CN102930693A - 安全驾驶预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全驾驶预警系统和方法，系统包括顺序连接的采集单元、处理单元和报警单元，采集单元设置：获取驾驶员脸部实时图像信息的红外摄像头；处理单元设置：对图像信息进行增强处理的图像增强处理模块；对图像信息进行搜索得到驾驶员脸部虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息的搜索模块；计算得到驾驶员脸部当前虹膜面积和视线方向的计算模块；根据计算得到的虹膜面积和视线方向，按照预设方式生成预警信号的预警信号生成模块。安全驾驶预警方法与所述安全驾驶预警系统相对应。本发明可以对驾驶员疲劳、分心、走神进行实时监测及时报警，减少行车安全事故，并且处理速度快，报警精确，生产成本较低。

Description

安全驾驶预警系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆安全驾驶技术领域，尤其涉及的是一种安全驾驶预警系统、以及与该系统相对应的安全驾驶预警方法。

背景技术

前大部分研究驾驶疲劳的机构都采用PERCLOS80(眼皮盖过瞳孔面积的80%时所用时间跟与特定时间的百分比)作为生理疲劳程度的测量指标。一般情况下人们眼睛由睁开到闭合的时间在0.05~0.1秒之间，如超过0.2秒则在驾驶时很容易发生交通事故。

现有的非接触式疲劳驾驶报警系统一般是在汽车司机座前方安装一个红外线摄像头，主要对准司机的眼睛，监测司机的眨眼活动。如果司机打瞌睡，眼皮的眨动会变慢，这时报警系统便会发出尖锐的警告声，将司机从瞌睡中惊醒。

由于现有疲劳检测技术的实现方法很复杂导致计算量很大，每秒只能处理20帧左右的人脸画面，眨眼时在正常情况下只有1到2帧的时间，在疲劳情况下只有3到4帧的时间，很难准确检测到眨眼过程，从而可能发生误判或漏判。并且目前面世的疲劳驾驶监测预警装置由于成本过高而难以推广普及。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以对驾驶员疲劳、分心、走神进行实时监测及时报警，减少行车安全事故，并且处理速度快，报警精确，生产成本较低的安全驾驶预警系统和方法。

本发明的技术方案如下：一种安全驾驶预警系统，包括顺序连接的采集单元、处理单元和报警单元，所述采集单元设置：用于获取驾驶员脸部实时图像信息的红外摄像头；所述处理单元设置：对图像信息进行增强处理的图像增强处理模块；用于搜索所述驾驶员脸部图像信息，得到其虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息的搜索模块；根据所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，计算得到所述驾驶员脸部当前虹膜面积和视线方向的计算模块；根据计算得到的虹膜面积和视线方向，按照预设方式生成预警信号的预警信号生成模块。

应用于上述技术方案，所述的安全驾驶预警系统中，还设置与所述预警信号生成模块连接的车辆行驶速度检测单元。

应用于各个上述技术方案，所述的安全驾驶预警系统中，所述报警单元设置一声光报警器。

应用于各个上述技术方案，所述的安全驾驶预警系统中，所述报警单元还设置一无线通讯模块。

应用于各个上述技术方案，所述的安全驾驶预警系统中，所述图像增强处理模块设置直方图均衡化子模块、滤波子模块、边缘增强子模块和二值化子模块。

应用于各个上述技术方案，一种安全驾驶预警方法，其中，包括如下步骤：A：获取驾驶员脸部的首帧图像信息和至少一次帧图像信息；B：对所述首帧图像信息进行搜索，确认是否得到虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息，是则执行C1，否则执行C2；C1：搜索各次帧图像信息，得到所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，并增强处理各搜索到的所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息；C2：增强处理各次帧图像信息后，搜索得到所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息；D: 根据所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，计算眼角位置，得到所述驾驶员脸部当前虹膜面积和视线方向；E：根据计算得到的所述虹膜面积和所述视线方向，按照预设方式生成预警信号；F：根据所述预警信号，发出报警。G：重复以上步骤。

应用于各个上述技术方案，所述的安全驾驶预警方法中，步骤C1中具体执行：分别对所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息进行直方图均衡化、虹膜区域的局部滤波、自适应二值化的增强处理；并且，步骤C2中具体执行：对各次帧图像信息分别进行滤波、直方图均衡化、边缘增强、二值化的增强处理。

应用于各个上述技术方案，所述的安全驾驶预警方法中，在执行步骤E之前，还执行步骤E0：检测得到汽车的行驶速度和行驶时间，并且，步骤E中：还根据所述行驶速度和所述行驶时间，按照预设方式生成所述预警信号。

应用于各个上述技术方案，所述的安全驾驶预警方法中，步骤F之后，还执行步骤F1：通过无线方式发送所述预警信号。

应用于各个上述技术方案，所述的安全驾驶预警方法中，步骤F中：根据所述预警信号，发出声光报警。

采用上述方案，本发明通过红外摄像头获取驾驶员脸部图像信息；并通过嵌入式高性能的图像处理单元分别进行增强、搜索和计算，得到驾驶员脸部当前虹膜面积和视线方向，根据当前虹膜面积和视线方向判断确认符合预设参数，从而确认驾驶员处于疲劳、分心、走神等状态，并发出报警；通过该系统和方法，可大大减少计算量，提高人脸图像信息的处理速度，可及时、准确的发出报警信息，从而可避免因疲劳、分心、走神等不安全驾驶行为造成的安全事故的发生，或减轻安全事故的危害性，并且，该安全驾驶预警系统结构简单，生产成本较低。

附图说明

图1为本发明安全驾驶预警系统的结构连接示意图。

图2为本发明安全驾驶预警方法的一种流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种安全驾驶预警系统，所述安全驾驶预警系统应用于汽车安全驾驶中，可以对汽车驾驶员进行实时监控，在驾驶员疲劳、分心、走神时进行及时报警，减少行车安全事故。

其中，如图1所示，所述安全驾驶预警系统包括顺序连接的采集单元、处理单元和报警单元，所述采集单元设置一红外摄像头，通过红外摄像头实时获取驾驶员脸部图像信息，例如，可以通过红外摄像头获取驾驶员脸部的首帧图像信息和一帧或以上的次帧图像信息，其中，每秒可以连续获取五十帧以上的次帧图像信息。并将获取的驾驶员脸部图像信息发送给所述处理单元，在获取图像信息时，可以允许驾驶员脸部的小范围偏转。

所述处理单元设置相互连接的图像增强处理模块、搜索模块、计算模块和预警信号生成模块。图像增强处理模块对采集到的各帧驾驶员脸部图像信息进行增强处理：如在首帧图像信息中已搜索到二个鼻孔的鼻孔区域图像信息，则继续对各次帧图像信息进行搜索，并得到各次帧图像信息的虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信，并分别对各帧搜索到的虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息进行直方图均衡化、虹膜区域的局部滤波、自适应二值化的增强处理。

如首帧图像信息中，未搜索到二个鼻孔的鼻孔区域图像信息，则对各次帧图像信息进行滤波、直方图均衡化、边缘增强、二值化增强处理后，搜索模块再在增强处理后的图像信息中，搜索得到各次帧图像信息中的虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息。

所述计算模块根据各所述虹膜区域图像信息，计算得到所述驾驶员脸部当前虹膜面积，并且，所述计算模块还根据各所述虹膜区域图像信息和各所述鼻孔区域图像信息，计算得到所述驾驶员左右眼角位置信息，再根据上述信息计算得到所述驾驶员脸部当前视线方向，并将所述驾驶员脸部当前虹膜面积和当前视线方向发送给预警信号生成模块。

如此，通过根据所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，计算所述驾驶员脸部当前虹膜面积和当前视线方向，可以大大减少计算量，提高人脸图像数据的处理速度，达到每秒处理50帧以上的图像，与现有检测算法（每秒可处理大约20帧图像）相比，可更及时、更准确的发出报警信息，从而可避免因疲劳、分心、走神等不安全驾驶行为造成的安全事故的发生，或减轻安全事故的危害性。

预警信号生成模块收到所述虹膜面积和所述视线方向后，按照预设方式生成预警信号的预警信号生成模块，例如，通过所述虹膜面积判断汽车驾驶员合眼、闭眼超过预设参考值一定范围时，如，在车速超过每小时40千米时，如汽车驾驶员合眼明显变慢、闭眼超过3秒钟，预警信号生成模块则生成预警信号，并将预警信号发送到所述报警单元，由报警单元进行报警，从而提醒驾驶员，避免疲劳驾驶，保证行车安全。

又如，根据所述虹膜面积和所述视线方向判断汽车驾驶员在超过一预设参考时间内，未注意前方路况，即汽车驾驶员发生分心、走神等情形时，预警信号生成模块则生成预警信号，并将预警信号发送到所述报警单元，由报警单元进行报警；例如，在车速超过每小时40千米时，如汽车驾驶员超过3秒未注意前方路况，预警信号生成模块则生成预警信号。

或者，一个例子是，还设置与所述预警信号生成模块连接的车辆行驶速度检测单元，在汽车启动后，所述车辆行驶速度检测单元检测车辆的行驶速度和行驶时间，并将检测结果发送给所述预警信号生成模块，所述预警信号生成模块还根据车辆的行驶速度和行驶时间来生成所述预警信号，例如，可以设定在汽车在行驶速度超过每小时40千米时，并且，连续行驶超过2小时后，每隔一设定时间生成预警信号，并发送给所述报警单元进行报警，如每隔2分钟、或者5分钟等生成所述预警信号，并发送给所述报警单元进行报警，从而及时提醒驾驶员，减少行驶安全事故。

或者，所述报警单元可以设置一声光报警器，通过声音和设定的光线进行报警，报警效果更好。

又或者，还可以在所述报警单元中设置一无线通讯模块，报警单元收到所述预警信号之后，还通过所述无线通信模块将所述报警信号发送到远距离的各接收终端，如各种手机、电脑终端等，从而可以实现远程报警或联网报警。

并且，如图2所示，本实施例还提供了一种安全驾驶预警方法，所述安全驾驶预警方法与上述各例的安全驾驶预警系统相对应，可以应用于汽车安全驾驶中，可以对汽车驾驶员进行实时监控，在驾驶员疲劳、分心、走神时进行及时报警，减少行车安全事故。

首先， 第一步A: 获取驾驶员脸部的首帧图像信息和至少一次帧图像信息，其中，可以通过设置的红外摄像头实时获取驾驶员脸部的首帧图像信息和一帧或以上的次帧图像信息，例如，可以通过获取驾驶员脸部的首帧图像信息和一帧或以上的次帧图像信息，其中，每秒可以连续获取五十帧以上的次帧图像信息。并将获取的驾驶员脸部图像信息发送给所述处理单元，在获取各帧图像信息时，可以允许驾驶员脸部的小范围偏转。

然后，第二步B，对所述首帧图像信息进行搜索，确认是否得到虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息，例如，可以通过设置嵌入式高性能的图像处理单元，通过其设置的搜索模块进行搜索。

搜索模块接收所述驾驶员脸部的首帧图像信息后，对所述首帧图像信息进行搜索，在确认搜索得到所述驾驶员脸部图像信息中的虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息后，通过执行步骤C1，继续搜索各次帧图像信息，得到各次帧图像信息中的所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，并对各搜索到的所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息进行增强处理。例如，对虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息进行直方图均衡化、虹膜区域的局部滤波、自适应二值化的增强处理。

第二步B完成后，在确认未搜索得到所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息时，则可以对各次帧图像信息执行步骤C2：增强处理各次帧图像信息后，再搜索得到所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息；其中，可以对各次帧图像信息进行滤波、直方图均衡化、边缘增强、二值化增强处理后，搜索模块再在增强处理后的图像中搜索驾驶员脸部图像信息中的虹膜区域和鼻孔区域。

然后，再执行步骤D: 根据得到的各帧图像信息的所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，计算得到所述驾驶员脸部当前虹膜面积和视线方向。

例如，通过所述嵌入式高性能图像处理单元设置计算模块，计算模块根据各所述虹膜区域图像信息，计算得到所述驾驶员脸部当前虹膜面积，并且，所述计算模块还根据各帧图像信息的所述虹膜区域图像信息和各帧图像信息的所述鼻孔区域图像信息，计算得到所述驾驶员左右眼角位置信息，再根据上述信息计算得到所述驾驶员脸部当前视线方向。

如此，通过根据所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，计算所述驾驶员脸部当前虹膜面积和当前视线方向，可以大大减少计算量，提高人脸图像数据的处理速度，达到每秒处理50帧以上的图像，与现有检测算法（每秒可处理大约20帧图像）相比，可更及时、更准确的发出报警信息，从而可避免因疲劳、分心、走神等不安全驾驶行为造成的安全事故的发生，或减轻安全事故的危害性。

然后，再执行步骤E：根据计算得到的所述虹膜面积和所述视线方向，按照预设方式生成预警信号。

其中，可以通过所述嵌入式高性能图像处理单元设置预警信号生成模块，预警信号生成模块收到所述虹膜面积和所述视线方向后，按照预设方式生成预警信号。

在生成预警信号后，通过执行第六步F：由设置的报警单元根据所述预警信号，发出报警。

例如，通过所述虹膜面积判断汽车驾驶员合眼、闭眼超过预设参考值一定范围时，如，在车速超过每小时40千米时，如汽车驾驶员合眼明显变慢、闭眼超过3秒钟，预警信号生成模块则生成预警信号，并将预警信号发送到所述报警单元，由报警单元进行报警，从而提醒驾驶员，避免疲劳驾驶，减少行车安全事故。

又如，根据所述虹膜面积和所述视线方向判断汽车驾驶员在超过一预设参考时间内，未注意前方路况，即汽车驾驶员发生分心、走神等情形时，预警信号生成模块则生成预警信号，并将预警信号发送到所述报警单元，由报警单元进行报警；例如，在车速超过每小时40千米时，如汽车驾驶员超过3秒未注意前方路况，预警信号生成模块则生成预警信号。

最后，在完成报警之后，重复以上步骤，从而可以实时监控驾驶员，在驾驶员发生疲劳、分心、走神时，进行及时报警。

或者，以上方法中，在执行步骤第四步E之前，还执行步骤E0：即检测得到汽车的行驶速度和行驶时间，并且，在步骤E中：还根据所述行驶速度和所述行驶时间，按照预设方式生成所述预警信号。

或者，一个例子是，还设置与所述预警信号生成模块连接的车辆行驶速度检测单元，在汽车启动后，所述车辆行驶速度检测单元检测车辆的行驶速度和行驶时间，并将检测结果发送给所述预警信号生成模块，所述预警信号生成模块还根据车辆的行驶速度和行驶时间来生成所述报警信号，例如，可以设定在汽车在行驶速度超过每小时40千米时，并且，连续行驶超过2小时后，每隔一设定段时间生成预警信号，并发送给所述报警单元进行报警，如每隔2分钟、或者5分钟等生成所述预警信号，并发送给所述报警单元进行报警，从而及时提醒驾驶员，减少行驶安全事故。

又或者，在步骤第五步F中：所述报警单元可以设置一声光报警器，声光报警器根据所述预警信号，通过声音和设定的光线进行报警，报警效果更好。

在步骤第五步F之后，还执行步骤F1：通过无线方式发送所述预警信号。

例如，可以在所述报警单元中设置一无线通讯模块，报警单元收到所述预警信号之后，还通过所述无线通信模块将所述报警信号发送到远距离的各接收终端，如各种手机、电脑终端等，从而可以实现远程报警或联网报警。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种安全驾驶预警系统，包括顺序连接的采集单元、处理单元和报警单元，其特征在于，

所述采集单元设置：用于获取驾驶员脸部实时图像信息的红外摄像头；

所述处理单元设置：对图像信息进行增强处理的图像增强处理模块；用于搜索所述驾驶员脸部图像信息，得到其虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息的搜索模块；

根据所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，计算得到所述驾驶员脸部当前虹膜面积和视线方向的计算模块；

根据计算得到的所述虹膜面积和所述视线方向，按照预设方式生成预警信号的预警信号生成模块。

2.据权利要求1所述的安全驾驶预警系统，其特征在于，还设置与所述预警信号生成模块连接的车辆行驶速度检测单元。

3.根据权利要求1所述的安全驾驶预警系统，其特征在于，所述报警单元设置一声光报警器。

4.根据权利要求1-3任一所述的安全驾驶预警系统，其特征在于，所述报警单元还设置一无线通讯模块。

5.根据权利要求1所述的安全驾驶预警系统，其特征在于，所述图像增强处理模块设置直方图均衡化子模块、滤波子模块、边缘增强子模块和二值化子模块。

6.一种安全驾驶预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

A：获取驾驶员脸部的首帧图像信息和至少一次帧图像信息；

B：对所述首帧图像信息进行搜索，确认是否得到虹膜区域图像信息和鼻孔区域图像信息，是则执行C1，否则执行C2；

C1：搜索各次帧图像信息，得到所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，并分别增强处理各搜索到的所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息；

C2：增强处理各次帧图像信息后，搜索得到各所述虹膜区域图像信息和各所述鼻孔区域图像信息；

D: 根据所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息，计算眼角位置，得到所述驾驶员脸部当前虹膜面积和视线方向；

E：根据计算得到的所述虹膜面积和所述视线方向，按照预设方式生成预警信号；

F：根据所述预警信号，发出报警；

G：重复以上步骤。

7.根据权利要求6所述的安全驾驶预警方法，其特征在于，步骤C1中具体执行：分别对所述虹膜区域图像信息和所述鼻孔区域图像信息进行直方图均衡化、虹膜区域的局部滤波、自适应二值化的增强处理；并且，步骤C2中具体执行：对各次帧图像信息分别进行滤波、直方图均衡化、边缘增强、二值化的增强处理。

8.根据权利要求6所述的安全驾驶预警方法，其特征在于，在执行步骤E之前，还执行步骤E0：检测得到汽车的行驶速度和行驶时间，并且，步骤E中：还根据所述行驶速度和所述行驶时间，按照预设方式生成所述预警信号。

9.根据权利要求6所述的安全驾驶预警方法，其特征在于，步骤F之后，还执行步骤F1：通过无线方式发送所述预警信号。

10.根据权利要求6或9所述的安全驾驶预警方法，其特征在于，步骤F中：根据所述预警信号，发出声光报警。

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