一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，包括：視頻采集裝置、視頻輸入裝置、控制器、信號檢測裝置、信號處理器、視頻輸出裝置、顯示裝置和預(yù)警裝置，所述視頻采集裝置的輸出端連接所述視頻輸入裝置，所述視頻輸入裝置的輸出端連接所述信號處理器和視頻輸出裝置，所述信號檢測裝置的輸出端連接信號處理器，所述信號處理器的輸出端連接所述控制器、顯示裝置和預(yù)警裝置，所述控制器的輸入端連接所述信號處理器，所述控制器的輸出端連接所述視頻輸入裝置和視頻輸出裝置。本發(fā)明實施例中通過對駕駛員頭部信息和車輛動作相結(jié)合的檢測方式對駕駛員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行檢測，使得監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確，降低虛假報警，提高報警準(zhǔn)確率。
【專利說明】
一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，具體涉及一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車的發(fā)展極大地促進(jìn)了交通的發(fā)展和人們的生活，近年來我國的汽車工業(yè)飛速發(fā)展，我國已成為世界第一的汽車生產(chǎn)和銷售大國，年銷售汽車超過一千七百萬輛，汽車保有量也早已超過一億輛。
[0003]但是汽車也給人們帶來諸多的煩惱，突出的就是交通事故，由于我國道路交通狀況不是很好，加之汽車擁有量激增是近年來才出現(xiàn)的，因此駕駛員的基本狀況不是很好，導(dǎo)致了我國交通事故量非常大。據(jù)統(tǒng)計，我國是世界上交通事故死亡人數(shù)最多的國家，二十世紀(jì)八十年代末中國交通事故年死亡人數(shù)首次超過五萬人，中國(不包括港澳臺地區(qū))每年交通事故數(shù)十萬起，因交通事故死亡人數(shù)萬人，已經(jīng)連續(xù)十余年居世界第一。2009年，中國汽車保有量約占世界汽車保有量的百分之三，但交通事故死亡人數(shù)卻占世界的百分之十六。2010年，全國共接報道路交通事故3906164起，其中，涉及人員傷亡的道路交通事故219521起，造成65225人死亡、254075人受傷，直接財產(chǎn)損失9.3億。據(jù)統(tǒng)計駕駛員是道路交通安全最重要的影響因素。2004年因駕駛員因素導(dǎo)致的交通事故占總數(shù)的89.8%，造成的死亡人數(shù)、受傷人數(shù)分別占到了總數(shù)的87.4%和90.6%。影響安全的駕駛員狀態(tài)包括酒駕，疲勞駕駛，不良駕駛習(xí)慣，和特殊情緒狀態(tài)(如激動，悲傷，情緒低落等)。這些極大的影響著交通安全。但是汽車也給人們帶來諸多的煩惱，突出的就是交通事故，由于我國道路交通狀況不是很好，加之汽車擁有量激增是近年來才出現(xiàn)的，因此駕駛員的基本狀況不是很好，導(dǎo)致了我國交通事故量非常大。影響安全的駕駛員狀態(tài)包括酒駕，疲勞駕駛，不良駕駛習(xí)慣，和特殊情緒狀態(tài)(如激動，悲傷，情緒低落等)。
[0004]目前，對于酒駕已有相應(yīng)的檢測手段，不良駕駛習(xí)慣可以靠加強(qiáng)培訓(xùn)和測試予以改正，對于駕駛員疲勞狀態(tài)和情緒狀態(tài)的檢測準(zhǔn)確率不高，容易發(fā)生誤報警現(xiàn)象。目前駕駛員疲勞檢測研究方法可以分成兩大類:a)根據(jù)車輛的行為表現(xiàn)間接判斷駕駛員是否產(chǎn)生疲勞。在這類技術(shù)中，通過傳感器獲取車輛在行駛過程中的各種參數(shù)，根據(jù)車輛行駛過程中的異常情況，如車輛是否超過道路標(biāo)志線、速度是否超速、車輛之間的距離是否太近等，判斷駕駛員是否有疲勞產(chǎn)生。b)從駕駛員自身特征出發(fā)，通過某種設(shè)備獲取駕駛員的生理參數(shù)特征或者視覺特征，利用駕駛員在正常狀態(tài)和疲勞狀態(tài)的特征模式不同，采用相應(yīng)的模式識別技術(shù)分類進(jìn)行判別，從而檢測到是否有疲勞產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明根據(jù)上述存在的技術(shù)問題，提供一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，解決由于駕駛員情緒波動導(dǎo)致預(yù)警不準(zhǔn)確的問題。
[0006]本發(fā)明采用的解決方案是:一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，包括:視頻采集裝置、視頻輸入裝置、控制器、信號檢測裝置、信號處理器、視頻輸出裝置、顯示裝置和預(yù)警裝置，所述視頻采集裝置的輸出端連接所述視頻輸入裝置，所述視頻輸入裝置的輸出端連接所述信號處理器和視頻輸出裝置，所述信號檢測裝置的輸出端連接信號處理器，所述信號處理器的輸出端連接所述控制器、顯示裝置和預(yù)警裝置，所述控制器的輸入端連接所述信號處理器，所述控制器的輸出端連接所述視頻輸入裝置和視頻輸出裝置。
[0007]進(jìn)一步地的技術(shù)方案為:所述信號檢測裝置還包括:
[0008]位置傳感器，所述位置傳感器設(shè)置在剎車和方向盤上，所述位置傳感器的輸出端連接所述信號處理器。
[0009]進(jìn)一步地，所述視頻采集裝置采用攝像頭或數(shù)碼相機(jī)。
[0010]進(jìn)一步地，所述控制器為CPLD/FPGA。
[0011]進(jìn)一步地，所述預(yù)警裝置為蜂鳴器和LED燈。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明實施例中通過視覺檢測對駕駛員頭部信息和車輛動作相結(jié)合的檢測方式對駕駛員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行檢測，通過對駕駛員頭部及面部狀態(tài)獲取駕駛員是否處于疲勞狀態(tài)，進(jìn)一步通過車輛的剎車及方向盤的運(yùn)動情況對駕駛員是否疲勞進(jìn)行驗證，使得監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確，降低虛假報警，提高報警準(zhǔn)確率。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0014]參見圖1，是本發(fā)明的一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0015]如圖1所示，一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，包括:視頻采集裝置、視頻輸入裝置、控制器、信號檢測裝置、信號處理器、視頻輸出裝置、顯示裝置和預(yù)警裝置，所述視頻采集裝置的輸出端連接所述視頻輸入裝置，所述視頻輸入裝置的輸出端連接所述信號處理器和視頻輸出裝置，所述信號檢測裝置的輸出端連接信號處理器，所述信號處理器的輸出端連接所述控制器、顯示裝置和預(yù)警裝置，所述控制器的輸入端連接所述信號處理器，所述控制器的輸出端連接所述視頻輸入裝置和視頻輸出裝置。
[0016]本發(fā)明通過對視覺檢測和車輛狀態(tài)相結(jié)合的方式進(jìn)行疲勞識別，視覺檢測的主要原理是首先通過攝像頭實時地采集駕駛室內(nèi)監(jiān)控的駕駛員視頻圖像，通過Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對駕駛員進(jìn)行快速人臉識別，然后通過基于投影和分塊復(fù)雜度的眼睛定位方法及基于顏色和紋理復(fù)合特征的雙狀態(tài)人眼跟蹤算法對駕駛員進(jìn)行眼睛定位及跟蹤；然后通一系列算法提取PERCLOS、AECS, NodFreq, YawnFreq等駕駛員疲勞評價參數(shù)，用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將駕駛員疲勞評價參數(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，提出了駕駛員疲勞狀態(tài)識別標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)檢測系統(tǒng)輸出的疲勞結(jié)果給出對應(yīng)報警信息。具體識別方法如下:
[0017]1.人臉識別:
[0018]用Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對駕駛員進(jìn)行快速人臉識別。
[0019]2.眼睛定位和跟蹤:
[0020]通過基于投影和分塊復(fù)雜度的眼睛定位方法及基于顏色和紋理復(fù)合特征的雙狀態(tài)人眼跟蹤算法對駕駛員進(jìn)行眼睛定位及跟蹤。
[0021]3.提取 PERCLOS 參數(shù):
[0022]PERCLOS (percentage of eyelid closure over the pupil over time)是在單位時間里眼睛閉合時間所占的百比率。PERCLOS的測量方法是:用攝像機(jī)抓取駕駛員的臉部圖像，通過圖像處理方法得到眼睛圖像，經(jīng)過圖像分析和識別的手段確定眼睛是睜開還是閉合的。定義眼睛瞳孔開度大于20%是睜開；而瞳孔開度等于20%或更小為閉合。眼睛閉開比是當(dāng)測量時間內(nèi)眼睛閉合的時間與眼睛睜開的時間之比。眼睛睜開是通過眼睛圖像像素的模板比較得出的；同樣眼睛閉合也是通過眼睛圖像的像素模板比較得出的。時間是通過每幀圖像處理的時間計算出的。
[0023]4.AECS 參數(shù):
[0024]AverageEyeClosureSpeed的縮寫，即眼皮的平均閉合速度。根據(jù)Wierwilie和Ellsworth在1994年的研究，清醒的司機(jī)一般有正常的面部表情，快速的眨眼，短暫的視線注視。相反，疲勞的司機(jī)則有較少的面部表情，緩慢的眼皮運(yùn)動，更長的眼皮閉合以及視線停留。正常的人眼閉合時間只要0.17秒，而疲勞時人眼閉合時間長達(dá)1.68秒，差十倍之多。
[0025]實驗表明，雖然PERCLOS和AECS兩個參數(shù)都用作駕駛員疲勞檢測，但是這兩個參數(shù)還是有顯著的不同。正常(非疲勞狀態(tài))的駕駛員的PERCLOS值應(yīng)該低于30%，而AECS值應(yīng)該低于0.17秒。如果一個駕駛員的PERCLOS值大于30%并且AECS值大于0.17秒，我們就認(rèn)為駕駛員處于疲勞狀態(tài)。
[0026]5.NodFreq 參數(shù)和 YawnFreq 參數(shù):
[0027]YawnFreq表示打哈欠的頻率；odFreq表示點頭的頻率,這兩個參數(shù)的精確檢測分別涉及到人臉表情識別以及頭部三維姿態(tài)的評估?？紤]到精確檢測上述兩個參數(shù)牽涉到內(nèi)容多，算法步驟復(fù)雜，計算量大，我們采用了一些簡化的檢測方法。實驗表明，這些簡化方法對于我們的應(yīng)用來說，也有不錯的效果。
[0028]我們知道，一個哈欠動作包括一次嘴巴張開和一次嘴巴閉合。因此，可以認(rèn)為當(dāng)嘴巴張開程度超過一定范圍的時候，哈欠就實際發(fā)生了。嘴巴張開的程度可以用嘴巴的寬高比來表達(dá)。如果該值比較大，則說明嘴巴是閉合狀態(tài)；如果該值比較小，則說明嘴巴處于張開狀態(tài)，如果該值由大到小變化，說明嘴巴在進(jìn)行一次張開動作；反之，則說明嘴巴在進(jìn)行一次閉合動作。記錄下該值隨時間的變化規(guī)律，就可對人的疲勞狀況進(jìn)行判定。需要注意的是，雖然一次哈欠對應(yīng)嘴巴的一次張開和一次閉合，但在實際操作時卻應(yīng)該以嘴巴的閉合動作來判定一次哈欠的發(fā)生。
[0029]點頭動作可以通過檢測人臉的位置得到。記錄臉的垂直位置隨時間的變化規(guī)律，將數(shù)據(jù)繪制成一條曲線，水平坐標(biāo)是時間，垂直坐標(biāo)是人臉的垂直位置。如果該曲線在某個位置出現(xiàn)了一次峰值則說明在該時間頭部經(jīng)歷了一次抬頭的動作。如果在某個時間段出現(xiàn)了多個峰值，超過了一定的值，說明該時間段內(nèi)頻繁的發(fā)生低頭、抬頭的動作，我們可以認(rèn)為已經(jīng)檢測到駕駛員在打噸，這時，疲勞實際己經(jīng)發(fā)生了。
[0030]進(jìn)一步地，所述視頻采集裝置采用攝像頭或數(shù)碼相機(jī)。
[0031]本發(fā)明實施例中所述的疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置在汽車駕駛室中，其中所述視頻采集裝置的監(jiān)測點正對駕駛員頭部，通過汽車內(nèi)部的電源對攝像頭或數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行供電。
[0032]進(jìn)一步地，所述控制器采用CPLD/FPGA。
[0033]本發(fā)明采用可編程邏輯控制器對監(jiān)測系統(tǒng)的視頻輸入裝置和視頻輸出裝置進(jìn)行控制，并將控制命令發(fā)送到數(shù)字信號處理器中，對顯示裝置和預(yù)警裝置進(jìn)行控制，操作控制簡單方便。
[0034]所述預(yù)警裝置可以是蜂鳴器、馬達(dá)、LED燈或者同時采用其中的幾種裝置進(jìn)行聲光報警，對駕駛員進(jìn)行提醒。優(yōu)選的，所述預(yù)警裝置為LED燈和蜂鳴器的組合。
[0035]汽車在行駛的過程中，視頻采集裝置對駕駛員的頭部信息進(jìn)行圖像采集，通過視頻輸入接口接入到視頻A/D轉(zhuǎn)換器中，視頻A/D轉(zhuǎn)換器將視頻采集裝置的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳送到數(shù)字信號處理器上，所述數(shù)字信號處理器接收到視頻A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號，通過對駕駛員頭部的動作和面部表情進(jìn)行分析，得到駕駛員的狀態(tài)信息，并發(fā)送到控制器中，并將分析結(jié)果顯示出來，當(dāng)分析結(jié)果為駕駛員疲勞駕駛時，啟動報警裝置進(jìn)行報警，提醒駕駛員已經(jīng)進(jìn)入疲勞駕駛狀態(tài)，及時采取措施避免疲勞駕駛。
[0036]本發(fā)明實施例中，可以用以眼部動作特征為主的身體運(yùn)動特征來表征駕駛員的生理參數(shù)和行為特征。所述駕駛員頭部的動作和面部表情的檢測主要是對駕駛員的頭部動作、嘴部和眼睛狀態(tài)的檢測，通過對駕駛員是否點頭、打哈欠及眼睛是否閉合的檢測，判斷駕駛員在駕駛過程中是否處于疲勞狀態(tài)。
[0037]本發(fā)明實施例中，對攝像機(jī)采集的圖像進(jìn)行分析時，還可以通過對駕駛員臉部的溫度分布進(jìn)行分析，判斷駕駛員的情緒狀態(tài)，通過與上述檢測結(jié)果綜合進(jìn)行分析，提高疲勞駕駛檢測的準(zhǔn)確度。
[0038]進(jìn)一步地技術(shù)方案為:所述信號檢測裝置還包括:位置傳感器，所述位置傳感器設(shè)置在剎車和方向盤上，所述位置傳感器的輸出端連接所述信號處理器。
[0039]本發(fā)明實施例中，通過對剎車和方向盤動作進(jìn)行檢測，判斷駕駛員直接輸出的動作信息，通過對駕駛員使用剎車和方向盤的狀態(tài)判斷駕駛員的疲勞和情緒信息，提高檢測準(zhǔn)確度。
[0040]本發(fā)明實施例中通過視覺檢測對駕駛員頭部信息和車輛動作相結(jié)合的檢測方式對駕駛員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行檢測，首先通過攝像頭實時地采集駕駛室內(nèi)監(jiān)控的駕駛員視頻圖像，通過Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對駕駛員進(jìn)行快速人臉識別，然后通過基于投影和分塊復(fù)雜度的眼睛定位方法及基于顏色和紋理復(fù)合特征的雙狀態(tài)人眼跟蹤算法對駕駛員進(jìn)行眼睛定位及跟蹤；獲取疲勞參數(shù)信息，用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將其與駕駛員疲勞評價參數(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，根據(jù)檢測系統(tǒng)輸出的疲勞結(jié)果給出對應(yīng)報警信息。
[0041]以上對本發(fā)明所提供的一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
[0042]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于特定的實施方式，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
【主權(quán)項】
1.一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括:視頻采集裝置、視頻輸入裝置、控制器、信號檢測裝置、信號處理器、視頻輸出裝置、顯示裝置和預(yù)警裝置，所述視頻采集裝置的輸出端連接所述視頻輸入裝置，所述視頻輸入裝置的輸出端連接所述信號處理器和視頻輸出裝置，所述信號檢測裝置的輸出端連接信號處理器，所述信號處理器的輸出端連接所述控制器、顯示裝置和預(yù)警裝置，所述控制器的輸入端連接所述信號處理器，所述控制器的輸出端連接所述視頻輸入裝置和視頻輸出裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號檢測裝置還包括: 位置傳感器，所述位置傳感器設(shè)置在剎車和方向盤上，所述位置傳感器的輸出端連接所述信號處理器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述視頻采集裝置采用攝像頭或數(shù)碼相機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器為CPLD/FPGA。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)警裝置為蜂鳴器和LED燈。
【文檔編號】G08B21/06GK105894732SQ201410604159
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月28日
【發(fā)明人】曹捷, 張國琦
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所