CN105701971B - 一种基于虹膜识别的防止疲劳驾驶系统、装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车安全驾驶领域的一种基于虹膜识别的防止疲劳驾驶系统、装置及方法;所述防止疲劳驾驶系统包括虹膜识别单元、中央控制单元、计时模块、报警模块以及输出模块;所述防止疲劳驾驶装置包括防止疲劳驾驶系统、固定底座、控制信号输出线、扬声器和报警指示灯;所述防止疲劳驾驶装置的控制方法是通过采样时间内的采集到的虹膜信息特征点与存储虹膜信息的特征点对比,计算每一帧图像的重合度Ci和采样时间内的重合度根据虹膜信息重合度C的大小和虹膜信息重合度<80%的持续时间,防止疲劳驾驶装置做出相关的响应;通过虹膜识别的方式监测驾驶员疲劳状况,相比以往根据面部表情以及生理特征变化的监测方式具有更高的精度与准确性。
Description
技术领域
本发明属于汽车主动安全驾驶领域,具体涉及一种基于虹膜识别的防止疲劳驾驶系统、装置及方法。
背景技术
随着汽车保有量的增加,道路交通事故发生率也日益升高。我国汽车保有量只占全世界的2%-3%,但每年由于交通事故死亡的人数却将近全世界的20%,因此我国是世界上交通问题最严峻的国家之一。美国汽车协会交通安全基金会的一项研究报告表明:疲劳驾驶在交通事故死亡事件中占据21%的比例。
目前防止疲劳驾驶的技术中,针对驾驶员的监测通常是根据驾驶员面部表情或身体状况的变化来表征驾驶员的疲劳状况,但这些监测方法对驾驶员疲劳状况的判断不够准确。虹膜识别技术具有方便、可靠、精度高的优点,目前在防止疲劳驾驶方面应用的非常少,而且现有的研究与实际应用之间联系还不够紧密。例如申请号为201510270928.6的专利申请公开了一种机动车虹膜识别防止疲劳驾驶报警方法,该方法通过虹膜识别来作为驾驶时间的开始节点,达到计时器设定时间则报警,但是该专利只是根据驾驶时间作为判断依据,没有实时考虑驾驶员的疲劳状况,无法及时对疲劳驾驶进行预警。因此基于虹膜识别实现实时监测驾驶员状态的研究很有必要。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种基于虹膜识别的防止疲劳驾驶系统、装置及方法,通过虹膜识别的方式监测驾驶员疲劳状况,相比以往根据面部表情以及生理特征变化的监测方式具有更高的精度与准确性。
本发明的技术方案是:一种虹膜识别系统,包括虹膜识别单元、中央控制单元、计时模块、报警模块和输出模块;
所述虹膜识别单元包括虹膜采集模块、虹膜处理模块、虹膜存储模块和重合度计算模块;所述虹膜采集模块用于采集驾驶员虹膜图像,并将虹膜图像传送到虹膜处理模块,所述虹膜处理模块将当前采集到的虹膜图像进行预处理以及特征提取,并传送到虹膜存储模块和重合度计算模块,所述虹膜存储模块用于存储防疲劳驾驶装置开始工作时采集的第一帧虹膜信息,防疲劳驾驶装置停止工作时,自动删除存储信息,并将信息传送到重合度计算模块,所述重合度计算模块用于将采样时间内的采集到的虹膜信息特征点与存储虹膜信息的特征点对比,计算每一帧图像的重合度,并将重合度信息传送到中央控制单元;
所述中央控制单元用于根据重合度的大小判断驾驶员的驾驶状态、并控制报警模块和计时模块的开闭,并向输出模块传送汽车控制信号;所述计时模块用于确定出现虹膜信息重合度小于下限的持续时间,并将时间信息传送到中央控制单元;所述报警模块用于接收中央控制单元指令并通过指示灯闪烁提醒驾驶员或通过扬声器发出警报;所述输出模块用于将汽车控制信号传送到汽车控制系统,控制汽车的供油以及汽车后方的刹车灯。
一种安装有所述虹膜识别系统的防疲劳驾驶装置,所述防疲劳驾驶装置包括虹膜识别系统和固定底座;所述虹膜识别系统与所述固定底座可旋转连接;
所述固定底座上设有信号输出线、扬声器和报警指示灯;所述扬声器和报警指示灯与所述虹膜识别系统的报警模块电连接,所述扬声器用于发出警报声;报警指示灯用于发出红色闪烁信号;所述输出线的输入端与所述虹膜识别系统的输出模块电连接,所述输出线用于输出作用于汽车控制系统的信号。
上述方案中,还包括钛合金软管;所述虹膜识别系统与所述固定底座通过钛合金软管连接。
上述方案中,所述固定底座上还设有电源指示灯;所述电源指示灯用于反映所述装置当前是否处于通电状态。
上述方案中,所述固定底座上还设有USB电源线。
上述方案中,所述固定底座底部上还设有防滑垫。
上述方案中,所述固定底座上还设有电源开关按钮;所述电源开关按钮用于接通和切断供电。
一种防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、驾驶员启动汽车,启动所述防疲劳驾驶装置,虹膜识别单元采集、处理并保存首次采集的驾驶员虹膜信息;
S2、所述虹膜采集模块通过高清摄像头不停的采集驾驶员虹膜图像,采集的速率为20帧/s,采样时间为3s,虹膜处理模块将当前采集到的虹膜图像进行预处理以及特征提取,重合度计算模块将每次采集的虹膜信息与虹膜存储模块中储存的首次采集的信息特征点相对比,计算出每一帧虹膜信息的重合度Ci,并由公式计算出采样时间内的重合度;
S3、若采样时间内重合度C≥96%,则中央控制单元控制报警模块不报警,继续采集;若80%≤C<96%,中央控制单元输出控制信号作用于报警模块,通过打开报警指示灯闪烁提醒驾驶员可能出现了疲劳驾驶;报警指示灯出现闪烁后,若之后的采样时间内计算的重合度满足C≥96%,则中央控制单元输出控制信号作用于报警模块,关闭报警指示灯;若C<80%,则通过打开扬声器发出警报提醒驾驶员,同时触发计时模块的计时器,计时在5s时间内,若出现C≥80%,则关闭报警模块,计时模块清零;若计时达到5s时,一直满足条件C<80%,则通过输出模块输出汽车控制信号作用于汽车控制系统,停止供油,并开启汽车后方的刹车灯,提醒后面行驶的车辆,防止发生追尾事故;若再出现重合度C≥80%的情况,则不再输出汽车控制信号,计时器清零,同时关闭报警模块;
S4、停车时,所述防疲劳驾驶装置无供电来源停止工作,虹膜存储模块中存储的虹膜信息清零。
上述方案中,所述步骤S1中的处理包括预处理和特征提取;所述预处理包括对虹膜定位分割、虹膜归一化和图像增强;特征提取包括虹膜特征提取和虹膜特征降维。
上述方案中,还包括以下步骤:在汽车行驶过程中为防止查看手机、与人交谈或短暂休息时,系统误报警,可按电源开关按钮,所述防疲劳驾驶装置即停止工作。
本发明的优点是:本发明中所述虹膜识别单元能够完成虹膜信息的采集、处理、存储以及重合度计算的功能,并将计算得到的重合度作为中央控制单元的输入;中央控制单元做控制运算,实现对计时模块、报警模块以及输出模块的控制;本发明通过虹膜识别的方式监测驾驶员疲劳状况,相比以往根据面部表情以及生理特征变化的监测方式具有更高的精度与准确性;本发明基于统计的思想,计算驾驶员状态良好时采样时间内的重合度作为参照,降低了由于人眨眼导致系统误报警的概率;本发明系统只保存首次采集到的虹膜信息,并将之后采集的虹膜信息与其对比,提高了防止疲劳驾驶系统的实时性,且占用内存小,降低硬件需求,提高运行速度;本发明当驾驶员需要查看手机、与他人聊天或者短暂休息时,可以按下电源开关按钮,系统即停止工作;本发明装置产品化程度高,人性化好,操作方便,与实际应用联系紧密。
附图说明
图1是本发明一实施方式系统模块示意图;
图2是本发明一实施方式装置示意图;
图3是本发明一实施方式的方法原理图。
图中:1、虹膜识别系统;2、钛合金软管;3、电源指示灯;4、电源开关按钮;5、固定底座;6、防滑垫;7、USB电源线;8、信号输出线;9、扬声器;10、报警指示灯。
具体实施方式
下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于此。
图1为本发明所述虹膜识别系统的一种实施方式,所述虹膜识别系统包括虹膜识别单元、中央控制单元、计时模块、报警模块和输出模块。
所述虹膜识别单元与中央控制单元电连接,中央控制单元分别与计时模块、报警模块和输出模块电连接。
所述虹膜识别单元包括虹膜采集模块、虹膜处理模块、虹膜存储模块和重合度计算模块;所述虹膜采集模块通过高清摄像头采集驾驶员虹膜图像,优选的,采集速率为20帧/s,采样时间为3s,这样的采集频率能保证采集信息足够,也不能采样时间过大,增加了可能出现的危险,所述虹膜采集模块将虹膜图像传送到虹膜处理模块,所述虹膜处理模块将当前采集到的虹膜图像进行预处理以及特征提取,其中预处理主要步骤为虹膜定位分割、虹膜归一化、图像增强,特征提取主要步骤为虹膜特征提取、虹膜特征降维;所述虹膜处理模块将处理后的图像信息传送到虹膜存储模块和重合度计算模块,所述虹膜存储模块用于存储防疲劳驾驶装置开始工作时采集的第一帧虹膜信息,防疲劳驾驶装置停止工作时,自动删除存储信息,并将信息传送到重合度计算模块,所述重合度计算模块用于将采样时间内的采集到的虹膜信息特征点与存储虹膜信息的特征点对比,计算每一帧图像的重合度Ci,并将重合度信息传送到中央控制单元,采样时间内的重合度表示为
所述中央控制单元用于根据重合度的大小判断驾驶员的驾驶状态、并控制报警模块和计时模块的开闭,并向输出模块传送汽车控制信号;所述计时模块用于确定出现虹膜信息重合度小于下限的持续时间,优选的,重合度的下限为80%,当重合度小于80%后驾驶员出现了比较严重的疲劳,计时模块并将时间信息传送到中央控制单元;所述报警模块用于接收中央控制单元指令并通过指示灯闪烁提醒驾驶员或通过扬声器发出警报;所述输出模块用于将汽车控制信号传送到汽车控制系统,控制汽车的供油以及汽车后方的刹车灯。
图2所示为一种安装有所述虹膜识别系统系统的防疲劳驾驶装置,所述防疲劳驾驶装置包括虹膜识别系统1、和固定底座5。所述虹膜识别系统1与所述固定底座5可旋转连接;优选的,所述虹膜识别系统1与所述固定底座5通过钛合金软管2连接。所述钛合金软管2可以360°旋转,方便不同身高、体型以及坐姿习惯的驾驶员根据自己的实际情况调节,从而使得眼睛与信息采集模块更好的对焦,提高信息采集的准确性。所述固定底座5用于固定装置,所述固定底座5底部设有所述防滑垫6,通过防滑垫6固定在汽车上,防止汽车急加减速时装置滑动。
所述固定底座5上设有电源指示灯3、电源开关按钮4、USB电源线7、信号输出线8、扬声器9和报警指示灯10。所述电源指示灯3用于反映所述装置当前是否处于通电状态,处于通电状态时指示灯为绿色。所述电源开关按钮4用于接通和切断供电。所述USB电源线7可直接与车上USB插口连接,为整个装置供电。所述输出线8的输入端与所述虹膜识别系统1的输出模块电连接,所述输出线8用于输出作用于汽车控制系统的信号。所述扬声器9和报警指示灯10与所述虹膜识别系统1的报警模块电连接,所述扬声器9用于发出警报声;报警指示灯10用于发出红色闪烁信号进行报警。
驾驶员可根据自己的体型以及坐姿习惯调节钛合金软管2,使自己的双眼正对虹膜识别系统1,汽车启动后,此时汽车通过USB电源线7给防止疲劳驾驶装置供电,驾驶员按下电源开关按钮4,汽车未启动时开关也可一直保持接通状态,电源指示灯3变亮且呈绿色。
图3所示为一种根据所述防疲劳驾驶装置的控制方法,包括以下步骤:
S1、驾驶员启动汽车,启动所述防疲劳驾驶装置,首先通过虹膜识别单元采集、处理并保存首次采集的驾驶员虹膜信息;
S2、所述虹膜采集模块通过高清摄像头不停的采集驾驶员虹膜图像,采集的速率为20帧/s,采样时间为3s,虹膜处理模块将当前采集到的虹膜图像进行预处理以及特征提取,重合度计算模块将每次采集的虹膜信息与虹膜存储模块中储存的首次采集的信息特征点相对比,计算出每一帧虹膜信息的重合度Ci以及采样时间内的重合度,为了防止由于眨眼导致的误判断,本发明基于统计的方式,计算一个采样时间内一共60帧重合度的平均值,计算公式式中i为帧数;
S3、人每次眨眼的时间约为0.2s,统计显示,人平均每5s不自主的眨眼一次,则采样时间3s内平均眨眼时间约为0.12s。人不自主眨眼过程中眼睑由睁开到闭合再到睁开的阶段,虹膜信息的重合度相比于不眨眼时会减小,眨眼过程中采集不到虹膜信息或者虹膜信息采集不完整,则在驾驶员状态良好时,采样时间内计算的重合度应满足为了避免人不自主眨眼导致的误判,则设定驾驶员状态良好时采样时间内的重合度应在96%以上,当重合度低于80%后驾驶员出现了比较严重的疲劳;若采样时间内重合度C≥96%,则中央控制单元控制报警模块不报警,继续采集;若汽车行驶中途驾驶员出现疲劳,驾驶员由于困意会出现眼睑下垂状况,此时采集到的驾驶员虹膜信息与第一次相比不完全,驾驶员甚至会打瞌睡导致眼睑完全闭合,此时就完全采集不到虹膜信息,在以上两种状况下,若重合度80%≤C<96%,中央控制单元输出控制信号作用于报警模块,通过打开报警指示灯10不断闪烁提醒驾驶员可能出现了疲劳驾驶;警指示灯10出现闪烁后,若之后的采样时间内计算的重合度满足C≥96%,则中央控制单元输出控制信号作用于报警模块,关闭警指示灯10;若重合度C<80%,则中央控制单元输出控制信号作用于报警模块和计时模块,通过打开扬声器9发出警报提醒驾驶员,提醒驾驶员此时出现了疲劳驾驶,同时触发计时模块的计时器,若从计时器开始计时之后的5s时间内,驾驶员被警报声提醒,重新睁开双眼,此时采集的虹膜信息与保存的虹膜信息之间的重合度若满足C≥80%,则中央控制单元作用于报警模块和计时模块,关闭报警模块并清零计时器,继续虹膜采集;若计时达到5s时,后驾驶员仍然没有被警报声惊醒,重合度一直满足条件C<80%,此时,中央控制单元作用于输出模块,通过控制信号输出线8输出汽车控制信号作用于汽车控制系统,停止供油,并开启汽车后方的刹车灯,提醒后面行驶的车辆,防止发生追尾事故;在之后汽车减速过程中或者汽车静止后,如果驾驶员被警报声惊醒,重新睁开双眼,此时采集的虹膜信息与存储的虹膜信息之间的重合度若满足C≥80%,则中央控制单元作用与输出模块不再输出汽车控制信号,同时作用于报警模块和计时模块,关闭报警系统并清零计时器,继续虹膜采集;
S4、停车时,所述防疲劳驾驶装置无供电来源停止工作,虹膜存储模块中存储的虹膜信息清零,所述虹膜存储模块存储每次启动首次采集的虹膜信息,作为对比信息。
上述方法中还包括以下步骤:在汽车行驶过程中为防止查看手机、与人交谈或短暂休息时,系统误报警,可按电源开关按钮4,所述防疲劳驾驶装置即停止工作。
所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,该防疲劳驾驶装置包括虹膜识别系统(1)和固定底座(5);所述虹膜识别系统(1)与所述固定底座(5)可旋转连接;
所述虹膜识别系统(1)包括虹膜识别单元、中央控制单元、计时模块、报警模块和输出模块;所述虹膜识别单元包括虹膜采集模块、虹膜处理模块、虹膜存储模块和重合度计算模块;所述虹膜采集模块用于采集驾驶员虹膜图像,并将虹膜图像传送到虹膜处理模块,所述虹膜处理模块将当前采集到的虹膜图像进行预处理以及特征提取,并传送到虹膜存储模块和重合度计算模块,所述虹膜存储模块用于存储所述防疲劳驾驶装置开始工作时采集的第一帧虹膜信息,所述防疲劳驾驶装置停止工作时,自动删除存储信息,并将信息传送到重合度计算模块,所述重合度计算模块用于将采样时间内的采集到的虹膜信息特征点与存储虹膜信息的特征点对比,计算每一帧图像的重合度,并将重合度信息传送到中央控制单元;所述中央控制单元用于根据重合度的大小判断驾驶员的驾驶状态、并控制报警模块和计时模块的开闭,并向输出模块传送汽车控制信号;所述计时模块用于确定出现虹膜信息重合度小于下限的持续时间,并将时间信息传送到中央控制单元;所述报警模块用于接收中央控制单元指令并通过指示灯闪烁提醒驾驶员或通过扬声器发出警报;所述输出模块用于将汽车控制信号传送到汽车控制系统,控制汽车的供油以及汽车后方的刹车灯;
所述固定底座(5)上设有信号输出线(8)、扬声器(9)和报警指示灯(10);所述扬声器(9)和报警指示灯(10)与所述虹膜识别系统(1)的报警模块电连接,所述扬声器(9)用于发出警报声;报警指示灯(10)用于发出红色闪烁信号;所述输出线(8)的输入端与所述虹膜识别系统(1)的输出模块电连接,所述输出线(8)用于输出作用于汽车控制系统的信号;
该方法包括以下步骤:
S1、驾驶员启动汽车,启动所述防疲劳驾驶装置,虹膜识别单元采集、处理并保存首次采集的驾驶员虹膜信息;
S2、所述虹膜采集模块通过高清摄像头不停的采集驾驶员虹膜图像,采集的速率为20帧/s,采样时间为3s,虹膜处理模块将当前采集到的虹膜图像进行预处理以及特征提取,重合度计算模块将每次采集的虹膜信息与虹膜存储模块中储存的首次采集的信息特征点相对比,计算出每一帧虹膜信息的重合度Ci,并由公式计算出采样时间内的重合度;
S3、若采样时间内重合度C≥96%,则中央控制单元控制报警模块不报警,继续采集;若80%≤C<96%,中央控制单元输出控制信号作用于报警模块,通过打开报警指示灯(10)闪烁提醒驾驶员可能出现了疲劳驾驶;报警指示灯(10)出现闪烁后,若之后的采样时间内计算的重合度满足C≥96%,则中央控制单元输出控制信号作用于报警模块,关闭报警指示灯(10);若C<80%,则通过打开扬声器(9)发出警报提醒驾驶员,同时触发计时模块的计时器,计时在5s时间内,若出现C≥80%,则关闭报警模块,计时模块清零;若计时达到5s时,一直满足条件C<80%,则通过输出模块输出汽车控制信号作用于汽车控制系统,停止供油,并开启汽车后方的刹车灯,提醒后面行驶的车辆,防止发生追尾事故;若再出现重合度C≥80%的情况,则不再输出汽车控制信号,计时器清零,同时关闭报警模块;
S4、停车时,所述防疲劳驾驶装置无供电来源停止工作,虹膜存储模块中存储的虹膜信息清零。
2.根据权利要求1所述防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,所述步骤S1中的处理包括预处理和特征提取;所述预处理包括对虹膜定位分割、虹膜归一化和图像增强;特征提取包括虹膜特征提取和虹膜特征降维。
3.根据权利要求2所述防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,还包括以下步骤:在汽车行驶过程中为防止查看手机、与人交谈或短暂休息时,系统误报警,可按电源开关按钮(4),所述防疲劳驾驶装置即停止工作。
4.根据权利要求1所述的防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,所述防疲劳驾驶装置还包括钛合金软管(2);所述虹膜识别系统(1)与所述固定底座(5)通过钛合金软管(2)连接。
5.根据权利要求1所述的防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,所述固定底座(5)上还设有电源指示灯(3);所述电源指示灯(3)用于反映所述装置当前是否处于通电状态。
6.根据权利要求1所述的防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,所述固定底座(5)上还设有USB电源线(7)。
7.根据权利要求1所述的防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,所述固定底座(5)底部上还设有防滑垫(6)。
8.根据权利要求1所述的防疲劳驾驶装置的控制方法,其特征在于,所述固定底座(5)上还设有电源开关按钮(4);所述电源开关按钮(4)用于接通和切断供电。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180403 Termination date: 20190323 |
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