CN103879346B - 一种低警觉度驾驶预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低警觉度驾驶预警方法及装置，通过摄像头和控制器检测驾驶员观察左右车外倒视镜和车内上部后视镜的动作频率，并与设定值对比，判断驾驶员驾驶过程中的警觉度状态，当驾驶员处于低警觉时进行预警或者对驾驶状态采取进一步措施。本发明解决了因为驾驶员疲劳、瞌睡、酒精麻醉、想心事、发呆、注意力不集中以及驾驶经验不足、驾驶习惯不良等导致的低警觉、无警觉危险驾驶问题。相比于现有的疲劳预警装置和饮酒预警装置，在检测原理上更为简单可靠，在应用场合上也更具有普遍适用性。

Description

一种低警觉度驾驶预警方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆主动安全技术及其应用领域，更具体地，涉及一种能够实时监测驾驶员驾驶警觉度状态且当判断驾驶员处于低警觉驾驶状态时实现自动提示或警示的车载装置及方法。

背景技术

驾驶员驾驶过程中的警觉度是指行车过程中驾驶员主动观察周边交通环境并调整相应的驾驶操控行为的能力，最直接的表现是驾驶员频繁观察车外左右倒视镜和车内后视镜以了解周边交通情况的行为。一般而言，驾驶警觉度越高，行车越安全。然而，现实中广泛存在着低警觉度驾驶情况，尤其常见于驾驶员处在疲劳、瞌睡、酒精麻醉、心事、失神发呆、注意力不集中等状态，新手驾驶过程和不良驾驶习惯中也存在着“只顾看道路正前方”等低警觉度驾驶情况。世界卫生组织及美国道路交通管理局的调查数据表明，大部分交通事故应归因于驾驶员，且由于低警觉度驾驶导致的交通事故占事故总数的三分之二以上。仅在中国，低警觉度驾驶造成的交通事故每年导致的经济损失达数千亿元，数十万家庭的幸福被破坏，严重影响着社会的和谐与稳定。

目前，国内外涉及到低警觉度驾驶预警的发明中，勉强具有一定相关性的是针对驾驶员疲劳和饮酒这两种状态研发的各种原理不同的预警方法和装置。其中，疲劳预警主要通过驾驶过程中驾驶员眨眼频率和闭眼时长检测进行，而饮酒预警主要通过检测呼气中的酒精浓度来进行。但是如前所述，低警觉度驾驶的场合形式多样，使得这些发明在实际应用中可能效果不明显，尤其是对于心事重重的驾驶员以及缺乏驾驶经验的驾驶新手（即使此时驾驶员心理、生理状态正常）。检索发现，目前尚缺乏针对低警觉度驾驶的检测和预警有效集成方案和发明。

发明内容

针对上述应用的空缺，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可实时监测驾驶员主动观察周边交通情况警觉度程度，并实现低警觉度驾驶预警的方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种低警觉度驾驶预警方法，通过检测驾驶员观察左右车外倒视镜和车内上部后视镜的动作频率，并与设定值对比，判断驾驶员驾驶过程中的警觉度状态，当驾驶员处于低警觉时进行预警或者对驾驶状态采取进一步措施。

一种低警觉度驾驶预警方法，包括如下步骤：

步骤一，对驾驶员头部图像进行采集；

步骤二，对图像进行处理，判断驾驶员是否在观察左右车外倒视镜和车内上部后视镜，并获得观看频率；

步骤三，将获得的观看频率与设定值进行对比，大于设定值时驾驶警觉度合格，否则为低警觉度；

步骤四，当驾驶员处于低警觉时进行预警或者采取进一步措施；若驾驶员警觉度合格，则空闲一定的时间间隔后返回步骤一。

一种低警觉度驾驶预警装置，包括摄像头、控制器、报警装置以及电源装置；该摄像头用于拍摄驾驶员头部图像并将图像传输给控制器；该控制器用于根据驾驶员头部图像判断驾驶员是否在观察左右倒车镜和车内后视镜，获得观看频率，并将观看频率与设定值进行对比，计算出驾驶警觉度状态；该报警装置在控制器的处理结果为低驾驶警觉度时进行报警；该电源装置为整个装置进行供电的电源装置。

所述的控制器内部设置有学习模块，该学习模块用于控制器学习驾驶员头部的3种位置状态：观看车外左倒车镜状态、观看车外右倒车镜状态和观看车内后视镜状态。

所述的控制器内部设置有驾驶状态控制模块并预留与外界通讯的IO接口，该IO接口将驾驶员低警觉度状态信号传输给车辆总线，并由驾驶状态控制模块对相应的车辆驾驶状态进行控制。

所述的预警装置进一步设置有感光元件和补充光源。

所述的摄像头、控制器、报警装置、电源装置、感光元件以及补充光源设置在一主机内，该主机通过万向球头与一固定底座连接；所述的补充光源为环绕在所述摄像头周围的环形光源。

所述的报警装置为扬声器或/和警示灯。

所述的电源装置为内部电源或/和外接电源接口，该外接电源接口通过电缆线与车载电源接口连接。

所述的预警装置进一步设置有工作指示灯。

采用上述方案后，本发明依托机器视觉和数字图像处理技术，通过检测驾驶员观察左右车外倒视镜和车内上部后视镜的动作频率并与设定值对比，来判断驾驶员警觉度状态并实现低警觉预警，从而解决因为驾驶员疲劳、瞌睡、酒精麻醉、想心事、发呆、注意力不集中以及驾驶经验不足、驾驶习惯不良等导致的低警觉、无警觉危险驾驶问题。本发明有利于促进驾驶员保持对周边交通情况的警觉并做出有利于行车安全的操控行为，可以减少交通事故发生的概率。相比于现有的仅针对疲劳的预警装置和仅针对饮酒的预警装置来说，在检测原理上更为简单可靠，在应用场合上也更具有普遍适用性。

附图说明

图1是本发明所述预警装置的系统框图；

图2是本发明所述预警装置的结构示意图；

图3是本发明所述预警方法的流程图；

图4是本发明所述预警装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种低警觉度驾驶预警方法，通过检测驾驶员观察左右车外倒视镜和车内上部后视镜的动作频率，并与设定值对比，判断驾驶员驾驶过程中的警觉度状态，当驾驶员处于低警觉时进行预警或者对驾驶状态采取限速、开启双闪等进一步措施。

如图3所示，所述低警觉度驾驶预警方法的具体步骤为：

步骤一，对驾驶员头部图像进行采集；

步骤二，对图像进行处理，判断驾驶员是否在观察左右车外倒视镜和车内上部后视镜，并获得观看频率；

步骤三，将获得的观看频率与设定值进行对比，大于设定值时驾驶警觉度合格，否则为低警觉度；

步骤四，当驾驶员处于低警觉时进行预警或者采取进一步措施；若驾驶员警觉度合格，则空闲一定的时间间隔后返回步骤一。

根据上述方法，本发明还揭示了一种低警觉度驾驶预警装置，如图1、2所示，所述的低警觉度驾驶预警装置主要包括摄像头3、控制器6、报警装置以及电源装置。其中：

所述的摄像头3用于拍摄驾驶室内驾驶员的头部图像，并将采集好的图像传输给控制器6。该摄像头3可以被安装在驾驶室内可以拍摄到驾驶员的任意位置，也可以与其他部件一起安装在一主机16内。

所述的控制器6是本发明的核心，用以接收摄像头3发来的图像，并对图像进行处理，判断驾驶员是否在观察左右倒车镜和车内后视镜，获得观看频率，并将观看频率与设定值进行对比，计算出驾驶警觉度状态，之后选择性控制报警装置是否报警。该控制器6可以是现有技术的高速数字信号处理器，内部集成有数字图像处理算法。

所述的报警装置可以是扬声器1，也可以是警示灯5，或者同时设置扬声器1和警示灯5。该扬声器1可以发出具有特定提示语义的声音，也可以是简单的提示音，本发明对此不做限制。当检测到驾驶员观察左右倒车镜和车内后视镜的频率低于设定值时，由控制器6驱动其发出预定义声音。并且可以进一步设置音量调节旋钮15，通过该音量调节旋钮15来实现音量大小的调节。本发明实施例同时设置有指示灯5，在上述低警觉度驾驶情况下由控制器6驱动发出警示光。而发光颜色、功率和方式不做限制。

所述的电源装置可以为内部电源8，也可以是外接电源接口9，或者两者同时设置。该外接电源接口9再通过电缆线与车载电源接口连接获得系统工作电能。并且可以进一步设置开关11，当车辆电源接通，且开关11处于开启位置时，主机进入启动工作状态。该内部电源8可以保证主机电源断电情况下，存储器中的数据不丢失。内部电源8的具体形式和容量本发明不做限制，例如采用可充电锂离子电池。

本发明可以进一步设置感光元件10和补充光源2，该补充光源2的发光功率和发光颜色本发明不做限制。当感光元件10检测到驾驶室内光线偏暗时，自动打开补充光源2实现摄像头光线补偿。该补充光源2可以为环绕在所述摄像头3周围的环形光源，以起到更好的光线补偿效果。该感光元件10和补充光源2可以设置在主机16内的任意位置，但是，该感光元件10最好应远离补充光源2以及指示灯5等其他光源，以尽量减小主机发光源对感光元件的影响。当然，如果采用红外摄像头，则无需设置补充光源及感光元件。

本发明可以再设置工作指示灯4。当系统开机自检时，控制器6使得该工作指示灯4处于闪烁状态；当自检通过后，工作指示灯4处于常亮状态。该工作指示灯4的颜色和功率不做限制。

为了更好的判断驾驶员是否在观看左右车外倒视镜和车内上部后视镜，所述的控制器6内部可以设置一个学习模块17并在主机16上设置一个学习键14，该学习模块17及学习键14用于控制器6学习驾驶员头部的3种位置状态：观看车外左倒车镜状态、观看车外右倒车镜状态和观看车内后视镜状态。当按下学习键14时，要求驾驶员头部看向上述3个位置中的任一个并停留一定的时长，以保障机器能够采集足够的图像参考样本并存储在控制器内部存储器中。对于停留时长，本发明不做限制。学习过程一般仅运行1次即可，但是当驾驶员改变或座椅位置调整后，一般需要重新进行系统学习，学习后的参数存储在控制器6中。学习过程中，工作指示灯4处于闪烁状态。

本发明还可以在驾驶低警觉状态时，对驾驶状态采用进一步措施。具体为，在所述的控制器6内部设置驾驶状态控制模块18并预留与外界通讯的IO接口7，通过该IO接口7可以将驾驶员低警觉度状态信号传输给车辆总线或其它应用，并由驾驶状态控制模块18控制限速、开启双闪等警示周边车辆等措施。IO接口7的具体形式和功能不做限制。

上述各部件均可以设置在主机16内，该主机16则可以设置在固定底座13上，主机16与固定底座13可以通过万向球头12连接。该固定底座13形状和形式本发明对此不做限制，其可以固定在驾驶员上前方的前挡玻璃上，也可固定在仪表台，根据需要和驾驶员意见在安装时调整。由于万向球头12的作用，即使固定底座13固定后，主机16仍可在较大范围内调整指向方位。

如图4所示，所述预警装置的工作原理为：按下开关11，系统启动并进入自检状态；若自检未通过，则提示故障，系统结束运行，直到故障解决为止；若自检通过，则系统进入循环检测预警过程；在触发摄像头3采集驾驶室图片信号前，通过感光元件10检测驾驶室内光亮是否充分，若光线不足，则控制器6自动打开补充光源2，以保障摄像头3所拍摄采集的驾驶室内场景具有较好的辨析度；控制器6触发摄像头3拍摄并采集一副驾驶室内场景的数字图像，并利用其内部预先编制好的软件算法分割出驾驶员脸部区域，提取脸部轮廓并计算重心、长度、面积、面积长度比等特征；利用这些特征与预先学习获得的存储在控制器6内部的参考特征对比，判断驾驶员是否在观看车外左右倒车镜或车内后视镜，从而获得其观看频率并进一步计算出其警觉度状态；当驾驶员处于低警觉度时，控制器6触发扬声器1和报警指示灯5实现声光报警，并可进一步通过IO接口7与车辆或外界通讯以进一步采取安全措施；若驾驶员警觉度合格，则系统空闲等待下一次检测时间间隔。如此，反复循环直至车辆断电或人为关闭系统为止。

本发明关于脸部轮廓特征的定义和提取只是本发明的一种实施案例而已，并非用于限制本发明的实施范围。

本发明能够实现一种低警觉驾驶的自动检测和预警，体积小巧，安装方便，对驾驶员的视野几乎没有影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (11)

1.一种低警觉度驾驶预警方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，对驾驶员头部图像进行采集；

步骤二，对图像进行处理，即利用预先编制好的软件算法分割出驾驶员脸部区域，提取脸部轮廓并计算脸部轮廓的重心、长度、面积、面积长度比特征，利用这些特征与参考特征进行对比，以此判断驾驶员是否在观察左右车外倒视镜和车内上部后视镜；之后获得观看频率；

步骤三，将获得的观看频率与设定值进行对比，大于设定值时驾驶警觉度合格，否则为低警觉度；

步骤四，当驾驶员处于低警觉时进行预警或者采取进一步措施；若驾驶员警觉度合格，则空闲一定的时间间隔后返回步骤一。

2.根据权利要求1所述的一种低警觉度驾驶预警方法，其特征在于：所述参考特征预先学习驾驶员头部的3种位置状态，即观看车外左倒车镜状态、观看车外右倒车镜状态和观看车内后视镜状态，来获得。

3.根据权利要求1或2所述的一种低警觉度驾驶预警方法，其特征在于：所述进一步措施限速或开启双闪。

4.一种低警觉度驾驶预警装置，其特征在于：包括摄像头、控制器、报警装置以及电源装置；该摄像头用于拍摄驾驶员头部图像并将图像传输给控制器；该控制器触发摄像头拍摄并采集一副驾驶室内场景的数字图像，并利用其内部预先编制好的软件算法分割出驾驶员脸部区域，提取脸部轮廓并计算重心、长度、面积、面积长度比特征，利用这些特征与参考特征进行对比，判断驾驶员是否在观看车外左右倒车镜或车内后视镜，从而获得观看频率，并将观看频率与设定值进行对比，计算出驾驶警觉度状态；该报警装置在控制器的处理结果为低驾驶警觉度时进行报警；该电源装置为整个装置进行供电的电源装置。

5.根据权利要求4所述的一种低警觉度驾驶预警装置，其特征在于：所述的控制器内部设置有学习模块，该学习模块用于控制器学习驾驶员头部的3种位置状态：观看车外左倒车镜状态、观看车外右倒车镜状态和观看车内后视镜状态，从而得到参考特征。

6.根据权利要求4所述的一种低警觉度驾驶预警装置，其特征在于：所述的控制器内部设置有驾驶状态控制模块并预留与外界通讯的IO接口，该IO接口将驾驶员低警觉度状态信号传输给车辆总线，并由驾驶状态控制模块对相应的车辆驾驶状态进行控制。

7.根据权利要求4-6之一所述的一种低警觉度驾驶预警装置，其特征在于：进一步设置有感光元件和补充光源。

8.根据权利要求7所述的一种低警觉度驾驶预警装置，其特征在于：所述的摄像头、控制器、报警装置、电源装置、感光元件以及补充光源设置在一主机内，该主机通过万向球头与一固定底座连接；所述的补充光源为环绕在所述摄像头周围的环形光源。

9.根据权利要求4-6之一所述的一种低警觉度驾驶预警装置，其特征在于：所述的报警装置为扬声器或/和警示灯。

10.根据权利要求4-6之一所述的一种低警觉度驾驶预警装置，其特征在于：所述的电源装置为内部电源或/和外接电源接口，该外接电源接口通过电缆线与车载电源接口连接。

11.根据权利要求4-6之一所述的一种低警觉度驾驶预警装置，其特征在于：进一步设置有工作指示灯。