專利名稱：司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種火車或汽車司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著鐵路快速發(fā)展，高速鐵路投入運(yùn)營(yíng)，列車運(yùn)行安全越來(lái)越受到人們的重視。為了確保列車運(yùn)行的安全，鐵路部門(mén)規(guī)定機(jī)車乘務(wù)員在列車行駛過(guò)程中，應(yīng)對(duì)列車運(yùn)行方向進(jìn)行不間斷地瞭望。目前，機(jī)車牽引交路，實(shí)行長(zhǎng)交路跨段、跨局輪乘，操作區(qū)段長(zhǎng)，且單崗作業(yè)，容易因疲勞而發(fā)生精力不集中，間斷瞭望等情況，由此引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。因此，研制一種能夠有效、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)機(jī)車乘務(wù)員是否處于不間斷瞭望的工作狀態(tài)，并在間斷瞭望時(shí)進(jìn)行報(bào)警、提示的裝置，就顯得很有實(shí)際意義和必要性。目前，國(guó)、內(nèi)外尚無(wú)針對(duì)機(jī)車乘務(wù)員工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)，主要是采用機(jī)車無(wú)人警惕裝置，例如，LKJ機(jī)車的無(wú)人警惕裝置；HX型機(jī)車無(wú)人警惕裝置；CRH 系列動(dòng)車組的ASB無(wú)人警惕裝置等。其原理是在一定時(shí)間周期內(nèi)O分鐘)對(duì)警惕按鈕或開(kāi)關(guān)進(jìn)行一次按壓，以確認(rèn)機(jī)車乘務(wù)員處于工作狀態(tài)。一旦未按時(shí)間周期按壓警惕按鈕，裝置將立即強(qiáng)迫列車停車。這幾種方法的特點(diǎn)在于強(qiáng)制性，雖然有效，但仍然不是對(duì)機(jī)車乘務(wù)員處于非工作狀態(tài)的事前防范和及時(shí)提醒。而且，高速運(yùn)行列車在長(zhǎng)達(dá)2分鐘時(shí)長(zhǎng)內(nèi)機(jī)車乘務(wù)員的處于無(wú)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，存在重大的安全隱患和安全管理盲點(diǎn)。目前有些列車運(yùn)行速度已達(dá)到160km/h，每分鐘約沈40米；高鐵動(dòng)車組運(yùn)行速度已達(dá)350km/h，每分鐘約5820米，而在這2分鐘內(nèi)現(xiàn)有的無(wú)人警惕裝置處于無(wú)監(jiān)控周期內(nèi)， 一旦在此周期內(nèi)機(jī)車乘務(wù)員出現(xiàn)瞌睡；間斷瞭望，加之運(yùn)行區(qū)段內(nèi)出現(xiàn)障礙物、區(qū)間占用信號(hào)不正常等突發(fā)情況時(shí)，必定構(gòu)成瞭望性事故。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述不足，提供一種采用非介入方式，無(wú)需強(qiáng)制司機(jī)定時(shí)按“警惕按鈕”，無(wú)需佩戴任何傳感器，不受司機(jī)個(gè)體差異、駕駛習(xí)慣的影響，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)車乘務(wù)員在不同駕駛姿勢(shì)、不同照明狀況以及戴眼鏡、墨鏡等情況下的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在機(jī)車乘務(wù)員出現(xiàn)間斷瞭望、打盹時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示，同時(shí)將報(bào)警時(shí)的圖象進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的圖像必要時(shí)可進(jìn)行過(guò)程追述的司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括帶通濾波器，紅外線主動(dòng)光源，CCD攝像機(jī)，視頻解碼器，語(yǔ)音報(bào)警器，圖像預(yù)處理器，圖像存儲(chǔ)器，報(bào)警圖像存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器，多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器，100M網(wǎng)口和零時(shí)速處理器，C⑶攝像機(jī)上設(shè)置有帶通濾波器，紅外線主動(dòng)光源設(shè)置在CXD攝像機(jī)上方，CXD攝像機(jī)與視頻解碼器連接，視頻解碼器與圖像預(yù)處理器連接，圖像預(yù)處理器分別與語(yǔ)音報(bào)警器、圖像處理器、報(bào)警圖像處理器、多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器連接，多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器分別與程序存儲(chǔ)器、100M網(wǎng)口連接，零時(shí)速處理器分別與多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器、圖像預(yù)處理器連接。[0007]所述帶通濾波器為中心波長(zhǎng)940nm、半帶寬IOnm的濾波器。所述的紅外線主動(dòng)光源為中心波長(zhǎng)940nm的主動(dòng)光源。帶通濾波器，紅外線主動(dòng)光源和CXD攝像機(jī)組成視頻采集裝置，視頻采集裝置實(shí)時(shí)采集機(jī)車乘務(wù)員的臉部圖像并輸出。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果1、采用非介入的監(jiān)測(cè)方法，不受機(jī)車乘務(wù)員個(gè)體差異、駕駛習(xí)慣、駕駛姿勢(shì)的影響，也不干擾乘務(wù)員的正常工作狀態(tài)；2、采用紅外線主動(dòng)照明和紅外線濾光的方法，可以有效消除外界各種光線干擾， 有效消除墨鏡干擾，且不會(huì)對(duì)機(jī)車乘務(wù)員有任何干擾。同時(shí)有很好的背景抑制作用，濾除了進(jìn)入CCD攝像機(jī)的大部分環(huán)境光線，同時(shí)也濾除了大部分的背景圖像，減少了外界環(huán)境的干擾，降低了圖像處理的復(fù)雜程度；3、采用眼睛匹配算法、幀間關(guān)聯(lián)算法和紅外線在瞳孔上形成的反射光線對(duì)眼睛進(jìn)行定位，提高了處理速度；使用基于偽彩色的圖像變換算法，以消除不同曝光強(qiáng)度的影響；4、采用自適應(yīng)閥值二值化處理獲得面部圖像，已經(jīng)二值化的圖像經(jīng)過(guò)掃描投影算法可以獲得面部的邊界，可以對(duì)不同面部姿勢(shì)、取向和尺度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判別算法，具有很好的實(shí)時(shí)性。5、采用零時(shí)速處理器，可在列車速度為零時(shí)，使裝置處于待機(jī)狀態(tài)停止報(bào)警監(jiān)測(cè)， 列車速度大于設(shè)定時(shí)，裝置進(jìn)入工作狀態(tài)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述一種司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括帶通濾波器1，紅外線主動(dòng)光源2，C⑶攝像機(jī)3，視頻解碼器4，語(yǔ)音報(bào)警器5，圖像預(yù)處理器6，圖像存儲(chǔ)器7，報(bào)警圖像存儲(chǔ)器8，程序存儲(chǔ)器9，多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器10，100M網(wǎng)口 11和零時(shí)速處理器12，CXD攝像機(jī)3上設(shè)置有帶通濾波器1，紅外線主動(dòng)光源2設(shè)置在CXD攝像機(jī)3上方，CXD攝像機(jī)3與視頻解碼器 4連接，視頻解碼器4與圖像預(yù)處理器6連接，圖像預(yù)處理器6分別與語(yǔ)音報(bào)警器5、圖像處理器7、報(bào)警圖像處理器8、多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器10連接，多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器10分別與程序存儲(chǔ)器9、100M網(wǎng)口 11連接，零時(shí)速處理器12分別與多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器10、圖像預(yù)處理器 6連接。如圖1所示，由中心波長(zhǎng)940nm、半波帶寬IOnm帶通濾光器1 ；中心波長(zhǎng)940nm的主動(dòng)紅外線光源2 ；紅外線CXD攝象機(jī)3組成裝置的視頻圖像采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集機(jī)車乘務(wù)員的臉部圖像，并將采集的模擬視頻信號(hào)輸出至視頻解碼器4，視頻解碼器將來(lái)自采集系統(tǒng)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號(hào)輸出至圖像預(yù)處理器6，圖像預(yù)處理器完成圖像變換、人眼狀態(tài)識(shí)別等處理工作，由多媒體數(shù)字處理器10讀入圖象存儲(chǔ)器7，進(jìn)行人眼識(shí)別、分割后判斷眼睛是否閉眼和面部姿態(tài)、是否朝向列車行駛方向，閉眼時(shí)間或面部未朝向列車行駛方向時(shí)間達(dá)到閥值是，均認(rèn)定為間斷瞭望，由報(bào)警器5發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，同時(shí)由報(bào)警存儲(chǔ)器8存儲(chǔ)報(bào)警時(shí)前10秒和后10秒共計(jì)20秒的視頻圖像，由軟件、硬件并行處理。紅外主動(dòng)光源對(duì)機(jī)車乘務(wù)員面部照明，中心波長(zhǎng)940nm的帶通濾波器1安裝在CXD 攝像機(jī)3的鏡頭上，濾除了大部分外界干擾光線，消除了墨鏡的影響；CCD攝像機(jī)3實(shí)時(shí)采集機(jī)車乘務(wù)員的臉部特征圖像信號(hào)，該視頻圖像信號(hào)通過(guò)TVP5150視頻解碼4實(shí)現(xiàn)模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號(hào)，送入由)(C3S1000構(gòu)成的圖象預(yù)處理器6，然后由 TMS320DM642構(gòu)成的多媒體處理器10讀入內(nèi)存，進(jìn)行人眼識(shí)別、分割后，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)臉部的姿態(tài)；眼睛的眨動(dòng)頻率和眼睛閉合時(shí)間的綜合參數(shù)，判斷機(jī)車乘務(wù)員是否疲勞和間斷瞭望，當(dāng)監(jiān)測(cè)到，就及時(shí)由APR9600構(gòu)成的語(yǔ)音報(bào)警器5發(fā)出報(bào)警，同時(shí)，將該時(shí)段圖像存入由HY27UH08構(gòu)成的報(bào)警圖象存儲(chǔ)器8，需要時(shí)可通過(guò)系統(tǒng)中的百兆網(wǎng)口讀出。列車機(jī)車時(shí)速為零時(shí)，允許司機(jī)進(jìn)行活動(dòng)、休息或離開(kāi)駕駛位置。此時(shí)，不能認(rèn)為間斷瞭望而報(bào)警。當(dāng)時(shí)速為零時(shí)監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，存儲(chǔ)器記錄待機(jī)的時(shí)間，時(shí)速大于零時(shí)監(jiān)測(cè)裝置在本處理單元的指令下進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)。本實(shí)用新型的工作狀態(tài)判別工作流程如圖2所示，首先對(duì)各變量進(jìn)行初始化，然后讀取視頻數(shù)據(jù)，采用三種方法協(xié)同對(duì)眼睛進(jìn)行定位、識(shí)別。1)首先根據(jù)紅外線在瞳孔形成的反射光線(亮眼球)對(duì)眼睛定位，定位成功進(jìn)行幀間關(guān)聯(lián)做為下一幀的預(yù)測(cè)位置，幀間關(guān)聯(lián)失敗后再進(jìn)行眼睛匹配尋找。2)眼睛匹配法當(dāng)采用反射光線定位失敗后，如果是第一幀，直接進(jìn)入眼睛匹配方法尋找眼睛。首先將視頻采集系統(tǒng)獲得的幀圖像以及眼睛模板進(jìn)行偽彩色變換后，讀入內(nèi)存，然后計(jì)算這兩個(gè)變換后圖像的匹配距離，距離最小的分割圖像作為預(yù)選眼睛，由識(shí)別模塊完成識(shí)別分類。為了提高眼睛定位速度，如果識(shí)別成功，下一幀縮小搜索空間，否則進(jìn)行全視場(chǎng)重新搜索。3)幀間關(guān)聯(lián)對(duì)于讀入的圖像首先根據(jù)前幾幀已判斷為眼睛的位置，進(jìn)行眼睛位置預(yù)測(cè)來(lái)定位眼睛，然后由識(shí)別模塊進(jìn)行識(shí)別分類，如果識(shí)別成功，則作為下一幀的預(yù)測(cè)位置。上述三種方法的協(xié)同使用，極大的提高了眼睛定位識(shí)別的速度和準(zhǔn)確率，經(jīng)檢測(cè)準(zhǔn)確率大于90%。定位眼睛后，計(jì)算眼睛瞳孔面積單位時(shí)間內(nèi)變化的幀數(shù)，當(dāng)這一變化幀數(shù)達(dá)到設(shè)定閥值后報(bào)警。4)采用自適應(yīng)閥值二值化處理獲得面部圖像，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)面部姿態(tài)和朝向進(jìn)行判斷識(shí)別。由于裝置的主動(dòng)紅外照明主要集中在司機(jī)面部，因此，面部通常是圖像中亮度最大的區(qū)域，而且外部干擾信息少，二值化后的圖像基本上只剩下面部區(qū)域。已經(jīng)二值化的圖像經(jīng)過(guò)掃描投影算法可以獲得面部的邊界，分割出面部圖像。通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)分割的面部圖像進(jìn)行判斷，如果不是面部圖像，進(jìn)行下一幀處理，否則，對(duì)判斷為人面部的圖像進(jìn)行面部邊界提取，聚類后定位可能的面部特征，包括雙眼、鼻子和嘴巴等的位置，這些面部特征的幾何關(guān)系是近似確定的。通過(guò)這些幾何關(guān)系可以濾除很多偽特征。同時(shí)利用這些特征計(jì)算面部的姿態(tài)朝向等，對(duì)于非正常面部姿態(tài)和朝向的圖像幀進(jìn)行計(jì)數(shù)，如果單位時(shí)間內(nèi)這種計(jì)數(shù)超出閥值，說(shuō)明沒(méi)有向機(jī)車行駛的方向進(jìn)行瞭望，系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警。
權(quán)利要求1.一種司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括帶通濾波器(1)，紅外線主動(dòng)光源(2)，CXD 攝像機(jī)(3)，視頻解碼器，語(yǔ)音報(bào)警器( ，圖像預(yù)處理器(6)，圖像存儲(chǔ)器(7)，報(bào)警圖像存儲(chǔ)器(8)，程序存儲(chǔ)器(9)，多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器(10)，100M網(wǎng)口(11)和零時(shí)速處理器 (12)，其特征是CXD攝像機(jī)C3)上設(shè)置有帶通濾波器(1)，紅外線主動(dòng)光源( 設(shè)置在CXD 攝像機(jī)C3)上方，CXD攝像機(jī)C3)與視頻解碼器(4)連接，視頻解碼器(4)與圖像預(yù)處理器 (6)連接，圖像預(yù)處理器(6)分別與語(yǔ)音報(bào)警器(5)、圖像處理器(7)、報(bào)警圖像處理器(8)、 多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器(10)連接，多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器(10)分別與程序存儲(chǔ)器(9)、100M網(wǎng)口 (11)連接，零時(shí)速處理器(1 分別與多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器(10)、圖像預(yù)處理器(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述帶通濾波器 (1)為中心波長(zhǎng)940nm、半帶寬IOnm的濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的紅外線主動(dòng)光源( 為中心波長(zhǎng)940nm的主動(dòng)光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是帶通濾波器(1)， 紅外線主動(dòng)光源( 和CXD攝像機(jī)C3)組成視頻采集裝置，視頻采集裝置實(shí)時(shí)采集機(jī)車乘務(wù)員的臉部圖像并輸出。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種司機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，CCD攝像機(jī)(3)上設(shè)置有帶通濾波器(1)，紅外線主動(dòng)光源(2)設(shè)置在CCD攝像機(jī)(3)上方，CCD攝像機(jī)(3)與視頻解碼器(4)連接，視頻解碼器(4)與圖像預(yù)處理器(6)連接，圖像預(yù)處理器(6)分別與語(yǔ)音報(bào)警器(5)、圖像處理器(7)、報(bào)警圖像處理器(8)、多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器(10)連接，多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器(10)分別與程序存儲(chǔ)器(9)、100M網(wǎng)口(11)連接，零時(shí)速處理器(12)分別與多媒體數(shù)字存儲(chǔ)器(10)、圖像預(yù)處理器(6)連接。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)機(jī)車乘務(wù)員在不同駕駛姿勢(shì)、不同照明狀況以及戴眼鏡、墨鏡等情況下的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在機(jī)車乘務(wù)員出現(xiàn)間斷瞭望、打盹時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示。
文檔編號(hào)G08B21/00GK202217366SQ20112027770
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者安永琳, 楊李成, 楊榮國(guó), 江國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:山西智濟(jì)電子科技有限公司