ИИ для компьютерного зрения помогает системам мониторинга внимания водителя

Долгая дорога по шоссе, ночная поездка или насыщенный день могут утомить любого водителя. Но даже кратковременная потеря внимания может серьёзно повлиять на безопасность дорожного движения.

Поэтому многие автопроизводители внедряют новые технологии, помогающие водителям сохранять бдительность и концентрацию. От датчиков, отслеживающих движения руля, до камер, распознающих признаки усталости, — современные автомобили всё лучше определяют, когда внимание водителя начинает рассеиваться.

В частности, благодаря компьютерному зрению, одной из областей искусственного интеллекта (AI), машины теперь могут интерпретировать изображения и видео подобно человеку. В автомобилях компьютерное зрение можно применять в системах мониторинга внимания водителя для анализа его позы, выражения лица и движений глаз.

Например, модели Vision AI, такие как Ultralytics YOLO11 и Ultralytics YOLO26, поддерживают задачи компьютерного зрения, включая обнаружение объектов (распознавание объектов на изображении и определение их местоположения), отслеживание объектов (сопровождение объектов в последовательности кадров) и сегментацию экземпляров (отделение отдельных объектов от фона). Эти задачи можно использовать для мониторинга позы водителя, положения его головы и общего уровня внимательности.

В этой статье мы рассмотрим причины невнимательности и сонливости за рулём, расскажем, как Vision AI используется в системах мониторинга внимания водителя и как эти системы помогают сделать будущее водителей повсюду безопаснее.

Что такое невнимательность и сонливость за рулём?#

Чтобы сохранять концентрацию за рулём, нужно постоянно быть внимательным. Каждую секунду водители следят за дорожными знаками и сигналами светофора, а также за движением окружающих автомобилей. Стоит концентрации ослабнуть, даже ненадолго, и риск аварии резко возрастает.

Исследования показывают: водители, которые чаще или надолго отводят взгляд от дороги или часто нажимают кнопки в салоне автомобиля, с большей вероятностью попадут в аварию или едва избегут столкновения, хотя риск не обязательно возрастает ровно вдвое.

Эти результаты показывают, как легко может рассеяться внимание, — это явление называют невнимательностью водителя. Она возникает, когда водитель отвлекается от дороги взглядом или мыслями: например, проверяет телефон, переключает музыку или погружается в раздумья. Даже короткого взгляда в сторону на две секунды может хватить, чтобы не заметить тормозящую впереди машину или красный сигнал светофора.

Рис. 1. Примеры отвлечённого водителя. (Источник)

Сонливость за рулём, напротив, развивается постепенно и часто вызвана усталостью или недостатком сна. Сонный водитель может медленно моргать, клевать носом или ослаблять хватку на руле. По мере нарастания усталости реакция замедляется, а управлять автомобилем становится сложнее.

Как определить, что водитель бодрствует#

Вот несколько распространённых признаков невнимательности или сонливости водителя:

• Частота и продолжительность моргания: водитель моргает медленнее или чаще обычного.
• Положение и наклон головы: голова водителя опускается вперёд или наклоняется в сторону.
• Движения глаз и направление взгляда: водитель слишком долго смотрит в сторону от дороги.
• Отсутствие движений рулём: во время вождения водитель редко или с задержкой подруливает.

Сначала эти признаки могут быть едва заметными, но со временем становятся всё очевиднее, особенно в долгих поездках или ночью. Если распознать их на ранней стадии, водителям будет проще сохранять бдительность и концентрацию и безопасно вести автомобиль.

Зачем нужен мониторинг внимания водителя#

Даже при наличии передовых функций, таких как система удержания в полосе, помогающая сохранять положение автомобиля в центре полосы, и адаптивный круиз-контроль, поддерживающий безопасную дистанцию, аварии всё равно возможны, если водитель отвлечётся. Технологии повышают безопасность, но водитель по-прежнему несёт ответственность за внимательность.

Чтобы снизить эти риски, в новых разработках используют камеры с Vision AI, которые отслеживают лицо и глаза водителя. Эти технологии, известные как системы мониторинга внимания водителя, предназначены для раннего выявления признаков усталости или отвлечения и помогают водителям сохранять бдительность и безопасность.

Рис. 2. Системы на основе Vision AI можно использовать для мониторинга внимания водителя. (Источник)

Когда система замечает предупреждающие признаки — например, более медленное моргание, кивание головой или блуждающий взгляд, — она обычно подаёт ненавязчивые сигналы, например визуальное или звуковое предупреждение, побуждая водителя снова сосредоточиться до того, как опасность возрастёт.

Мониторинг внимания водителя: принцип работы#

Системы мониторинга внимания водителя предназначены для распознавания момента, когда водитель начинает терять концентрацию. Это может происходить постепенно, и водитель может даже этого не заметить. Обычно такие системы используют небольшую камеру, установленную рядом с рулевым колесом или на приборной панели, чтобы непрерывно наблюдать за лицом и глазами водителя.

Для надежной работы в любых условиях многие системы используют инфракрасные камеры, которые четко фиксируют черты лица даже ночью, при слабом освещении и в плохую погоду. Поскольку для мониторинга внимания водителя критически важна своевременная реакция, видео с камер нужно анализировать в реальном времени, чтобы обнаруживать признаки усталости или отвлечения и реагировать на них.

Как Vision AI интерпретирует поведение водителя#

Как же работают такие системы? Камеры снимают видео в реальном времени, которое анализируют модели Vision AI, обученные интерпретировать позу и выражение лица человека. Модели обнаруживают тонкие визуальные сигналы, указывающие на то, насколько внимателен или отвлечён водитель. Например, попробуй модель обнаружения сонливости водителя, дообученную на YOLO26n на платформе Ultralytics, или обучи собственную модель на наборе данных для обнаружения сонливости водителя.

Анализ мимики и позы#

Интегрированная с этими моделями система Vision AI может обнаруживать и отслеживать лицо и положение тела водителя с помощью методов оценки позы. Она определяет ключевые точки — глаза, нос, рот, плечи и положение головы, — что позволяет ей отслеживать движения и положение тела даже при изменении освещения или позы водителя.

Обнаружив лицо водителя, система оценивает ориентацию его головы, чтобы определить, куда он смотрит: прямо на дорогу, вниз на устройство или в сторону. Затем система анализирует глаза: частоту и длительность моргания, а также направление взгляда, чтобы оценить внимательность водителя.

Рис. 3. Система мониторинга внимания водителя в действии. (Источник)

Медленное моргание, закрытые глаза или взгляд, отведенный от дороги, могут указывать на усталость или отвлечение. Некоторые системы также используют машинное обучение, чтобы отслеживать позу и движения в течение времени и сравнивать их с обычным внимательным поведением. Так они выявляют постепенные изменения: кивание головой, сутулость или замедленную реакцию.

Обнаружение усталости и предупреждение водителя#

Если система обнаруживает первые признаки усталости или невнимательности, она подает ненавязчивый сигнал, помогая водителю снова сосредоточиться. Это может быть тихий звуковой сигнал, вибрация рулевого колеса или напоминание на приборной панели. Если водитель не реагирует, предупреждения становятся заметнее, пока он снова не начнет следить за дорогой.

Vision AI поддерживает и другие функции помощи водителю и обеспечения безопасности#

Помимо мониторинга внимания водителя, Vision AI может улучшить целый ряд функций безопасности и помощи водителю, доступных в современных автомобилях. Например, обнаружив признаки отвлечения или сонливости, система может передать эту информацию другим бортовым системам. Это позволит автомобилю скорректировать поведение и помочь водителю двигаться безопасно и плавно.

Вот несколько других систем, предназначенных для помощи водителю:

• Адаптивный круиз-контроль: поддерживает заданную скорость и автоматически регулирует ее, чтобы сохранять безопасную дистанцию до впереди идущего автомобиля.
• Система удержания в полосе: Система мягко корректирует направление рулевого управления, помогая автомобилю держаться в центре полосы и не допускать случайного съезда.
• Система предупреждения о фронтальном столкновении: предупреждает водителя о потенциальном столкновении или резком замедлении потока.
• Системы помощи при вождении без рук на руле: эти функции позволяют ограниченно управлять автомобилем без рук на совместимых дорогах, одновременно отслеживая внимание водителя для обеспечения безопасности. Например, General Motors Super Cruise и Ford BlueCruise используют встроенные в автомобиль камеры, чтобы следить за вниманием водителя и подавать предупреждения, если он отвлекается.

Рис. 4. Пример использования Vision AI для предупреждения водителя о фронтальном столкновении. (Источник).

Vision AI спасает жизни на дорогах#

Системы мониторинга внимания водителя — не просто экспериментальные новинки, их уже внедряют в серийное производство. Усталость и отвлечение — повседневные проблемы водителей-дальнобойщиков, которые часто проводят за рулем долгие часы и редко отдыхают.

Vision AI уже помогает решать эту проблему, отслеживая внимательность водителя в реальном времени. Хороший пример — усовершенствованная система Driver Alert Support, представленная Volvo Trucks. Она сочетает направленную на водителя камеру для отслеживания взгляда с фронтальной камерой, которая следит за положением автомобиля в полосе и манерой вождения. Кроме того, другие автопроизводители интегрируют системы мониторинга водителя на основе компьютерного зрения и AI, чтобы водитель оставался внимательным и сосредоточенным.

Плюсы и минусы мониторинга внимания водителя#

Вот основные преимущества систем мониторинга внимания водителя:

• Обнаружение в реальном времени: модели компьютерного зрения анализируют выражение лица, движения глаз и положение головы в реальном времени, что позволяет заранее обнаружить усталость или отвлечение.
• Ненавязчивый мониторинг: в отличие от носимых датчиков, системы на основе камер пассивно отслеживают внимание, не требуя физического контакта или дополнительных усилий от водителя.
• Масштабируемость и адаптивность: модели на основе компьютерного зрения можно постоянно переобучать и совершенствовать на новых данных, повышая точность при разном освещении, для разных типов лиц и в различных условиях.

У систем мониторинга внимания водителя много преимуществ, но есть и ограничения, которые важно учитывать. Вот основные факторы:

• Проблемы с освещением и видимостью: качество работы компьютерного зрения может снижаться при слабом освещении или бликах, а также если водитель носит очки с отражающими линзами или шляпу, скрывающую важные черты лица.
• Вопросы конфиденциальности данных: запись и обработка видео в салоне вызывают вопросы о том, как хранятся, используются и защищаются данные о лице и поведенческие характеристики.
• Вычислительная нагрузка: для анализа видео в реальном времени требуется значительная вычислительная мощность, что может увеличить стоимость системы и энергопотребление.

Главные выводы#

За рулем важно сохранять внимание — это необходимо для безопасного вождения. Даже кратковременное отвлечение или усталость могут повысить риск аварии.

Системы мониторинга внимания водителя на базе Vision AI помогают снизить этот риск, отслеживая визуальные признаки, например движения глаз, характер моргания и положение головы. Распознавая первые признаки сонливости или невнимательности, такие системы могут вовремя предупредить водителя, чтобы он снова сосредоточился и продолжил безопасное движение.

Узнай больше об ИИ: присоединяйся к нашему сообществу и загляни в наш репозиторий GitHub. На страницах наших решений читай о компьютерном зрении в автомобильной отрасли и компьютерном зрении в здравоохранении. Ознакомься с нашими вариантами лицензирования и начни создавать решения на основе Vision AI уже сегодня!