為一整合型之系統,除了兼具駕駛狀態監控功能外,未來亦可結合其他安全警示系統(前方碰撞警示、車道偏移系統等),應用影像處理核心平台,推出具多功能之系列產品。

本文出自財團法人車輛研究測試中心原文於此,如需轉載,歡迎與車輛中心聯繫。

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車輛中心ARTC_96
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財團法人車輛研究測試中心 (ARTC),江湖俗稱車測中心,但更希望大家能稱呼我們為「車輛中心」,因為我們不只做測試,我們也做創新研發;我們是由一群對車輛有著專業知識與熱情的工程師所組成,期望透過泛科學這個平台與大家分享各種車輛知識,讓大家更懂車。


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》