《Journal of Luminescence》：Luminescence-based composite lighting system for physiological regulation and fatigue reduction during night driving
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驾驶疲劳光疗干预研究。通过近红外与可见光复合照明系统，结合摄像头实时计算眼闭合率（PERCLOS），动态调节光照模式，有效延长安全驾驶时间达1.31倍，降低PERCLOS值。
孙丹宁|曹阳|卢敏|李杰|冯俊哲|李瑞|支鑫|刘明泽|刘大勇|张福军|白雪
吉林大学电子科学与工程学院光电集成国家重点实验室，长春，130012，中国
摘要
夜间驾驶是交通安全中的一个关键场景，驾驶员疲劳是导致交通事故的主要因素之一。目前通过生理调节来缓解驾驶员疲劳的策略仍然不足，在实际应用中也存在局限性。本研究基于光的发光和生理效应，设计了一种由近红外光和可见光组成的复合照明方案，以减轻夜间驾驶过程中的驾驶员疲劳。通过摄像头记录驾驶员的面部图像，并使用ZYNQ-7000开发板实时计算和分析眼睛闭合百分比（PERCLOS），从而实现照明模式的动态调节。与纯可见光照明相比，引入近红外光可使平均安全驾驶时间延长1.31倍，并将平均PERCLOS值降低0.01。这项研究提供了一种基于光调节的照明策略，有助于提高驾驶安全并减少驾驶员疲劳。
引言
夜间交通需求是交通运输业的重要组成部分。然而，由于环境照度较低以及人体生物钟的影响[1]，夜间发生交通事故的风险是白天的1.5到2倍[2]，且事故后果往往比白天更为严重[3]。现有的驾驶辅助系统主要提供信息反馈，未能主动缓解生理疲劳。目前针对驾驶员疲劳的生理干预研究主要依赖于感官刺激方法，如车内音乐、低电流皮肤刺激、香味等嗅觉刺激以及通过改进的道路标志提供的视觉刺激。但这些方法存在显著局限性：它们受到个人偏好的影响，限制了其在不同人群中的适用性。此外，这些方法的使用场景有限，且可能危及驾驶安全。最重要的是，这些方法只能暂时缓解疲劳，无法满足长时间驾驶的需求[6, 7, 8, 9]。随着光学研究的不断进步，光辅助驾驶已成为交通安全领域的一个有前景的趋势。研究表明，可见光可以通过视网膜感光神经节细胞（ipRGCs）调节人体昼夜节律和内分泌分泌，从而在缓解驾驶员疲劳和保持警觉性方面发挥重要作用。基于这一机制，多项研究详细探讨了照明环境对驾驶员生理、心理、疲劳和警觉性的影响[10, 11, 12, 14]，证实了照明参数对驾驶员疲劳和警觉性的显著调节作用。与可见光不同，近红外（NIR）辐射已被证明可以通过细胞生化反应促进能量物质的产生，从而在人体内实现生理改善和治疗效果，这一机制被称为光生物调节（PBM）[15]。由于PBM具有无创性和低副作用等优点，近年来在医学领域得到了广泛应用，特别是在治疗脑部疾病[16, 17]和保护视网膜功能[18]方面。
驾驶行为严重依赖大脑和视觉系统的支持，消耗大量能量资源。鉴于可见光和近红外光的生理机制差异，我们在夜间驾驶模拟实验中加入了近红外光照射。实验结果表明，可见光和近红外光的联合照明显著延长了驾驶员的安全驾驶时间，相比单独使用可见光，最大延长了1.4倍。
实验程序
图1展示了系统的流程图，包括三个部分：图像采集、云处理器和光控制模块。图像采集模块由红外增强型摄像头完成，该摄像头拍摄驾驶者面部的照片并发送到云处理器。云处理器负责图像预处理、图像处理、疲劳值计算和分析。ZYNQ-7000开发板是一个全可编程片上系统。
可见光钙钛矿量子点与LED
传统的商用LED在其发射光谱中通常具有较宽的半高宽（FWHM）。此外，它们还存在明显的杂散光和光谱拖尾，这使得它们容易受到不需要的波长的干扰，不适合高精度实验要求[26]。相比之下，CsPbX3（X = Cl、Br、I）钙钛矿量子点（QDs）由于其独特的量子尺寸效应和成分可控性
结论
总之，在最佳波长810 nm和960 nm处加入近红外（NIR）光，与传统的可见光照射结合使用，在整个驾驶过程中表现出更显著的缓解驾驶员疲劳的效果。与单独使用可见光相比，补充的近红外光可将驾驶员的安全驾驶时间平均延长1.31倍，最大延长1.40倍。相应地，PERCLOS值平均降低了
CRediT作者贡献声明
刘明泽：撰写——原始稿件、资源整理。孙丹宁：撰写——原始稿件、方法论、研究设计、数据管理。白雪：监督、项目管理、资金筹集。张福军：撰写——审稿与编辑、资源整理、资金筹集。刘大勇：撰写——审稿与编辑、项目管理。冯俊哲：软件开发。李杰：数据分析。卢敏：撰写——审稿与编辑、资源整理、资金筹集。曹阳：撰写——原始稿件。支鑫：
数据可用性
数据可应要求提供。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究部分得到了国家自然科学基金（项目编号：62522506、T2325015、U21A2068、12504474）的支持，部分得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2024YFA1209504）的支持，部分得到了吉林省科技发展计划（项目编号：20230201055GX）的支持，以及吉林省第八批青年科技人才支持计划（项目编号：QT202413）的支持。
