CN106781822A - 提高驾驶安全性的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高驾驶安全性的系统和方法。该方法包括在初始化阶段，语音提示单元提示被测试者观察设置在汽车特定点位置的观测点，眼部测试设备采集被测试者观察观测点的第一眼部图像，由处理单元根据眼部图像和观测点进行处理以完成视线定位的初始化；在测试阶段，语音提示单元提示被测试者进行变道，同时眼部测试设备采集被测试者的第二眼部图像，由处理单元根据第二眼部图像确定并记录被测试者的视线方向，以形成驾驶习惯监测分析数据。本发明可对驾驶人在驾驶培训中变道时的不良习惯进行监测、判别评估和实时警示，可促使驾驶员逐步养成良好的驾驶习惯，消除交通事故、车辆故障及人生健康隐患。

Description

提高驾驶安全性的系统和方法

技术领域

本发明属于交通技术领域，具体涉及一种提高驾驶安全性的系统和方法。

背景技术

随着我国汽车工业的蓬勃发展，城乡居民拥有轿车的家庭迅速膨胀，驾驶人不良的驾车习惯，会引发交通事故隐患、车辆故障隐患及车内人员健康隐患。据不完全统计，每年我国因交通事故死亡人数就高达10万余人，更不必提及轻微和一般事故了。虽然轻微和一般事故不会造成人员严重伤亡以及重大的财产损失，但会导致交通拥堵，给道路交通带来极大的麻烦。

究其原因，很大一部分是因为驾驶员的驾驶习惯不规范导致的，尤其是在车辆变道过程中，没有事先查看观后镜的习惯，导致变道发生交通事故。目前还没有设备针对驾驶员的驾驶习惯进行统计分析，这在汽车行业中还是一片空白。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种提高驾驶安全性的方法和系统。

本发明的一个实施例提供了一种提高驾驶安全性的系统，应用于驾驶训练过程中，其中，包括：眼部测试设备、驾驶习惯监测分析装置，所述眼部测试设备佩戴于被测试者的头部，所述驾驶习惯监测分析装置包括语音提示单元和处理单元；其中，

在初始化阶段，所述语音提示单元提示被测试者观察设置在汽车特定点位置的观测点，所述眼部测试设备采集所述被测试者观察所述观测点的第一眼部图像，由所述处理单元根据所述眼部图像和所述观测点进行处理以完成视线定位的初始化；

在测试阶段，所述语音提示单元提示被测试者进行变道，同时所述眼部测试设备采集所述被测试者的第二眼部图像，由所述处理单元根据所述第二眼部图像确定并记录所述被测试者的视线方向，以形成驾驶习惯监测分析数据。

在本发明的一个实施例中，所述眼部测试设备包括瞳孔图像采集器，且所述瞳孔图像采集设备包括至少一个红外光源。

在本发明的一个实施例中，所述眼部测试设备为眼镜结构，所述瞳孔图像采集器设置于镜框的内侧边缘位置处。

在本发明的一个实施例中，所述驾驶习惯监测分析装置还包括汽车转向检测单元，所述汽车转向检测单元连接汽车的方向盘的转动机构，用于监测所述汽车的转向情况。

在本发明的一个实施例中，所述驾驶习惯监测分析装置还包括指示灯，所述指示灯设置于所述汽车特定位置处，用于被测试者观测。

在本发明的一个实施例中，所述驾驶习惯监测分析装置还包括指示灯，所述指示灯设置于所述汽车特定位置处，用于被测试者观测。

本发明的另一实施例提供了一种提高驾驶安全性的方法，包括：

在提示被测试者观看汽车特定点位置后采集所述被测试者的第一眼部图像；

根据所述第一眼部图像及所述第一眼部图像对应的汽车特定点位置确定所述被测试者的视线方向以完成视线定位初始化；

在提示被测试者进行车辆变道时，采集所述被测试者的第二眼部图像；

根据所述第二眼部图像和所述视线定位初始化建立的映射模型确定所述被测试者的视线方向以形成驾驶习惯检测分析数据。

在本发明的一个实施例中，在提示被测试者观看汽车特定点位置后采集所述被测试者的第一眼部图像，包括：

控制观后镜上设置的指示灯点亮并通过语音提示所述被测试者观看所述指示灯；

采集所述被测试者的第一眼部图像。

在本发明的一个实施例中，根据所述第一眼部图像及所述第一眼部图像对应的汽车特定位置确定所述被测试者的视线方向以完成视线定位初始化，包括：

对所述第一眼部图像进行处理确定第一瞳孔中心点位置；

根据所述第一瞳孔中心点位置与对应的汽车特定点位置形成映射关系以完成所述视线定位初始化。

在本发明的一个实施例中，根据所述第二眼部图像和所述视线定位初始化建立的映射模型确定所述被测试者的视线方向以形成驾驶习惯检测分析数据，包括：

对所述第二眼部图像进行处理确定第二瞳孔中心点位置；

根据所述视线定位初始化建立的映射模型和所述第二瞳孔中心点位置确定所述被测试者的观测点坐标从而获取所述被测试者的视线方向；

检测汽车的转向方向，并根据所述转向方向和所述视线方向形成所述驾驶习惯检测分析数据。

本发明通过采用眼球追踪技术，精确定位观测点并通过对瞳孔图像进行分析，解决了当前驾驶习惯不能有效监测的问题，对于不良驾驶习惯能及时提醒车辆驾驶人员，有效避免因操作不当或不当驾驶习惯造成的交通事故、减少车辆不当损耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种提高驾驶安全性的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种眼部测试设备的外形结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种提高驾驶安全性方法的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种视线定位的初始化方法示意图；

图5为本发明实施例提供的一种提高驾驶安全性测试方法的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1及图2，图1为本发明实施例提供的一种提高驾驶安全性的系统的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种眼部测试设备的外形结构示意图。该系统10可以包括眼部测试设备11和驾驶系统检测分析装置12。该驾驶系统检测分析装置12设置在汽车内部，包括语音提示单元和处理单元，其中，处理单元可以设置于汽车的中控台位置处，语音提示单元可以与车内的扬声系统集成在一起，也可以单独设置于驾驶室内，此处不做限制。

其中，该眼部测试设备13可以为一眼镜结构，其可以包括镜框本体131、镜腿133，眼部采集设备13还包括瞳孔图像采集器135，且该瞳孔图像采集器135可以为多个且可以均匀设置于镜框本体131的内侧缘位置处。进一步地，瞳孔图像采集器135为包括至少一个红外光源的图像采集设备。因为红外光源对瞳孔内、外的反射有很明显的差异，在瞳孔区域光线较强，亮度高；在非瞳孔区则图像较暗，亮度低，因此可以有效协助图像采集设备完成瞳孔处的拍摄。

可选地，所述驾驶习惯监测分析装置还包括汽车转向检测单元，所述汽车转向检测单元连接汽车的方向盘的转动机构，用于监测所述汽车的转向情况。

可选地，所述驾驶习惯监测分析装置还包括指示灯，所述指示灯设置于所述汽车特定位置处，用于被测试者观测。

具体地，该提高驾驶安全性的系统的工作原理如下：

在初始化阶段，被测试的驾驶员进入驾驶室，调整好坐姿，并系上安全带，佩戴眼部测试设备后，点击中控台的初始化按钮。驾驶习惯检测分析装置接收到初始化指令后，由处理单元调用初始化程序，并根据初始化程序控制安装在观后镜位置处的指示灯、安装在前档分玻璃中央上部位置处的指示灯中的其中一个点亮，同时控制语音提示单元提示用户观察点亮的指示灯，并告知驾驶员需要持续若干秒，与此同时控制眼部测试设备中的瞳孔图像采集器采集驾驶员的眼部图像，眼部图像回传至处理单元，处理单元处理该眼部图像并计算出瞳孔中心点位置并记录。多次采集驾驶员观看不同位置处的眼部图像，根据每一次的瞳孔中心点位置和对应的指示灯位置建立瞳孔中心点和观测点的映射关系，即建立映射模型，完成初始化过程。

在测试阶段，假设此时车内乘坐教练员，教练员根据路况向驾驶员下达转向指令，并同步点击测试按钮，驾驶习惯检测分析装置接收到测试指令后，由处理单元调用测试程序，并控制眼部测试设备采集驾驶员的眼部图像，回传给处理单元，处理单元根据眼部图像计算瞳孔中心点位置并根据初始化确定的映射模型确定驾驶员当前的视线方向，同时由汽车转向检测单元检测汽车的方向盘转动机构的转向情况，并在确定开始转向动作后，向处理单元发送转向信号，处理单元接收到该转向信号后结束此次测试，并检测从采集开始到转向动作开始这个时间段内是否有视线向所转向方向去提前查看路况，将检测结果作为驾驶习惯检测分析数据保存，已完成整个测试过程。

可选地，该测试阶段也可以是在无教练员在场的情况下也可以完成，例如在测试道路中已经确定好模拟转向的路段，并同步记录于处理单元中，驾驶习惯监测分析装置只需要获取GPS信号判断是否到达该路段，并可自启动测试程序并通过语音提示单元引导驾驶员完成转向动作。

当前，测试阶段也可以在实际驾驶操作中进行，唯一不同的是，需要实时采集驾驶员的眼部图像，同步记录转向信号，在驾驶过程中皆可进行评估，此处不做任何限制。

本发明设计的一种提高驾驶安全性的方法和系统，可对驾驶人在驾驶培训中变道时的不良习惯进行监测、判别评估和实时警示，可促使驾驶员逐步养成良好的驾驶习惯，消除交通事故、车辆故障及人生健康隐患。

实施例二

请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种提高驾驶安全性方法的示意图。该方法可以包括：

步骤1、在提示被测试者观看汽车特定点位置后采集所述被测试者的第一眼部图像；

步骤2、根据所述第一眼部图像及所述第一眼部图像对应的汽车特定点位置确定所述被测试者的视线方向以完成视线定位初始化；

步骤3、在提示被测试者进行车辆变道时，采集所述被测试者的第二眼部图像；

步骤4、根据所述第二眼部图像和所述视线定位初始化建立的映射模型确定所述被测试者的视线方向以形成驾驶习惯检测分析数据。

具体地，步骤1可以包括：

步骤11、控制观后镜上设置的指示灯点亮并通过语音提示所述被测试者观看所述指示灯；

步骤12、采集所述被测试者的第一眼部图像。

具体地，步骤2可以包括：

步骤21、对所述第一眼部图像进行处理确定第一瞳孔中心点位置；

步骤22、根据所述第一瞳孔中心点位置与对应的汽车特定点位置形成映射关系以完成所述视线定位初始化。

具体地，步骤4可以包括：

步骤41、对所述第二眼部图像进行处理确定第二瞳孔中心点位置；

步骤42、根据所述视线定位初始化建立的映射模型和所述第二瞳孔中心点位置确定所述被测试者的观测点坐标从而获取所述被测试者的视线方向；

步骤43、检测汽车的转向方向，并根据所述转向方向和所述视线方向形成所述驾驶习惯检测分析数据。

本发明通过采用眼球追踪技术，精确定位观测点并通过对瞳孔图像进行分析，解决了当前驾驶习惯不能有效监测的问题，对于不良驾驶习惯能及时提醒车辆驾驶人员，有效避免因操作不当或不当驾驶习惯造成的交通事故、减少车辆不当损耗。

实施例三

请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种视线定位的初始化方法示意图。本实施例在上述实施例的基础上，重点对初始化过程进行详细描述如下：

步骤a、对第一眼部图像进行灰度化处理形成第一灰度图像；

步骤b、根据所述第一灰度图像确定第一瞳孔中心点；

步骤c、根据所述第一瞳孔中心点位置与对应的汽车特定点位置形成映射关系以完成所述视线定位初始化。

具体地，步骤a可以包括：

步骤a1、对所述第一眼部图像进行增强处理；

步骤a2、对所述对一眼部图像进行滤波处理。

其中，首先对瞳孔图像进行预处理形成修正后的红外图像，采用增强算子作用在所述红外图像的每个像素以使图像亮度增强进而实现灰度对比度的增大，之后对所述红外图像采用拉普拉斯法进行图像滤波处理；其中，所述增强算子的公式为：En＝c*lg(1+double(f0))；其中，En为增强算子，f0为原函数灰度值，c是常系数。其中，c的具体取值可根据实际情况设置，本发明在此不做限制。

具体地，步骤b可以包括：

步骤b1、从所述第一灰度图像中获取所述第一瞳孔的边缘点，并根据所述边缘点拟合形成第一类椭圆曲线；

步骤b2、将所述第一类椭圆曲线的中心作为所述第一瞳孔中心点。

具体地，步骤b2中，首先估算瞳孔中心点的初步位置，假设采用灰度积分法的方式完成：

其中，(xmin，ymin)为估算瞳孔中心点的初步坐标，min表示取最小值运算，sum表示求和运算，f(i,j)表示在坐标(x，y)处图像的灰度值。

其次，找出边缘点：

以坐标(xmin，ymin)为起点沿指定射线方向在所述修正红外图像上计算灰度的梯度值，并将梯度值达到最大值时所在的位置确定为瞳孔边缘点的位置。

之后，根据多个边缘点拟合类椭圆曲线：

第一步、从N个边缘点中选取任意5个点，使用最小二乘法进行椭圆拟合形成类椭圆方程1；

第二步、对N个边缘点利用随机采样一致性算法通过所述类椭圆方程1进行局内点和局外点甄别，统计得到M个局内点和N-M个局外点；

落在所述类椭圆上的点，视为局内点。

第三步、判断局内点占有率σ＝M/N是否小于阈值t1；若是，则确定这5个点为非典型特征点，拟合椭圆为非典型特征椭圆，则重新执行第一步；若否，则确定所述5个点为典型特征点，则执行第四步；

第四步、从M个局内点任意选取5个点，利用最小二乘法对类椭圆方程1进行优化形成类椭圆方程2，并对N个边缘点利用随机采样一致性算法通过类椭圆方程2进行局内点和局外点甄别，最终统计得到M1个局内点和N-M1局外点；

第五步、判断局内点占有率σ＝M1/N是否大于第二阈值t2；如是，则终止迭代，认为所述类椭圆方程2为最优方程；若否，则执行第四步。

步骤b2具体为：从类椭圆方程2中找到长轴和短轴的交点，作为瞳孔中心点。

对于步骤c，可以包括：

选取观测点与对应的第一瞳孔中心点之间的映射模型，所述映射模型为：其中(X,Y)为观测点在自设坐标系下的坐标信息，(x,y)为第一瞳孔中心点在自设坐标系下的坐标信息，a、b、c、d、e、f、g、h、M、l、m及n为所述映射模型的参数；

根据设置在汽车上固定位置的M个观测点的坐标和所述M个观测点对应的所述第一瞳孔中心点的坐标计算所述映射模型中的参数以完成所述映射模型的设立。

具体地，假设视场中依次出现的M个点的坐标记录为X＝(X₁,X₂,X₃…X_k),Y＝(Y₁,Y₂,Y₃…Y_k)，对应的瞳孔中心坐标为x＝(x₁,x₂,x₃…x_k),y＝(y₁,y₂,y₃…y_k)，模型的建立则可以用下面的矩阵表达：

f(x,y)表示x和y的一种关系，代表着映射关系函数F绝非简单的一次线性关系，[M]表示瞳孔中心位置和屏幕坐标之间的映射参数。

本发明建立的模型如下：

将该模型使用矩阵形式表达为：

则

在本模型中，取M＝6时，X，Y对应有6个观测点坐标，瞳孔相应也有6个对应中心坐标，X＝|X₁,X₂,X₃,X₄,X₅,X₆|，Y＝|Y₁,Y₂,Y₃,Y₄,Y₅,Y₆|，同理，x＝|x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆|，y＝|y₁,y₂,y₃,y₄,y₅,y₆|，那么上面的矩阵可以进一步改写为：

通过方程组求出a、b、c、d、e、f、g、h、M、l、m及n，进而得到所述映射模型。

实施例四

请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种提高驾驶安全性测试方法的示意图。该方法包括：

步骤x、在提示被测试者进行车辆变道时，采集所述被测试者的第二眼部图像；

步骤y、根据所述第二眼部图像和所述视线定位初始化建立的映射模型确定所述被测试者的视线方向；

步骤z、根据汽车的转向信号和所述被测试者的视线方向判断所述被测试者是否在转向前提前观看观后镜。

其中，对于步骤y中对第二眼部图像处理确定第二瞳孔中心点位置的方式与第一眼部图像获取第一瞳孔中心点位置类似，此处不再赘述。

得到第二瞳孔中心点位置后，根据已在初始化阶段确定的映射模型，可以获取到第二瞳孔中心点对应的观测点位置。该方式与上述映射模型方式所对应，此处同样不再赘述。

对于步骤z，接收到转向信号后，作为测试结束的信号，在时间轴上判断在这之前是否有视线方向落入对应转向的观后镜方位处，以作为驾驶习惯检测分析数据。该数据可以作为判断被测试者在变道行为发生时，转动方向盘前是否发生查看后视镜的行为，如没有查看后视镜，则视为不安全驾驶。

当然，该测试阶段也可以应用到实际驾驶中，例如：

眼部测试设备实时采集驾驶员的第二眼部图像，被测试者在驾驶过程中看到当前道路拥挤，旁边车道车辆少，于是产生变道行为，在转动方向盘开始时，驾驶习惯监测分析装置接收到转向信号后，在某一时间段内未检测到有视线落入观后镜方位，则紧急报警提醒驾驶员，从而避免事故发生。

本实施例，解决了当前驾驶习惯不能有效监测的问题，对于不良驾驶习惯能及时提醒车辆驾驶人员，有效避免因操作不当或不当驾驶习惯造成的交通事故、减少车辆不当损耗。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高驾驶安全性的系统，应用于驾驶训练过程中，其特征在于，包括：眼部测试设备和驾驶习惯监测分析装置，所述眼部测试设备佩戴于被测试者的头部，所述驾驶习惯监测分析装置包括语音提示单元和处理单元；其中，

在初始化阶段，所述语音提示单元提示被测试者观察设置在汽车特定点位置的观测点，所述眼部测试设备采集所述被测试者观察所述观测点的第一眼部图像，由所述处理单元根据所述眼部图像和所述观测点进行处理以完成视线定位的初始化；

在测试阶段，所述语音提示单元提示被测试者进行变道，同时所述眼部测试设备采集所述被测试者的第二眼部图像，由所述处理单元根据所述第二眼部图像确定并记录所述被测试者的视线方向，以形成驾驶习惯监测分析数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述眼部测试设备包括瞳孔图像采集器，且所述瞳孔图像采集设备包括至少一个红外光源。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述眼部测试设备为眼镜结构，所述瞳孔图像采集器设置于镜框的内侧边缘位置处。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驾驶习惯监测分析装置还包括汽车转向检测单元，所述汽车转向检测单元连接汽车的方向盘的转动机构，用于监测所述汽车的转向情况。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驾驶习惯监测分析装置还包括指示灯，所述指示灯设置于所述汽车特定位置处，用于被测试者观测。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述汽车特定位置包括汽车观后镜外侧边缘位置。

7.一种提高驾驶安全性的方法，其特征在于，包括：

在提示被测试者观看汽车特定点位置后采集所述被测试者的第一眼部图像；

根据所述第一眼部图像及所述第一眼部图像对应的汽车特定点位置确定所述被测试者的视线方向以完成视线定位初始化；

在提示被测试者进行车辆变道时，采集所述被测试者的第二眼部图像；

根据所述第二眼部图像和所述视线定位初始化建立的映射模型确定所述被测试者的视线方向以形成驾驶习惯检测分析数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在提示被测试者观看汽车特定点位置后采集所述被测试者的第一眼部图像，包括：

控制观后镜上设置的指示灯点亮并通过语音提示所述被测试者观看所述指示灯；

采集所述被测试者的第一眼部图像。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述第一眼部图像及所述第一眼部图像对应的汽车特定位置确定所述被测试者的视线方向以完成视线定位初始化，包括：

对所述第一眼部图像进行处理确定第一瞳孔中心点位置；

根据所述第一瞳孔中心点位置与对应的汽车特定点位置形成映射关系以完成所述视线定位初始化。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述第二眼部图像和所述视线定位初始化建立的映射模型确定所述被测试者的视线方向以形成驾驶习惯检测分析数据，包括：

对所述第二眼部图像进行处理确定第二瞳孔中心点位置；

根据所述视线定位初始化建立的映射模型和所述第二瞳孔中心点位置确定所述被测试者的观测点坐标从而获取所述被测试者的视线方向；

检测汽车的转向方向，并根据所述转向方向和所述视线方向形成所述驾驶习惯检测分析数据。