CN108482380A - 自适应调节采样频率的驾驶监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应调节采样频率的驾驶监控系统，包括图像采集子系统、环境温度检测子系统、第一处理器、供电子系统；第二处理器用以以设定的工作频率同步发送一采集信号至图像采集单元、近红外LED单元，驱使近红外LED单元发射一红外光至所述指定区域的同时，驱使图像采集单元采集所述指定区域的图像信息；第一处理器结合疲劳值h和环境温度t，根据一预设的控制策略以计算适于当前时刻的图像采集频率S。本发明能够根据驾驶员的疲劳程度和车内环境温度来自适应调节驾驶监控系统对驾驶员疲劳检测的频率，显著降低了LED模块的功耗，在高温下保护LED不损坏；同时可以减小LED散热器尺寸。

Description

自适应调节采样频率的驾驶监控系统

技术领域

本发明涉及驾驶监控领域，属于一种自适应调节采样频率的驾驶监控系统。

背景技术

随着图像识别技术的发展，以及驾驶安全的理念越发普及，越来越多的汽车上装配“驾驶员检测系统”。通过对驾驶员的面部进行图像识别，来判定驾驶员的驾驶状态，并进行相应的车辆控制，以达到辅助安全驾驶的目的。

在现有技术中，我们通过近红外LED(后称LED)灯对准驾驶员面部发射不可见红外波，并通过红外摄像头进行驾驶员面部的图像采样，再结合图像识别技术对驾驶员的状态，疲劳程度等进行检测，以及相应的车辆安全控制，达到辅助汽车安全驾驶的目的。

这带来一个问题，因为在摄像头在每一帧图像采集时需要打开LED发光，而LED的发热功率非常高(热转换效率很低)，所以LED的发热非常严重。

如果采用较低的图像采集频率，无法达到监控目的；如果采用较高的图像采集频率，例如通过摄像头60fps(一秒钟采集60帧)或者30fps的频率对人脸进行图像采集，又会产生较大的发热量。

在汽车高温环境下工作(最高环境温度通常会高达85℃)，需要硕大的散热器来对LED来进行散热。而在有限的车内空间里，布置硕大的的散热器成为一大难题，大大局限了摄像头的可布置性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应调节采样频率的驾驶监控系统，能够根据驾驶员的疲劳程度和车内环境温度来自适应调节驾驶监控系统对驾驶员疲劳检测的频率，显著降低了LED模块的功耗，在高温下保护LED不损坏；同时可以减小LED散热器尺寸。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自适应调节采样频率的驾驶监控系统，所述驾驶员监控系统包括图像采集子系统、环境温度检测子系统、第一处理器、供电子系统；

所述图像采集子系统包括图像采集单元、近红外LED单元、第二处理器；

所述近红外LED单元安装在临近驾驶位处，与第二处理器电连接，用以根据第二处理器的控制指令以发射一近红外光至一指定区域；

所述图像采集单元安装在临近驾驶位处，与第二处理器电连接，用以根据第二处理器的控制指令以采集所述指定区域的图像信息；

所述第二处理器与第一处理器电连接，第二处理器包括一设定部和一控制部，设定部用以设定一工作频率，控制部用以以前述工作频率同步发送一采集信号至图像采集单元、近红外LED单元，驱使近红外LED单元发射一红外光至所述指定区域的同时，驱使图像采集单元采集所述指定区域的图像信息；

所述环境温度检测子系统与第一处理器电连接，用以实时检测和/或以所述设定频率同步检测驾驶位处的环境温度t，并且将检测结果经发送至第一处理器；

所述第二处理器中设置有一疲劳检测算法单元，第二处理器接收所述图像信息，调用疲劳检测算法单元以分析当前时刻驾驶员的疲劳值h，并且将分析结果发送至第一处理器；

所述第一处理器结合疲劳值h和所述环境温度t，根据一预设的控制策略以计算适于当前时刻的图像采集频率S，最后将计算出的适于当前时刻的图像采集频率S发送至第二处理器；

所述第二处理器的设定部根据第一处理器发送的适于当前时刻的图像采集频率S以调整所述工作频率；

所述供电子系统分别与图像采集子系统、环境温度检测子系统、第一处理器，用以提供图像采集子系统、环境温度检测子系统、第一处理器正常工作所需的电能。

进一步的实施例中，所述预设的控制策略是指，

将所述环境温度t根据一预设的规则由高至底分为环境温度高、环境温度中、环境温度低三个温度等级，并且为三个温度等级各自分配一相应的采样系数k{k₁，k₂，k₃}，其中，k₁对应环境温度高的温度等级，k₂对应环境温度中的温度等级，k₃对应环境温度低的温度等级；

根据公式S＝S₀+kh以计算图像采集频率S，其中，S₀为最低采集频率，S₀大于零；

所述k₁小于k₂，所述k₂小于k₃。

进一步的实施例中，所述预设的控制策略是指，

根据下述公式以计算图像采集频率S，

其中，S₀为最低采集频率，t₀为一温度等级判定系数，S₀、t₀均大于零。

进一步的实施例中，所述疲劳检测算法单元包括一特征提取子单元；

所述疲劳检测算法单元响应于接收到图像采集单元发送的图像信息，调用特征提取子单元提取出图像信息中的特征信息，处理分析提取的特征信息，以计算当前时刻驾驶员的疲劳值h。

进一步的实施例中，所述特征信息包括驾驶员的面部特征信息、身体特征信息、行为特征信息中的一种或多种。

进一步的实施例中，所述图像采集单元包括依次电连接的摄像镜头、图像传感器、图像处理电路；

所述摄像镜头用以采集所述指定区域的光学图像，并且将采集到的光学图像发送至图像传感器；

所述图像传感器接收光学图像，将之转换成一模拟信号，并且将转换生成的模拟信号发送至图像处理电路；

所述图像处理电路与第二处理器电连接，图像处理电路被设置成用以接收所述模拟信号，将之放大、转换成一数字信号，并且将转换生成的数字信号发送至第二处理器。

进一步的实施例中，所述近红外LED单元包括相互电连接的近红外LED灯与LED灯驱动电路；

所述LED灯驱动电路与第二处理器电连接。

进一步的实施例中，所述供电子系统分别与图像采集单元、近红外LED单元电连接，以分别提供图像采集单元、近红外LED单元工作时所需的电能。

进一步的实施例中，所述供电子系统与图像采集单元电连接；

所述近红外LED单元与图像采集单元电连接以获取工作时所需的电能。

进一步的实施例中，所述驾驶员监控系统还包括一信息交互子系统；

所述信息交互子系统电连接第一处理器与车辆控制系统，用以建立第一处理器与车辆控制系统之间的数据通讯链路。

本发明的有益效果在于：

(1)根据驾驶员的疲劳程度和车内环境温度来自适应调节驾驶监控系统对驾驶员疲劳检测的频率，显著降低了LED模块的功耗，在高温下保护LED不损坏。

(2)可以减小LED散热器尺寸。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的自适应调节采样频率的驾驶监控系统的结构图。

图2为本发明的控制策略的实施例一的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1，本发明提及一种自适应调节采样频率的驾驶监控系统，所述驾驶员监控系统包括图像采集子系统100、环境温度检测子系统200、第一处理器300、供电子系统400。

所述图像采集子系统100包括图像采集单元10、近红外LED单元20、第二处理器30。

所述近红外LED单元20与第二处理器30电连接，用以根据第二处理器30的控制指令以发射一近红外光至一指定区域。

所述图像采集单元10安装在临近驾驶位处，与第二处理器30电连接，用以根据第二处理器30的控制指令以采集所述指定区域的图像信息。

首先通过一些例子来说明图像采集子系统100的结构和工作原理。

所述图像采集单元10包括依次电连接的摄像镜头11、图像传感器12、图像处理电路13。

所述摄像镜头11为一组光学镜头，用以采集一指定区域的光学图像，并且将采集到的光学图像发送至图像传感器12。

这里的指定区域可以指正面角度的驾驶位、多个角度的驾驶位、驾驶员的面部位置等等。应当理解，采集的图像信息越多，能够提取的驾驶员的特征信息就越多，对驾驶员当前时刻的疲劳值的判断越准确，因此，优选的，我们在驾驶位周围分布多个摄像镜头，以采集到更多的图像信息。

所述图像传感器12接收光学图像，将之转换成一模拟信号，并且将转换生成的模拟信号发送至图像处理电路13。

所述图像处理电路13与第二处理器30电连接，图像处理电路13被设置成用以接收所述模拟信号，将之放大、转换成一数字信号，并且将转换生成的数字信号发送至第二处理器30。

在一些例子中，所述图像传感器12包括CCD图像传感器和/或CMOS图像传感器。

CCD图像传感器、CMOS图像传感器对应的图像处理电路13略有不同。例如，当采用CCD图像传感器时，CCD图像传感器接收摄像镜头11发送的光学图像，将之转换成一模拟信号，比如电流信号，采集并转换完成一幅光学图像中全部像素位置的电流信号之后，调用图像处理电路13对所有的电流信号进行放大处理、再通过一模数转换电路(如DSP处理芯片等)将电流信号转换成数字信号。而当采用CMOS图像传感器时，CMOS图像传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光元件接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。换言之，在CMOS传感器中，每一个感光元件都可产生最终的数字输出，所得数字信号合并之后被直接送交DSP芯片处理。

在本发明中，可以根据实际需求选择适用的图像传感器12和图像处理电路13。

在另一些例子中，本发明还可以选用另一种功能更为全面的图像处理电路13，除了前述模数转换功能之外，该图像处理电路13还能够对图像进行预处理(例如曝光度、白平衡等参数进行调节)，或者能够对生成的数字信号进行调制和解调用以适合不同的传输场景。

所述近红外LED单元20包括相互电连接的近红外LED灯21与LED灯驱动电路22，所述LED灯驱动电路22与第二处理器30电连接，根据第二处理器30的控制指令以驱使近红外LED灯21发射一近红外光至前述指定区域。

所述第二处理器30与第一处理器300电连接，第二处理器30包括一设定部和一控制部，设定部用以设定一工作频率，控制部用以以前述工作频率同步发送一采集信号至图像采集单元10、近红外LED单元20，驱使近红外LED单元20发射一红外光至所述指定区域的同时，驱使图像采集单元10采集所述指定区域的图像信息，并且将采集的图像信息发送至第一处理器300。

所述第一处理器300中设置有一疲劳检测算法单元，第一处理器300接收所述图像信息和所述环境温度t，调用疲劳检测算法单元、结合图像信息以分析当前时刻驾驶员的疲劳值h。

所述疲劳检测算法单元包括一特征提取子单元。

所述疲劳检测算法单元响应于接收到图像采集单元10发送的图像信息，调用特征提取子单元提取出图像信息中的特征信息，处理分析提取的特征信息，以计算当前时刻驾驶员的疲劳值h。

具体的，所述特征信息包括驾驶员的面部特征信息、身体特征信息、行为特征信息中的一种或多种。

针对不同的特征信息，可以采用不同的特征提取子单元，例如，对于面部特征信息，可以采用人脸识别技术中的面部特征提取方法；对于身体特征信息、行为特征信息，可以采用生物识别技术中的人体关节节点特征提取、以及处理分析方法。

疲劳检测算法单元从图像信息中提取出当前时刻驾驶员的特征信息后，为驾驶员的当前特征设置对应的标签，例如眨眼频率、面部与颈部的角度、身体倾斜度等等，再针对每个标签予以评分，最后根据一预设的评分规则计算出总分，进而得到当前时刻驾驶员的疲劳值h。

当驾驶员疲劳程度较低的时候，意味着接下来一定时间内驾驶员不会立即进入深度疲劳状态，相对疲劳驾驶的风险也就越低，所以可以降低对驾驶员监控频率(也就是降低摄像头模块的采样频率)。

在实际应用中，我们还发现，车内温度和驾驶员的疲劳困乏程度有直接关系，驾驶员很难在车内环境温度过高的情况下因为困乏而走神导致驾驶危险。所以当车内环境温度过高的时候，可以降低对驾驶员监控频率(也就是降低摄像头模块的采样频率)。

因此，本发明引入了环境温度参数，作为采集频率的另一判断标准，具体的，通过环境温度检测子系统200和第一处理器300来实现。

所述环境温度检测子系统200与第一处理器300电连接，用以实时检测和/或以所述设定频率同步检测驾驶位处的环境温度t，并且将检测结果发送至第一处理器300。

环境温度检测子系统200的功能可以采用多种方式实现，例如温度传感器、包括热敏电阻的温度检测电路等等。

在另一些例子中，我们还可以从车辆控制系统中直接采集当前时刻的环境温度信息。

例如，所述驾驶员监控系统还包括一信息交互子系统。

所述信息交互子系统电连接第一处理器300与车辆控制系统，用以建立第一处理器300与车辆控制系统之间的数据通讯链路。

第一处理器300通过信息交互子系统直接从车辆控制系统中读取需要的信息(如车辆速度、环境温度、周边环境信息等等)，同时，也可以将自身的一些参数，比如根据对驾驶员的检测结果而需要对车辆所做的控制命令，或者一些驾驶员状态信息传送至车辆控制系统，或通过车载显示屏显示，或对车辆做对应的控制操作，例如发出警报、降低车速等等。

由上所述，所述信息交互子系统至少包括一通讯电路(如CAN总线电路)，以实现前述功能。

所述第一处理器300获取环境温度t之后，结合疲劳值h和所述环境温度t，根据一预设的控制策略以计算适于当前时刻的图像采集频率S，最后将计算出的适于当前时刻的图像采集频率S发送至第二处理器30。

所述第二处理器30的设定部根据第一处理器300发送的适于当前时刻的图像采集频率S以调整所述工作频率。

在另一些例子中，疲劳检测算法单元还可以设置在第二处理器30中，由第二处理器30实现对驾驶员疲劳值h的分析计算，再将分析结果发送至第一处理器300，由第一处理器300进行下一步控制策略的判定，此时，第一处理器300只用来实现各模块之间数据的通讯以及最终的控制策略判定功能。

具体的，所述第二处理器30中设置有一疲劳检测算法单元，第二处理器30接收所述图像信息，调用疲劳检测算法单元以分析当前时刻驾驶员的疲劳值h，并且将分析结果发送至第一处理器300。

所述第一处理器300结合疲劳值h和所述环境温度t，根据一预设的控制策略以计算适于当前时刻的图像采集频率S，最后将计算出的适于当前时刻的图像采集频率S发送至第二处理器30。

所述第二处理器30的设定部根据第一处理器300发送的适于当前时刻的图像采集频率S以调整所述工作频率。

应当理解，类似于疲劳值h的分析功能模块，“根据一预设的控制策略以计算适于当前时刻的图像采集频率S”这一功能模块也可以放置在第二处理器30中进行，甚至只设置一个功能更为全面的处理器、或者多于两个处理器来实现前述提及的各种功能。

本系统中处理器的具体数量以及各功能模块的设置方式取决于系统的设计需求，例如运算速度、功能分类、便于故障排除等等，并不局限于前述两个例子。

所述预设的控制策略包括多种方式，下面通过两个实施例来说明这一控制策略。

实施例一

结合图2，将所述环境温度t根据一预设的规则由高至底分为环境温度高、环境温度中、环境温度低三个温度等级，并且为三个温度等级各自分配一相应的采样系数k{k₁，k₂，k₃}，其中，k₁对应环境温度高的温度等级，k₂对应环境温度中的温度等级，k₃对应环境温度低的温度等级。

根据公式S＝S₀+kh以计算图像采集频率S，其中，S₀为最低采集频率，S₀大于零。

所述k₁小于k₂，所述k₂小于k₃。

在本实施例中，我们将环境温度由高至底划分成三个温度等级，具体的划分规则由用户自行决定，例如，当环境温度小于30度时，设定为环境温度低；当环境温度大于等于30度小于等于35度时，设定为环境温度中；当环境温度大于35度时，设定为环境温度高。

由前述可知，当驾驶员处于环境温度高的驾驶环境下，由于驾驶条件恶劣，驾驶员很难进入困乏状态，此时可以适当降低图像采集频率S。而相对的，当驾驶员处于环境温度低的状态时，由于驾驶条件舒适，在长时间驾驶之后，驾驶员较易进入困乏状态，增加驾驶风险。

因此我们设置如下：所述k₁小于k₂，所述k₂小于k₃。

这样的设定还具有另一个优点，即：

当环境温度高时，由于降低了图像采集频率S，可以减少近红外LED单元20的发热量，降低其对环境温度的影响；而当环境温度低时，增大了图像采集频率S，可以增加近红外LED单元20的发热量，提高环境温度，减少驾驶员困乏的风险。

例如，夏季时，当汽车在暴晒情况下，车内环境温度很高，驾驶员发动汽车后驾驶监控系统开始正常工作。

驾驶监控系统在启动后开始进行驾驶员疲劳检测，并接收或检测到环境温度高的信息。

驾驶监控系统综合评定，在汽车车内温度如此高的情况下，驾驶员通常不会在这样恶劣环境下疲劳驾驶，从而判定可以降低驾驶员疲劳检测频率，进而达到降低LED发热量，保护LED不在高温下进行大功率工作而损坏，减小了散热器的体积。

实施例二

根据公式以计算图像采集频率S，

其中，S₀为最低采集频率，t₀为一温度等级判定系数，S₀、t₀均大于零。

实施例二是在实施例一的基础上做的引申，将环境温度作为一个变量参数直接代入图像采集频率S的计算公式，实际上，类似于实施例一中的k，同样可以理解为采样系数，只是此处的采样系数为一线性变量，随环境温度t的变化而变化。

无疑，实施例二的计算过程比实施例一来的复杂，但计算出的图像采集频率S精度更高，更能体现环境温度t对图像采集频率S的影响，用户可以根据实际需求自行选择采用不同的控制策略。

所述供电子系统400分别与图像采集子系统100、环境温度检测子系统200、第一处理器300，用以提供图像采集子系统100、环境温度检测子系统200、第一处理器300正常工作所需的电能。

关于供电子系统400对近红外LED单元20的供电，存在两种方式。

第一种方式

所述供电子系统400分别与图像采集单元10、近红外LED单元20电连接，以分别提供图像采集单元10、近红外LED单元20工作时所需的电能。

第二种方式

所述供电子系统400与图像采集单元10电连接。

所述近红外LED单元20与图像采集单元10电连接以获取工作时所需的电能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述驾驶员监控系统包括图像采集子系统、环境温度检测子系统、第一处理器、供电子系统；

所述图像采集子系统包括图像采集单元、近红外LED单元、第二处理器；

所述近红外LED单元安装在临近驾驶位处，与第二处理器电连接，用以根据第二处理器的控制指令以发射一近红外光至一指定区域；

所述图像采集单元安装在临近驾驶位处，与第二处理器电连接，用以根据第二处理器的控制指令以采集所述指定区域的图像信息；

所述第二处理器与第一处理器电连接，第二处理器包括一设定部和一控制部，设定部用以设定一工作频率，控制部用以以前述工作频率同步发送一采集信号至图像采集单元、近红外LED单元，驱使近红外LED单元发射一红外光至所述指定区域的同时，驱使图像采集单元采集所述指定区域的图像信息；

所述环境温度检测子系统与第一处理器电连接，用以实时检测和/或以所述设定频率同步检测驾驶位处的环境温度t，并且将检测结果经发送至第一处理器；

所述第二处理器中设置有一疲劳检测算法单元，第二处理器接收所述图像信息，调用疲劳检测算法单元以分析当前时刻驾驶员的疲劳值h，并且将分析结果发送至第一处理器；

所述第一处理器结合疲劳值h和所述环境温度t，根据一预设的控制策略以计算适于当前时刻的图像采集频率S，最后将计算出的适于当前时刻的图像采集频率S发送至第二处理器；

所述第二处理器的设定部根据第一处理器发送的适于当前时刻的图像采集频率S以调整所述工作频率；

所述供电子系统分别与图像采集子系统、环境温度检测子系统、第一处理器，用以提供图像采集子系统、环境温度检测子系统、第一处理器正常工作所需的电能。

2.如权利要求1所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述预设的控制策略是指，

将所述环境温度t根据一预设的规则由高至底分为环境温度高、环境温度中、环境温度低三个温度等级，并且为三个温度等级各自分配一相应的采样系数k{k₁，k₂，k₃}，其中，k₁对应环境温度高的温度等级，k₂对应环境温度中的温度等级，k₃对应环境温度低的温度等级；

根据公式S＝S₀+kh以计算图像采集频率S，其中，S₀为最低采集频率，S₀大于零；

所述k₁小于k₂，所述k₂小于k₃。

3.如权利要求1所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述预设的控制策略是指，

根据下述公式以计算图像采集频率S，

其中，S₀为最低采集频率，t₀为一温度等级判定系数，S₀、t₀均大于零。

4.如权利要求1所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述疲劳检测算法单元包括一特征提取子单元；

所述疲劳检测算法单元响应于接收到图像采集单元发送的图像信息，调用特征提取子单元提取出图像信息中的特征信息，处理分析提取的特征信息，以计算当前时刻驾驶员的疲劳值h。

5.如权利要求4所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述特征信息包括驾驶员的面部特征信息、身体特征信息、行为特征信息中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述图像采集单元包括依次电连接的摄像镜头、图像传感器、图像处理电路；

所述摄像镜头用以采集所述指定区域的光学图像，并且将采集到的光学图像发送至图像传感器；

所述图像传感器接收光学图像，将之转换成一模拟信号，并且将转换生成的模拟信号发送至图像处理电路；

所述图像处理电路与第二处理器电连接，图像处理电路被设置成用以接收所述模拟信号，将之放大、转换成一数字信号，并且将转换生成的数字信号发送至第二处理器。

7.如权利要求1所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述近红外LED单元包括相互电连接的近红外LED灯与LED灯驱动电路；

所述LED灯驱动电路与第二处理器电连接。

8.如权利要求1所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述供电子系统分别与图像采集单元、近红外LED单元电连接，以分别提供图像采集单元、近红外LED单元工作时所需的电能。

9.如权利要求1所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述供电子系统与图像采集单元电连接；

所述近红外LED单元与图像采集单元电连接以获取工作时所需的电能。

10.如权利要求1所述的自适应调节采样频率的驾驶监控系统，其特征在于，所述驾驶员监控系统还包括一信息交互子系统；

所述信息交互子系统电连接第一处理器与车辆控制系统，用以建立第一处理器与车辆控制系统之间的数据通讯链路。