CN104299363A - 基于多特征融合的疲劳驾驶预警系统 - Google Patents

Abstract

基于多特征融合的疲劳驾驶预警系统，涉及检测系统。设有疲劳监测模块、行车轨迹记录与分析模块、微处理器、定时器、报警模块、GPRS；疲劳监测模块设有疲劳检测摄像头、红外灯控制电路，行车轨迹记录与分析模块设有行车记录仪摄像头、速度传感器；疲劳检测摄像头的驾驶员图像采集信号输出端接微处理器输入端，红外灯控制电路的红外控制信号输出接微处理器输入端，行车记录仪摄像头的行车轨迹采集信号输出端接微处理器输入端，速度传感器的速度信号输出端接微处理器输入端，微处理器与GPRS连接，GPRS输出端与远程信息终端进行数据信息交互；微处理器的定时信号输出端、报警信号输出端和显示信号输出端接定时器、报警模块和显示模块。

Description

基于多特征融合的疲劳驾驶预警系统

技术领域

本发明涉及检测系统，特别涉及一种基于多特征融合的疲劳驾驶预警系统。

背景技术

在全球范围内，司机的疲劳驾驶已成为导致交通安全事故的重要原因之一。当驾驶员因睡眠不足、长时间行车、饮酒及生病等因素而引起视线模糊、反映迟钝、注意力分散、动作僵硬等现象时，将直接影响到驾驶员的感知、思维、判断、决策及运动执行能力，对个人和社会的生命财产安全带来极大的安全隐患。有关研究表明,如果能实时监测驾驶员的状态,并在疲劳驾驶情况出现之初予以警示,那么由疲劳驾驶引起的交通事故至少可以减少80％，能有效为国家挽回巨大的经济损失，能够挽救千万人的生命，维护社会安定。如今交通运输业也在蓬勃发展，创造巨大的社会经济效益，但是同时交通事故却也变成了社会的第一公害。在这样严峻的交通事故形势下，研究预防发生疲劳驾驶的方法尤为必要，通过信息评判驾驶员的疲劳程度来进行预警和防护,己成为国内外专家和学者的一个研究热点，其意义深远而重大。因此提高车载疲劳报警装置的实时性、准确性、可靠性，降低制作成本，以及寻找非接触性的、信息融合的、高效的疲劳检测方法，都将是未来疲劳驾驶的研究方向。

中国专利CN101814137A公开一种基于红外眼态识别的疲劳驾驶预警系统，包括视频获取模块，用以采集驾驶员的头部视频图像；眼睛初始定位模块，用以对头部视频图像采用背景差分技术处理，进行眼睛初始定位；眼睛跟踪预测模块，用以采用kalman滤波器进行眼睛位置跟踪预测；眼睛精确定位模块，用以采用融合红外图像空间纹理的改进Mean-Shift算法实现眼睛最终位置的精确定位；眼睛状态识别模块，用以对眼睛区域进行二值化或边缘检测，获得眼睛的长宽信息；疲劳状态计算模块，用以根据当前检测时间段的眼睛状态，依照PERCLOS的P80标准进行眼睛疲劳状态判断；疲劳驾驶预警模块，用以当判定当前状态为疲劳状态，发出告警指令。

中国专利CN201955874U公开一种疲劳驾驶预警系统，包括：图像采集传感器，用于采集驾驶员状态的图像信号并发送到控制模块；速度传感器，用于测试车辆行驶速度，并将速度信息发送到控制模块；语音报警模块，用于根据控制模块的报警指令进行语音报警；数据传输模块，用于将控制模块的振动指令发送到振动坐垫；振动坐垫，用于根据振动指令对驾驶员进行振动提示；控制模块，用于根据图像信号和速度信息判断车辆及驾驶员的状态，当车辆处于正常行驶状态且驾驶员处于疲劳状态时，向语音报警模块发送报警指令，并向振动坐垫发送振动指令。

发明内容

本发明的目的在于提供基于车载的、视觉的、实时性、多特征融合的、实现定时提醒与监测、检测速度快、准确的一种基于多特征融合的疲劳驾驶预警系统。

本发明设有疲劳监测模块、行车轨迹记录与分析模块、微处理器、定时器、报警模块、GPRS；

所述疲劳监测模块设有疲劳检测摄像头、红外灯控制电路，所述行车轨迹记录与分析模块设有行车记录仪摄像头、速度传感器；疲劳检测摄像头的驾驶员图像采集信号输出端接微处理器的输入端口，红外灯控制电路的红外控制信号输出接微处理器的输入端口，行车记录仪摄像头的行车轨迹采集信号输出端接微处理器的输入端口，速度传感器的速度信号输出端接微处理器的输入端口，微处理器与GPRS连接，GPRS的输出端与远程信息终端进行数据信息交互；微处理器的定时信号输出端、报警信号输出端和显示信号输出端分别接定时器、报警模块和显示模块。

所述微处理器可采用嵌入式微处理器。

本发明为了满足驾驶员疲劳状况检测装置全天候的监测环境，采用两种波长的红外光源，分属于不可见光的范围。外圈采用950nm的红外灯，瞳孔只能反射40％的光，内圈采用850nm的光，瞳孔可以反射90％的光，经过滤除光照变化复杂的可见光，这样利用人眼对近红外光所产生的红眼效应找到眼睛的位置，提取出眼部特征进行疲劳预警判定。

本发明利用红外光源人为的产生红眼效应，通过图像采集装置获取瞳孔亮暗程度不同的帧间图像，做帧间差分。通过对图像进行处理，采用大津法计算图像二值化阈值，结合人眼的几何约束条件能够快速而准确的找到人眼区域，为眼部状态的判定奠定基础，该方法对环境变换具有很好的适应性。

本发明在准确定位人眼之后，进一步对眼睛状态进行识别。通过瞳孔区域状态的提取确定眼睛的睁闭合状态，采用计算PERCLOS的值的大小判定驾驶员的疲劳程度，达到实时监测驾驶员疲劳程度的要求，且具有良好的鲁棒性。

本发明同时结合行车的轨迹，对驾驶员身体所处的状况进行判断，通过GPRS生成行车轨迹的地理位置数据的采集，所述采集到地理位置信息，并送到嵌入式微处理器配合电子地图生成行车轨迹模型。通过比对，实现行为的判断。

时间模块是通过定时器，在行驶过程中每隔一段时间(一般四小时)报警提醒一下。增加驾车行驶的安全性保障。

报警提醒是通过GPRS，通过与驾驶人亲属或者运输车的车主信息交互，实现对驾驶人驾驶疲劳的有效提醒或者强制休息。增加系统的灵活性与适用性。

本发明通过结合眼部瞳孔的疲劳监测、行车的轨迹判断、行车的时间记录、远程无线的信息交互手段，综合实现疲劳判定，实现高准确率对驾驶员的疲劳程度进行科学判决。

本发明的有益效果如下：

本发明采用多特征融合的方法对驾驶员的疲劳状态进行具有众多的优势，是目前最可靠的技术之一。本发明将眼镜的疲劳监测、行车的轨迹判断、行车的时间记录融合到一起进行驾驶员疲劳监测，提高了系统的鲁棒性，实现了系统的实时性、可靠性的准确疲劳预警，为

系统的大规模推广奠定了基础。

附图说明

图1是本发明实施例的结构组成框图；

图2是本发明实施例的红外灯控制电路的近轴光源控制电路组成原理图；

图3是本发明实施例的红外灯控制电路的远轴光源控制电路组成原理图；

图4是本发明实施例的流程框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明实施例设有疲劳监测模块1、行车轨迹记录与分析模块2、微处理器3、定时器4、报警模块5、GPRS7。所述疲劳监测模块1设有疲劳检测摄像头11、红外灯控制电路12，所述行车轨迹记录与分析模块2设有行车记录仪摄像头21、速度传感器22；疲劳检测摄像头11的驾驶员图像采集信号输出端接微处理器3的输入端口，红外灯控制电路12的红外控制信号输出接微处理器3的输入端口，行车记录仪摄像头21的行车轨迹采集信号输出端接微处理器3的输入端口，速度传感器22的速度信号输出端接微处理器3的输入端口，微处理器3与GPRS7连接，GPRS7的输出端与远程信息终端8进行数据信息交互；微处理器3的定时信号输出端、报警信号输出端和显示信号输出端分别接定时器4、报警模块5和显示模块6。

所述微处理器3可采用ARM处理器。

本发明设有疲劳检测摄像头11和行车记录仪摄像头21两个CCD摄像头，疲劳检测摄像头11用于进行疲劳监测的驾驶员的具体图像信息采集，行车记录仪摄像头21用于记录行车轨迹。由嵌入式处理器所对CCD摄像头所采集到的图像进行数据信息处理，对图像进行特征提取，并通过红外灯的差分，通过结合瞳孔的状况，实现PERCLOSE准则的疲劳检测。同时另外一路采集到的行车轨迹，也会实时传输到微处理器，微处理器根据行车的轨迹，进行判决驾驶员当前所处的状况，是否适合继续进行驾驶。同时根据两者所处理的结果，实现综合融合判决，实现对疲劳程度的划分。结合定时器的功能，判断驾驶员的驾驶时间。当需要提醒驾驶员需要休息时，通过两种手段实现休息提醒。一种为车内提醒，提示驾驶员需要靠近服务区进行休整后继续驾驶，同时也通过GPRS方式传输到驾驶员的亲属或者车辆的管理部门，强制通过远程的信息交互，实现驾驶员的休息。

本发明实施例的红外灯控制电路的近轴光源控制电路组成原理图参见图2；本发明实施例的红外灯控制电路的远轴光源控制电路组成原理图参见图3；本发明实施例的流程框图参见图4。

一种基于多特征融合的疲劳驾驶检测方法，包括眼睛瞳孔的疲劳监测与判断，行车轨迹的判断，远程的信息交互，包括以下步骤：

(1)系统工作正常后，系统会立即进入疲劳判断工作状态，对眼睛的疲劳状况和行车的轨迹进行综合判断；

(2)通过内外光圈红外灯的配合，通过红眼效应实现全天候的瞳孔的判决，根据眼睑的闭合程度，实现疲劳程度的一个量化度量；

(3)行车记录模块会对汽车的行车轨迹进行记录，并与集成的GPRS设备中的电子地图进行对比，当与模型的匹配程度差别比较大时，可以判定驾驶员的疲劳程度；

(4)结合定时功能，当驾驶员的行车时间比较长时，其发生疲劳的概率上升，其上述检测的预警概率增大，超过4h时，强制提醒驾驶员休息，避免疲劳驾驶的发生；

(5)通过GPRS，实现疲劳程度与远程相关人员的信息交互，实现疲劳的实时预警与远程的强制提醒预警方法的结合，实现有效的预防疲劳驾驶的发生，提高系统的工作效能。

人眼疲劳监测是通过摄像头获取人脸图像初步定位出人的眼睛，然后关照预处理获得具有良好关照处理的人眼图像，在与训练出来的人眼模板进行匹配，从而获得人眼睁闭状态，最后通过疲劳判断准则来判断驾驶人员是否疲劳。

疲劳判断准则是通过提取的眼部图像信息，可以得出眼睑遮住瞳孔的面积，疲劳状态的驾驶员眼睑遮住瞳孔的面积超过80％，统计在一定时间内眼睛闭合时所占的时间比例，判断驾驶员是否疲劳驾驶。

车速监测通过速度传感器采集车辆行驶过程中的速度，并通过计算获取加速度，最终将速度、加速度以及对应的时间进行打包存储，并记录车辆行驶过程中以及泊车过程中的影像，进行行驶信息管理，并在超速时，开启报警器，提醒驾驶人员减速；

行车轨迹监测通过GPRS生成行车轨迹的地理位置数据的采集，采集到地理位置信息，并送到嵌入式微处理器配合电子地图生成行车轨迹模型。

时间监测是通过定时器，在行驶开始时开始定时，每隔一段时间(一般4h)报警提醒一下。

报警提醒是通过报警模块，报警模块包括语音提示器以及连接车内的各种传感器，根据不同的监测报警采用语音提示或断油断电强制停车措施。

Claims (2)

1.基于多特征融合的疲劳驾驶预警系统，其特征在于设有疲劳监测模块、行车轨迹记录与分析模块、微处理器、定时器、报警模块、GPRS；

所述疲劳监测模块设有疲劳检测摄像头、红外灯控制电路，所述行车轨迹记录与分析模块设有行车记录仪摄像头、速度传感器；疲劳检测摄像头的驾驶员图像采集信号输出端接微处理器的输入端口，红外灯控制电路的红外控制信号输出接微处理器的输入端口，行车记录仪摄像头的行车轨迹采集信号输出端接微处理器的输入端口，速度传感器的速度信号输出端接微处理器的输入端口，微处理器与GPRS连接，GPRS的输出端与远程信息终端进行数据信息交互；微处理器的定时信号输出端、报警信号输出端和显示信号输出端分别接定时器、报警模块和显示模块。

2.如权利要求1所述基于多特征融合的疲劳驾驶预警系统，其特征在于所述微处理器采用嵌入式微处理器。