CN104574822B - 船舶值班人员状态检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶值班人员状态检测系统，包括USB摄像头、热感应红外线检测设备、面部检测设备和嵌入式处理器，USB摄像头用于拍摄值班人员的人员图像，热感应红外线检测设备用于检测值班人员是否存在，面部检测设备与USB摄像头连接，对人员图像执行图像识别，以确定值班人员的面部状态，嵌入式处理器与热感应红外线检测设备和面部检测设备分别连接，基于热感应红外线检测设备的检测结果和面部检测设备的图像识别结果，确定是否发出值班人员状态报警信号。通过本发明，能够快速、准确地检测到船舶值班人员是否在岗以及是否疲劳值班，并发出相应的报警信号，从而避免船舶事故的发生。

Description

船舶值班人员状态检测系统

技术领域

本发明涉及船舶监控领域，尤其涉及一种船舶值班人员状态检测系统。

背景技术

疲劳值班或缺席值班被公认为是造成海上交通事故的主要原因之一。大量事故统计分析表明，在海难事故和污染损害事故中，约80％是人为因素造成的。船舶在海上航行时，需保持24小时通航，现有船舶值班系统中，都实行4小时一班的值班人员轮班制，这种状况增加了值班人员的工作强度，尤其是夜班，值班人员很难保证一直处于清醒状态，一旦精神疲劳，或者短暂缺席，疏于职守，将会带来生命、财产上的巨大损失和海洋环境难以恢复的破坏。

现有技术中，为了解决上述问题，一般采用以下方式：(1)增加每班的值班人数，在出现疲惫的值班人员时，能够及时进行人员替换；(2)在船舶驾驶室内增加视频监控设备，将值班室内的人员值班情况实时发送给船舶管理平台，一旦发现值班人员异常，立即进行相应的处理。但是这些方式都存在一定的弊端，前者耗费过多的人力资源，而后者，同样需要后台的人力资源来支持远程视频监控。

因此，需要一种新的船舶值班人员状态检测系统，能够采用机器监控的方式替代人工监控的方式，对船舶值班人员状态进行实时监控，并在出现异常情况时，自动报警，提醒管理人员接管监控，采取相应措施，避免事故发生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种船舶值班人员状态检测系统，引用热感应红外线检测设备用于检测值班人员是否存在，引用面部检测设备和USB摄像头对值班人员图像执行图像识别，以确定值班人员的面部状态，从而基于上述设备的检测结果，发出不同的报警信息，提高监控的效率和自动化水平，减少相应的人工成本。

根据本发明的一方面，提供了一种船舶值班人员状态检测系统，所述检测系统包括USB摄像头、热感应红外线检测设备、面部检测设备和嵌入式处理器，所述USB摄像头用于拍摄值班人员的人员图像，所述热感应红外线检测设备用于检测值班人员是否存在，所述面部检测设备与所述USB摄像头连接，对所述人员图像执行图像识别，以确定值班人员的面部状态，所述嵌入式处理器与所述热感应红外线检测设备和所述面部检测设备分别连接，基于所述热感应红外线检测设备的检测结果和所述面部检测设备的图像识别结果，确定是否发出值班人员状态报警信号。

更具体地，在所述船舶值班人员状态检测系统中，还包括：无线通信接口，用于与远端的船舶管理平台建立双向的无线通信链路，接收所述船舶管理平台发送的控制指令，将值班人员缺勤报警信号或值班人员疲劳值班报警信号发送给所述船舶管理平台，所述控制指令包括启动状态监控指令和结束状态监控指令；计时器，用于为所述检测系统的船舶值班人员状态检测提供计时；USB通信接口，与外部U盘连接，以接收外部U盘内预存的Cb范围、Cr范围、缺勤时间阈值和预设面积阈值，接收外部U盘内预存的疲劳特征值，所述Cb范围和所述Cr范围用于将YCbCr颜色空间下的图像中的船舶值班人员面部与背景分离，所述疲劳特征值为对预先拍摄的基准疲劳面部图像进行特征识别所确定的特征值；静态存储设备，与所述USB通信接口连接，接收并存储所述Cb范围、所述Cr范围、所述缺勤时间阈值、所述预设面积阈值和所述疲劳特征值；供电设备，用于为所述检测系统的各个电子设备提供必要的电力供应；双声道扬声器，与所述嵌入式处理器连接，用于播放与所述值班人员缺勤报警信号或所述值班人员疲劳值班报警信号对应的语音警示文件；所述USB摄像头设置在船舶仪表盘上、值班位置的前方，用于实时拍摄值班人员的人员图像，所述人员图像的分辨率为1920×1080；所述热感应红外线检测设备设置在船舶仪表盘上、值班位置的前方，基于值班人员的热感应效应，确定值班人员是否存在值班位置处；所述面部检测设备与所述静态存储设备和所述USB摄像头分别连接，所述面部检测设备包括图像预处理器、颜色空间转换器、图像分割器和面部状态识别器，所述图像预处理器、所述颜色空间转换器、所述图像分割器和所述面部状态识别器分别采用不同的FPGA芯片来实现，所述图像预处理器与所述USB摄像头连接，对所述人员图像依次执行对比度增强和小波滤波处理，获得预处理图像，所述颜色空间转换器与所述图像预处理器连接，将所述预处理图像转换为YCbCr颜色空间下的YCbCr颜色图像，所述图像分割器与所述颜色空间转换器和所述静态存储设备分别连接，将YCbCr颜色图像中Cb值在所述Cb范围内且Cr值在所述Cr范围内的所有像素识别出来并组成面部子图像，所述面部状态识别器与所述图像分割器连接，当所述面部子图像的面积小于所述预设面积阈值时，输出不存在面部图像信号，当所述面部子图像的面积大于等于所述预设面积阈值时，对所述面部子图像执行特征识别，在对所述面部子图像识别的特征与所述疲劳特征值匹配时，发出面部状态疲惫信号，在对所述面部子图像识别的特征与所述疲劳特征值不匹配时，发出面部状态正常信号；所述嵌入式处理器与所述静态存储设备、所述计时器、所述热感应红外线检测设备、所述USB摄像头和所述面部状态识别器分别连接，当所述热感应红外线检测设备确定值班人员不存在值班位置处且接收到所述不存在面部图像信号时，启动所述计时器，在所述计时器的计时时间达到所述缺勤时间阈值时，发出值班人员缺勤报警信号，当接收到所述面部状态疲惫信号时，发出值班人员疲劳值班报警信号，并将所述人员图像转发给所述无线通信接口；其中，所述无线通信接口在将所述值班人员疲劳值班报警信号发送给所述船舶管理平台的同时，将所述人员图像发送给所述船舶管理平台；所述嵌入式处理器在接收到启动状态监控指令时，启动所述热感应红外线检测设备、所述USB摄像头和所述面部检测设备，在接收到结束状态监控指令时，关闭所述热感应红外线检测设备、所述USB摄像头和所述面部检测设备；所述计时器、所述USB通信接口、所述静态存储设备、所述供电设备、所述面部检测设备和所述嵌入式处理器都位于船舶仪表盘内，所述无线通信接口位于船舶船体上。

更具体地，在所述船舶值班人员状态检测系统中，还包括：显示设备，与所述嵌入式处理器连接，用于显示与所述值班人员缺勤报警信号或所述值班人员疲劳值班报警信号对应的警示文字。

更具体地，在所述船舶值班人员状态检测系统中，所述无线通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口或4G移动通信接口中的一种。

更具体地，在所述船舶值班人员状态检测系统中，所述无线通信接口在将所述人员图像发送给所述船舶管理平台前，对所述人员图像执行压缩编码。

更具体地，在所述船舶值班人员状态检测系统中，所述USB摄像头包括CMOS视频传感器。

更具体地，在所述船舶值班人员状态检测系统中，所述计时器、所述USB通信接口、所述静态存储设备、所述供电设备、所述面部检测设备和所述嵌入式处理器都集成在一块集成电路板上。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的船舶值班人员状态检测系统的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的船舶值班人员状态检测系统的实施方案进行详细说明。

船舶(boats and ships)，是各种船只的总称。船舶是能航行或停泊于水域进行运输或作业的交通工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。船舶是一种主要在地理水中运行的人造交通工具。另外，民用船一般称为船，军用船称为舰，小型船称为艇或舟，其总称为舰船或船艇。

船舶内部主要包括容纳空间、支撑结构和排水结构，具有利用外在或自带能源的推进系统。外型一般是利于克服流体阻力的流线性包络，材料随着科技进步不断更新，早期为木、竹、麻等自然材料，近代多是钢材以及铝、玻璃纤维、亚克力和各种复合材料。

船舶在海面或江面上行驶时，如果值班人员驾驶不慎、疲劳驾驶或者缺席驾驶，都有可能造成严重事故，例如船舶碰撞或船舶触礁等。船舶事故除了会造成较大的人员和设备损失之外，还会对水面形成一定的污染，其后果难以挽救。因此，为了避免船舶事故发生，对值班人员的值班都制定了严格的操作规程，而且从人力和物力上都加强了对值班人员的状态监控。

然而，现有技术中的船舶值班人员状态监控机制耗费人力且效率低下，为此，本发明提出了一种船舶值班人员状态检测系统，在开启值班人员状态检测功能时，能够通过多种检测设备的检测结果的结合，合理判断当前值班人员的即时状态，以进行相应的报警，便于后方管理部门快速采取措施，避免危情进一步扩大化。

图1为根据本发明实施方案示出的船舶值班人员状态检测系统的结构方框图，所述检测系统包括嵌入式处理器1、USB摄像头2、面部检测设备3、热感应红外线检测设备4、无线通信接口5、计时器6、USB通信接口7、静态存储设备8、供电设备9和双声道扬声器10，所述嵌入式处理器1与所述USB摄像头2、所述面部检测设备3、所述热感应红外线检测设备4、所述无线通信接口5、所述计时器6、所述USB通信接口7、所述静态存储设备8、所述供电设备9和所述双声道扬声器10分别连接。

其中，所述USB摄像头2用于拍摄值班人员的人员图像，所述热感应红外线检测设备4用于检测值班人员是否存在，所述面部检测设备3对所述人员图像执行图像识别，以确定值班人员的面部状态，所述嵌入式处理器1基于所述热感应红外线检测设备4的检测结果和所述面部检测设备3的图像识别结果，确定是否发出值班人员状态报警信号。

接着，继续对本发明的船舶值班人员状态检测系统的具体结构进行进一步的说明。

所述无线通信接口5，用于与远端的船舶管理平台建立双向的无线通信链路，接收所述船舶管理平台发送的控制指令，将值班人员缺勤报警信号或值班人员疲劳值班报警信号发送给所述船舶管理平台，所述控制指令包括启动状态监控指令和结束状态监控指令。

所述计时器6，用于为所述检测系统的船舶值班人员状态检测提供计时。

所述USB通信接口7，与外部U盘连接，以接收外部U盘内预存的Cb范围、Cr范围、缺勤时间阈值和预设面积阈值，接收外部U盘内预存的疲劳特征值，所述Cb范围和所述Cr范围用于将YCbCr颜色空间下的图像中的船舶值班人员面部与背景分离，所述疲劳特征值为对预先拍摄的基准疲劳面部图像进行特征识别所确定的特征值。

所述静态存储设备8，与所述USB通信接口7连接，接收并存储所述Cb范围、所述Cr范围、所述缺勤时间阈值、所述预设面积阈值和所述疲劳特征值。

所述供电设备9，用于为所述检测系统的各个电子设备提供必要的电力供应。

所述双声道扬声器10，与所述嵌入式处理器1连接，用于播放与所述值班人员缺勤报警信号或所述值班人员疲劳值班报警信号对应的语音警示文件。

所述USB摄像头2设置在船舶仪表盘上、值班位置的前方，用于实时拍摄值班人员的人员图像，所述人员图像的分辨率为1920×1080。

所述热感应红外线检测设备4设置在船舶仪表盘上、值班位置的前方，基于值班人员的热感应效应，确定值班人员是否存在值班位置处。

所述面部检测设备3与所述静态存储设备8和所述USB摄像头2分别连接，所述面部检测设备3包括图像预处理器、颜色空间转换器、图像分割器和面部状态识别器，所述图像预处理器、所述颜色空间转换器、所述图像分割器和所述面部状态识别器分别采用不同的FPGA芯片来实现，所述图像预处理器与所述USB摄像头2连接，对所述人员图像依次执行对比度增强和小波滤波处理，获得预处理图像。

所述颜色空间转换器与所述图像预处理器连接，将所述预处理图像转换为YCbCr颜色空间下的YCbCr颜色图像，所述图像分割器与所述颜色空间转换器和所述静态存储设备8分别连接，将YCbCr颜色图像中Cb值在所述Cb范围内且Cr值在所述Cr范围内的所有像素识别出来并组成面部子图像，所述面部状态识别器与所述图像分割器连接，当所述面部子图像的面积小于所述预设面积阈值时，输出不存在面部图像信号，当所述面部子图像的面积大于等于所述预设面积阈值时，对所述面部子图像执行特征识别，在对所述面部子图像识别的特征与所述疲劳特征值匹配时，发出面部状态疲惫信号，在对所述面部子图像识别的特征与所述疲劳特征值不匹配时，发出面部状态正常信号。

所述嵌入式处理器1与所述静态存储设备8、所述计时器6、所述热感应红外线检测设备4、所述USB摄像头2和所述面部状态识别器分别连接，当所述热感应红外线检测设备4确定值班人员不存在值班位置处且接收到所述不存在面部图像信号时，启动所述计时器6，在所述计时器6的计时时间达到所述缺勤时间阈值时，发出值班人员缺勤报警信号，当接收到所述面部状态疲惫信号时，发出值班人员疲劳值班报警信号，并将所述人员图像转发给所述无线通信接口。

其中，所述无线通信接口5在将所述值班人员疲劳值班报警信号发送给所述船舶管理平台的同时，将所述人员图像发送给所述船舶管理平台，所述嵌入式处理器1在接收到启动状态监控指令时，启动所述热感应红外线检测设备4、所述USB摄像头2和所述面部检测设备3，在接收到结束状态监控指令时，关闭所述热感应红外线检测设备4、所述USB摄像头2和所述面部检测设备3，所述计时器6、所述USB通信接口7、所述静态存储设备8、所述供电设备9、所述面部检测设备3和所述嵌入式处理器1都位于船舶仪表盘内，所述无线通信接口5位于船舶船体上。

其中，所述检测系统还可以包括：显示设备，与所述嵌入式处理器1连接，用于显示与所述值班人员缺勤报警信号或所述值班人员疲劳值班报警信号对应的警示文字，所述无线通信接口5可选为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口或4G移动通信接口中的一种，所述无线通信接口5在将所述人员图像发送给所述船舶管理平台前，可以对所述人员图像执行压缩编码，所述USB摄像头2可以包括CMOS视频传感器，以及可以将所述计时器6、所述USB通信接口7、所述静态存储设备8、所述供电设备9、所述面部检测设备3和所述嵌入式处理器1都集成在一块集成电路板上。

另外，USB，是英文Universal Serial Bus(通用串行总线)的缩写，而其中文简称为“通串线”，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。从1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，已经发展为3.1版本，成为二十一世纪二十年代电脑中的标准扩展接口。USB自从1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。

各USB版本间能很好的兼容。USB用一个4针(USB3.0标准为9针)插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，最多可以连接127个外部设备，并且不会损失带宽。USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，主板上也安装有USB接口插座，而且除了背板的插座之外，主板上还预留有USB插针，可以通过连线接到机箱前面作为前置USB接口以方便使用。而且USB接口还可以通过专门的USB连机线实现双机互连，并可以通过Hub扩展出更多的接口。

USB具有传输速度快(USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps，USB3.0是5Gbps)，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等，几乎所有的外部设备。理论上USB接口可用于连接多达127个外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。

USB总线接口处理电气层与协议层的互连。从互连的角度来看，相似的总线接口由设备及主机同时给出，例如串行接口机(SIE)。USB总线接口由主控制器实现。USB系统用主控制器管理主机与USB设备间的数据传输。他与主控制器间的接口依赖于主控制器的硬件定义。同时，USB系统也负责管理USB资源，例如带宽和总线能量，这使客户访问USB成为可能。

采用本发明的船舶值班人员状态检测系统，针对现有船舶值班人员状态检测模式人工成本高、监控效果差的技术问题，引用热感应红外线检测技术和图像采集识别技术完成对值班人员缺勤情况和面部状况的检测，并自动进行相应的报警，为后方管理部门提高有价值的参考数据，从而有效避免船舶事故的发生。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种船舶值班人员状态检测系统，其特征在于，所述检测系统包括USB摄像头、热感应红外线检测设备、面部检测设备和嵌入式处理器，所述USB摄像头用于拍摄值班人员的人员图像，所述热感应红外线检测设备用于检测值班人员是否存在，所述面部检测设备与所述USB摄像头连接，对所述人员图像执行图像识别，以确定值班人员的面部状态，所述嵌入式处理器与所述热感应红外线检测设备和所述面部检测设备分别连接，基于所述热感应红外线检测设备的检测结果和所述面部检测设备的图像识别结果，确定是否发出值班人员状态报警信号；

所述检测系统还包括：

无线通信接口，用于与远端的船舶管理平台建立双向的无线通信链路，接收所述船舶管理平台发送的控制指令，将值班人员缺勤报警信号或值班人员疲劳值班报警信号发送给所述船舶管理平台，所述控制指令包括启动状态监控指令和结束状态监控指令；

计时器，用于为所述检测系统的船舶值班人员状态检测提供计时；

USB通信接口，与外部U盘连接，以接收外部U盘内预存的Cb范围、Cr范围、缺勤时间阈值和预设面积阈值，接收外部U盘内预存的疲劳特征值，所述Cb范围和所述Cr范围用于将YCbCr颜色空间下的图像中的船舶值班人员面部与背景分离，所述疲劳特征值为对预先拍摄的基准疲劳面部图像进行特征识别所确定的特征值；

静态存储设备，与所述USB通信接口连接，接收并存储所述Cb范围、所述Cr范围、所述缺勤时间阈值、所述预设面积阈值和所述疲劳特征值；

供电设备，用于为所述检测系统的各个电子设备提供必要的电力供应；

双声道扬声器，与所述嵌入式处理器连接，用于播放与所述值班人员缺勤报警信号或所述值班人员疲劳值班报警信号对应的语音警示文件；

所述USB摄像头设置在船舶仪表盘上、值班位置的前方，用于实时拍摄值班人员的人员图像，所述人员图像的分辨率为1920×1080；

所述热感应红外线检测设备设置在船舶仪表盘上、值班位置的前方，基于值班人员的热感应效应，确定值班人员是否存在值班位置处；

所述面部检测设备与所述静态存储设备和所述USB摄像头分别连接，所述面部检测设备包括图像预处理器、颜色空间转换器、图像分割器和面部状态识别器，所述图像预处理器、所述颜色空间转换器、所述图像分割器和所述面部状态识别器分别采用不同的FPGA芯片来实现，所述图像预处理器与所述USB摄像头连接，对所述人员图像依次执行对比度增强和小波滤波处理，获得预处理图像，所述颜色空间转换器与所述图像预处理器连接，将所述预处理图像转换为YCbCr颜色空间下的YCbCr颜色图像，所述图像分割器与所述颜色空间转换器和所述静态存储设备分别连接，将YCbCr颜色图像中Cb值在所述Cb范围内且Cr值在所述Cr范围内的所有像素识别出来并组成面部子图像，所述面部状态识别器与所述图像分割器连接，当所述面部子图像的面积小于所述预设面积阈值时，输出不存在面部图像信号，当所述面部子图像的面积大于等于所述预设面积阈值时，对所述面部子图像执行特征识别，在对所述面部子图像识别的特征与所述疲劳特征值匹配时，发出面部状态疲惫信号，在对所述面部子图像识别的特征与所述疲劳特征值不匹配时，发出面部状态正常信号；

所述嵌入式处理器与所述静态存储设备、所述计时器、所述热感应红外线检测设备、所述USB摄像头和所述面部状态识别器分别连接，当所述热感应红外线检测设备确定值班人员不存在值班位置处且接收到所述不存在面部图像信号时，启动所述计时器，在所述计时器的计时时间达到所述缺勤时间阈值时，发出值班人员缺勤报警信号，当接收到所述面部状态疲惫信号时，发出值班人员疲劳值班报警信号，并将所述人员图像转发给所述无线通信接口；

其中，所述无线通信接口在将所述值班人员疲劳值班报警信号发送给所述船舶管理平台的同时，将所述人员图像发送给所述船舶管理平台；

其中，所述嵌入式处理器在接收到启动状态监控指令时，启动所述热感应红外线检测设备、所述USB摄像头和所述面部检测设备，在接收到结束状态监控指令时，关闭所述热感应红外线检测设备、所述USB摄像头和所述面部检测设备；

其中，所述计时器、所述USB通信接口、所述静态存储设备、所述供电设备、所述面部检测设备和所述嵌入式处理器都位于船舶仪表盘内，所述无线通信接口位于船舶船体上；

显示设备，与所述嵌入式处理器连接，用于显示与所述值班人员缺勤报警信号或所述值班人员疲劳值班报警信号对应的警示文字。