CN103927848A - 一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，包括中心主机、其特征在于：所述中心主机包括分析处理模块、报警模块和GPS模块，心跳感应器采集驾驶员的心跳特征数据，红外摄像头采集驾驶员脸部特征图像数据，外置摄像头采集车辆前部范围内的图像数据，GPS模块负责采集定位和速度数据，分析处理模块处理和分析采集的图像或GPS数据，报警模块接收分析处理模块发出的信号进行报警。本发明解决了车辆在道路行驶中因驾驶者疲劳驾驶、分神、开小差、新手上路等各种突发状况引发的车道偏离、追尾、碰撞等交通事故的问题，提供了一种能够及时提醒驾驶者潜在危险，分担并缓解驾驶者因注意力高度紧张所带来疲劳的安全驾驶辅助系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆安全驾驶辅助系统，特别是涉及一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统。
背景技术
随着社会的发展，汽车已经成为人们出行必不可少的交通工具；但是随着汽车数量的增多，汽车的安全驾驶已成为社会极为关注的问题。所谓生物识别技术，就是通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性（如手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、心跳、脉搏等）来进行个人身份的鉴定。人疲劳到了一定程度，就会发生分神、开小差等情况发生，驾驶行为也会发生变化，容易引发车道偏离、追尾、碰撞等交通事故，存在一定安全隐患，同时驾驶者在驾驶过程中注意力高度紧张，无法进行缓解，较容易疲劳。
发明内容
为了解决现有技术车辆在道路行驶中因驾驶者疲劳驾驶、分神、开小差、新手上路等各种突发状况引发的车道偏离、追尾、碰撞等交通事故的问题，本发明提供了一种能够及时提醒驾驶者潜在危险，提高行驶安全可靠性，分担并缓解驾驶者因注意力高度紧张所带来的疲劳，创造轻松惬意驾驶环境的安全驾驶辅助系统。
为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，包括中心主机、其特征在于：还包括心跳感应器、红外摄像头、外置摄像头，所述中心主机包括分析处理模块、报警模块和GPS模块，所述心跳感应器采集驾驶员的心跳特征数据输送给分析处理模块处理，所述红外摄像头采集驾驶员脸部特征图像数据输送给分析处理模块处理，所述外置摄像头采集车辆前部范围内的车辆、行人、路道特征图像数据输送给分析处理模块处理，所述GPS模块负责采集定位和速度数据输送给分析处理模块处理，所述分析处理模块处理和分析采集的图像或GPS数据，并发送信号给报警模块，所述报警模块接收分析处理模块发出的信号进行报警。
前述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：还包括指纹识别器、所述指纹识别器采集驾驶员的指纹特征数据输送给中心主机进行认证，中心主机认证后从分析处理模块中加载驾驶员生物标准数据库。
前述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：在中心主机中还设置有GPRS模块，所述GPRS模块负责传输中心主机数据至远程网关服务器。
前述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：所述外置摄像头采用热成像摄像头。
前述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：所述报警模块在中心主机的控制下发出闪光或报警声。
前述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：所述心跳感应器采用纸状心跳感应器。
本发明的有益效果是：本发明基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统通过生物传感器和内置视频设备识别驾驶员疲劳驾驶的行为，并通过外置视频识别车辆前方的环境，以及通过GPS监测车辆速度，一旦发现不良驾驶行为则立即对驾驶员进行提醒，改进驾驶习惯，改掉驾驶员不良驾驶行为。及时提醒司机存在的潜在风险，保护司机和行人安全，挽救生命和避免受伤，对于提高交通安全将起到了重要作用。
附图说明
图1是本发明安全驾驶辅助系统的网络结构图。
图2是本发明安全驾驶辅助系统的系统设备结构图。
图3是本发明疲劳检测算法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1-2所示，一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，包括中心主机、心跳感应器、指纹识别器、红外摄像头、外置摄像头，所述中心主机包括分析处理模块、报警模块、GPS模块和GPRS模块。
所述指纹识别器采集驾驶员的指纹特征数据输送给中心主机进行认证，所述心跳感应器采集驾驶员的心跳特征数据输送给分析处理模块处理，所述红外摄像头采集驾驶员脸部特征图像数据输送给分析处理模块处理，所述外置摄像头采集车辆前部范围内的车辆、行人、路道特征图像数据输送给分析处理模块处理，所述GPS模块负责采集定位和速度数据输送给分析处理模块处理，所述分析处理模块处理和分析采集的图像或GPS数据，并发送信号给报警模块，所述报警模块接收分析处理模块发出的信号进行报警，所述GPRS模块负责传输中心主机数据至远程网关服务器。设计时，外置摄像头采用热成像摄像头，报警模块采用喇叭，心跳感应器采用纸状心跳感应器。
基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统使用时：
（1）、驾驶员到达驾驶座位后，通过指纹识器识别指纹和前置红外摄像头识别人脸，通过认证后系统自动从分析处理模块中加载驾驶员生物标准数据库。
（2）、人在打磕睡之前，心跳速度下降。通过贴在方向盘上的纸状心跳感应器，司机握方向盘时可以握住它。感应器每隔10秒检测一次驾驶员的心跳速度。它可通过驾驶员心跳速度的变化，监测驾驶员是否打磕睡,在睡意来临15分钟前提醒驾驶员注意，防止发生事故。
（3）、通过装配在前方仪表盘上的前置红外摄像头，时刻监视着驾驶员的脸部情况，红外线摄像头即使在黑夜也能密切的观察驾驶者的情况，同时，软件程序系统时刻进行录像监测并根据驾驶者的观景方向、眨眼频率及眼睑的运动状态来判断其驾驶过程中是否精力集中并提高警觉，如果电子探测表明驾驶者处于昏睡迹象，则对其发出的警告。
（4）、通过装配汽车外部的外置热成像摄像头，时刻监视着车外行人、车辆、道路线，一旦发现超过警示距离或偏离当前车道便会发生报警。
（5）、中心主机自带GPS定位模块，时刻监测车辆速度，一旦速度超过设定的阈值，并且超过一段时间未回归正常范围值内便会发生报警。
（6）、中心主机通过卫星进行定位，采集生物传感器数据并加以分析，通过移动网络将数据上传至远程系统的网管服务器。
本发明心跳感应器，这种只有纸片一般大的感应器是由压力传感器、绝缘电路贴片、微处理器以及黏贴胶膜组成，为了能够让这种传感器面积够小、感应灵敏度够高，我们专门采用了压缩橡胶的中间薄层，在它的上面覆盖有金字塔状的隆起物。使用者只需要把它粘在胶带上然后贴到方向盘上，当给这些隆起物施加压力之后,它们会发生轻微的变形,进而可以检测到设备中电磁场以及电流的变化，根据一定的算法可以检测到驾驶员的心跳，感应器每隔10秒检测一次可机的心跳速度，一旦发现心跳小于预设的阈值超过设定的时间则会发生警告声。
关于前置摄像头光学识别技术，采用了PERCLOS的驾驶员疲劳检测方法，通过测量在一定的时间内眼睛闭合时所占的时间比例 检测驾驶员的疲劳情况。设计的系统由红外光源、人眼图像传感、图像处理及眼睛面积补偿算法等组成。在提取人眼图像过程中，利用人眼对850nm/940nm这两种波长的红外光线的吸收率的明显差异，得到差分图像后可将眼睛与其余部分分离，同时也避免了背景光线的干扰，特别适合于夜间容易出现疲劳驾驶时段的检测。在眼睛面积的计算过程中，通过面积补偿算法，修正驾驶员眼睛与检测设备距离相对变化引起的误差，提高了检测系统的准确率。
PERCLOS是Percent Eye Closure的缩写，指在一定的时间内眼睛闭合时所占的时间比例。在具体试验中有P70，P80, EM三种测量方式。其中P80被认为最能反映人的疲劳程度。图中t1为眼睛完全睁开到闭合20%的时间；t2为眼睛完全睁开到闭合80%的时间；t3为眼睛完全睁开到下一次睁开20%的时间；t4为眼睛完全睁开到下一次睁开80%的时间。通过测量出t1到t4的值就能计算出PERCLOS的值f。
式中，f 为眼睛闭合时间所占某一特定时间的百分率。对于P80 测量方式来说，我们认为当PERCLOS 值f>0.15 时，认为驾驶员处于疲劳状态。
本发明的PERCLOS 疲劳检测方法为：通过相同光照度的两个波长的红外光源照射，采集到两个波长的反射图像并且进行相减，经过二值化后将眼睛部分与脸部其他部分分开，从而进行眼睛面积的计算，统计一段时间内驾驶员眼睛闭合的时间所占的比例。在眼睛面积计算的同时，需修正驾驶员眼睛与检测设备距离相对变化引起的眼睛面积变化。疲劳检测算法的流程框图如图3所示。
在疲劳检测算法流程中，最为关键的是眼睛位置跟踪算法与眼睛面积修正算法。其中眼睛位置跟踪算法充分利用了眼睛与脸部其他部位对850nm 和940nm 波长反射率不同的特点，通过采集相同光照下这两个波长的反射图像，由于同时采集到的两幅图像只有眼睛部分灰度不同，其他位置灰度基本完全相同。因此通过相减运算，可将眼睛部分与脸部其余部分分离出来，从而为接下来的眼睛面积计算以及面积补偿算法提供基础。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，包括中心主机、其特征在于：还包括心跳感应器、红外摄像头、外置摄像头，所述中心主机包括分析处理模块、报警模块和GPS模块，所述心跳感应器采集驾驶员的心跳特征数据输送给分析处理模块处理，所述红外摄像头采集驾驶员脸部特征图像数据输送给分析处理模块处理，所述外置摄像头采集车辆前部范围内的车辆、行人、路道特征图像数据输送给分析处理模块处理，所述GPS模块负责采集定位和速度数据输送给分析处理模块处理，所述分析处理模块处理和分析采集的图像或GPS数据，并发送信号给报警模块，所述报警模块接收分析处理模块发出的信号进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：还包括指纹识别器、所述指纹识别器采集驾驶员的指纹特征数据输送给中心主机进行认证，中心主机认证后从分析处理模块中加载驾驶员生物标准数据库。
3.根据权利要求2所述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：在中心主机中还设置有GPRS模块，所述GPRS模块负责传输中心主机数据至远程网关服务器。
4.根据权利要求3所述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：所述外置摄像头采用热成像摄像头。
5.根据权利要求4所述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：所述报警模块在中心主机的控制下发出闪光或报警声。
6.根据权利要求5所述的一种基于生物识别技术的安全驾驶辅助系统，其特征在于：所述心跳感应器采用纸状心跳感应器。
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