CN112489369B - 一种适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置及使用方法，包括心跳监测模块、血氧监测模块、车辆行驶参数监测模块、驾驶员图像参数监测模块、第一比较模块、第二比较模块、第三比较模块、第四比较模块、第一信号发生器、第二信号发生器、第三信号发生器、第四信号发生器、微处理器、防瞌睡警报器以及驾驶员睡眠质量监测模块，其能够融合驾驶员的生理参数即心跳和血氧参数、车辆的行驶参数以及驾驶员的眼部图像参数对驾驶员是否处于疲劳驾驶进行有效监控，使得监测更加全面、准确，同时还能够通过防瞌睡警报器提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态。

Description

一种适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置及使用方法
技术领域
本发明涉及车载防瞌睡领域，尤其涉及一种适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置及使用方法。
背景技术
如果在驾驶员行驶过程中，对驾驶员的疲劳程度进行检测并预警，那么就可以对交通事故的预防起到很大的作用。现有技术中的检测方法有驾驶员面部图像监测方法和多数据融合的驾驶员生理参数监测方法。
其中，驾驶员面部图像监测方法，该检测方法主要是利用图像采集设备定位驾驶员的头部位置，然后通过识别算法分析驾驶员的各种状态特征，比如打哈欠、眨眼频率、低点时间、眼睑闭合时间等，通过分析驾驶员头部特征，可以判断驾驶员的疲劳程度。而驾驶员生理参数监测方法，该检测方法则是通过传感器采集驾驶员在驾驶是的心跳参数等生理参数对驾驶员的生理状态进行监测，以判断其是否出现瞌睡状态。
但在现有技术中，无论是驾驶员面部图像监测方法还是多数据融合的驾驶员生理参数监测方法，其监测精度不高，且监测复杂，例如驾驶员的面部图像监测方法，需要对驾驶员的打哈欠、眨眼频率等进行监测，其监测的误差较大，在生理参数的监测中，同样存在误判的情况。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置，其包括心跳监测模块、血氧监测模块、车辆行驶参数监测模块、驾驶员图像参数监测模块、第一比较模块、第二比较模块、第三比较模块、第四比较模块、第一信号发生器、第二信号发生器、第三信号发生器、第四信号发生器、微处理器、防瞌睡警报器以及驾驶员睡眠质量监测模块。
其中，所述心跳监测模块、所述第一比较模块以及所述第一信号发生器依次连接，所述血氧监测模块、所述第二比较模块以及所述第二信号发生器依次连接，所述车辆行驶参数监测模块、第三比较模块以及所述第三信号发生器依次连接，所述驾驶员图像参数监测模块、第四比较模块以及所述第四信号发生器依次连接，所述第一信号发生器、所述第二信号发生器、所述第三信号发生器以及所述第四信号发生器均与所述微处理器连接，所述微处理器与所述防瞌睡警报器连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块与所述第一比较器连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块与所述第二比较器连接。
所述心跳监测模块用于监测驾驶员的心跳信号，并将采集到的心跳信号传输至所述第一比较模块，所述第一比较模块内存储有一心跳阈值，若所述第一比较模块接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，则所述第一比较模块控制所述第一信号发生器发出第一信号；所述血氧监测模块用于监测驾驶员的血氧信号，并将采集到的血氧信号传输至所述第二比较模块，所述第二比较模块内存储有一血氧阈值，若所述第二比较模块接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，则所述第二比较模块控制所述第二信号发生器发出第二信号；所述车辆行驶参数监测模块用于监测和计算车辆在行驶过程中的车辆参数，并将计算到的车辆参数传输至所述第三比较模块，所述第三比较模块内存储有一与车辆参数相关的阈值，若所述第三比较模块根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，若是，则所述第三比较模块控制所述第三信号发生器发出第三信号；所述驾驶员图像参数监测模块用于监测驾驶员眼部图像信息，并提取驾驶员眼部图像的特征参数，并将计算到的驾驶员眼部图像的特征参数传输至所述第四比较模块，所述第四比较模块内存储有一驾驶员眼部图像的特征参数阈值，若所述第四比较模块接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块控制所述第四信号发生器发出第四信号；若所述微处理器接收到第一信号、第二信号、第三信号以及第四信号，则所述微处理器控制所述防瞌睡警报器启动，所述防瞌睡警报器用于提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态，所述驾驶员睡眠质量监测模块用于对驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行监测，所述心跳阈值和所述血氧阈值均根据所述驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行设置。
具体地，所述第一比较模块内存储有一心跳阈值，若所述第一比较模块接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，则所述第一比较模块控制所述第一信号发生器发出第一信号，所述第二比较模块内存储有一血氧阈值，若所述第二比较模块接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，则所述第二比较模块控制所述第二信号发生器发出第二信号；
其中，所述心跳阈值C的计算方法如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
为驾驶员进入睡眠时的心跳值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
为驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间，若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
，则令
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，血氧阈值G的计算方法如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
为驾驶员进入睡眠时的血氧值，
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
为驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间，若
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
，则令
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
。
具体地，所述车辆行驶参数监测模块用于监测和计算车辆在行驶过程中的车辆参数，并将计算到的车辆参数传输至所述第三比较模块，所述第三比较模块内存储有一与车辆参数相关的阈值，若所述第三比较模块根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶。
其中，所述车辆行驶参数监测模块包括一角度传感器，所述角度传感器设置于车辆方向盘上，所述角度传感器用于监测车辆在预设时间内的角度信号，所述车辆行驶参数监测模块包括一角速度传感器，所述角速度传感器设置于车辆上，所述角速度传感器用于监测车辆在预设时间内的角速度信号，所述角度传感器和所述角速度传感器的采样周期和采用频率相同，所述车辆参数为车辆方向盘角度参数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
和车辆角速度参数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
，则有，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
其中，所述角度传感器监测车辆在预设时间内的角度信号为x1、x2、x3…xi…xN；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
其中，n为在角速度传感器监测到的车辆在预设时间内的角速度信号y1、y2、y3…yi…yN中角速度在±1°/s之间的数量，N为总采样点的个数；所述第三比较模块根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，所述第三比较模块内存储有一车辆角速度参数阈值和一车辆方向盘角度参数阈值，若
Figure DEST_PATH_IMAGE018A
大于所述车辆角速度参数阈值且所述
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
小于所述车辆方向盘角度参数阈值，则所述第三比较模块判断车辆是在驾驶员疲劳情况下行驶。
具体地，所述防瞌睡警报装置还包括一计时装置，所述计时装置包括第一计时模块和第二计时模块，所述心跳监测模块用于监测驾驶员的心跳信号，并将采集到的心跳信号传输至所述第一比较模块，所述第一比较模块内存储有一心跳阈值，若所述第一比较模块接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，此时所述第一计时模块开始计时，当所述第一计时模块所计时间达到第一预设时间时，所述第一比较模块控制所述第一信号发生器发出第一信号；所述血氧监测模块用于监测驾驶员的血氧信号，并将采集到的血氧信号传输至所述第二比较模块，所述第二比较模块内存储有一血氧阈值，若所述第二比较模块接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，此时所述第二计时模块开始计时，当所述第二计时模块所计时间达到第二预设时间时，所述第二比较模块控制所述第二信号发生器发出第二信号。
具体地，所述驾驶员图像参数监测模块用于监测驾驶员眼部图像信息，并提取驾驶员眼部图像的特征参数，并将计算到的驾驶员眼部图像的特征参数传输至所述第四比较模块，所述第四比较模块内存储有一驾驶员眼部图像的特征参数阈值，若所述第四比较模块接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块控制所述第四信号发生器发出第四信号。
其中，所述图像参数监测模块包括一图像采集单元和一图像处理单元，所述图像采集单元用于采集驾驶员的面部图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理单元，所述图像处理单元对接收到的图像进行图像处理后并计算所述特征参数，具体步骤如下：
步骤S1：所述图像处理单元对接收到的图像进行图像增强处理；选取图像中驾驶员眼睛瞳孔图像为目标图像f(x,y)，再在驾驶员人脸图像外任选一区域图像，该区域图像的中心图像为g(x,y)，使用该区域的图像对目标图像周围域图像进行补偿，则有
Figure DEST_PATH_IMAGE024
Figure DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE028
其中，i，j，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_IMAGE032
均为与目标图像f(x,y)和中心图像g(x,y)在同一坐标系内的坐标单位量值。
步骤S2，对上述经过图像增强后的图像进行边缘化处理。
步骤S3，从上述边缘化后的图像分割出人眼边缘图像，并根据上述分割出的人眼边缘图像绘制椭圆模型，其中，人眼边缘图像中左右眼角的最大距离作为椭圆的长轴，人眼边缘图像中上下眼皮的最大距离作为椭圆的端轴。
步骤S4，将人眼边缘图像中上下眼皮的最大距离h作为特征参数。
最后，将计算到的驾驶员眼部图像的特征参数h传输至所述第四比较模块，所述第四比较模块内存储有一驾驶员眼部图像的特征参数阈值，若所述第四比较模块接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则触发一第三计时模块，此时所述第三计时模块开始计时，当所述第三计时模块所计时间达到第三预设时间时，所述第四比较模块控制所述第四信号发生器发出第四信号。
具体地，所述防瞌睡警报器采用气味刺激，所述防瞌睡警报器包括一容器、一声波发生器、一气体导流器以及一液面监测器，所述防瞌睡警报器的所述声波发生器、所述气体导流器以及所述液面监测器分别与所述微处理器电性连接。
其中，所述容器内装有刺激性液体，所述容器相对设有一空气进入口和一空气导出口，所述声波发生器设置于所述容器上，所述声波发生器在接收到所述微处理器发出的控制信号后对刺激性液体产生高频振荡波，借此打散刺激性液体的分子结构，进而雾化刺激性液体，所述气体导流器设置于所述容器的所述空气进入口上，所述气体导流器产生流动气体，借此将雾化的刺激性液体由所述容器的所述空气导出口送至车辆内，所述液面监测器设置于所述容器内，所述液面监测器用以监测刺激性液体的液面高度，当所述容器内无刺激性液体时向所述微处理器发出故障信号，以提醒驾驶员添加。
具体地，使用适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置的方法包括如下步骤：
步骤step1：将所述心跳监测模块、所述第一比较模块以及所述第一信号发生器用导线依次连接，所述血氧监测模块、所述第二比较模块以及所述第二信号发生器用导线依次连接，所述车辆行驶参数监测模块、第三比较模块以及所述第三信号发生器用导线依次连接，所述驾驶员图像参数监测模块、第四比较模块以及所述第四信号发生器用导线依次连接，所述第一信号发生器、所述第二信号发生器、所述第三信号发生器以及所述第四信号发生器均与所述微处理器用导线连接，所述微处理器与所述防瞌睡警报器用导线连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块与所述第一比较器用导线连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块与所述第二比较器用导线连接。
步骤step2：使用所述驾驶员睡眠质量监测模块用于对驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行监测，根据所述驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间设置所述心跳阈值和所述血氧阈值。
步骤step3：若所述第一比较模块接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，则所述第一比较模块控制所述第一信号发生器发出第一信号；若所述第二比较模块接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，则所述第二比较模块控制所述第二信号发生器发出第二信号；若所述第三比较模块根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，若是，则所述第三比较模块控制所述第三信号发生器发出第三信号；若所述第四比较模块接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块控制所述第四信号发生器发出第四信号。
步骤step4：若所述微处理器接收到第一信号、第二信号、第三信号以及第四信号，则所述微处理器控制所述防瞌睡警报器启动，所述防瞌睡警报器用于提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置包括心跳监测模块、血氧监测模块、车辆行驶参数监测模块、驾驶员图像参数监测模块、第一比较模块、第二比较模块、第三比较模块、第四比较模块、第一信号发生器、第二信号发生器、第三信号发生器、第四信号发生器、微处理器、防瞌睡警报器以及驾驶员睡眠质量监测模块，其能够融合驾驶员的生理参数即心跳和血氧参数、车辆的行驶参数以及驾驶员的眼部图像参数对驾驶员是否处于疲劳驾驶进行有效监控，使得监测更加全面、准确，同时还能够通过防瞌睡警报器提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态。
附图说明
图1为本发明的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置的示意图；
图2为本发明的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置的人眼椭圆模型的示意图；
图3为本发明的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置的防瞌睡警报器的示意图。
附图标记：1-心跳监测模块、2-血氧监测模块、3-车辆行驶参数监测模块、4-驾驶员图像参数监测模块、5-第一比较模块、6-第二比较模块、7-第三比较模块、8-第四比较模块、9-第一信号发生器、10-第二信号发生器、11-第三信号发生器、12-第四信号发生器、13-微处理器、14-防瞌睡警报器、15-驾驶员睡眠质量监测模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置包括心跳监测模块（1）、血氧监测模块（2）、车辆行驶参数监测模块（3）、驾驶员图像参数监测模块（4）、第一比较模块（5）、第二比较模块（6）、第三比较模块（7）、第四比较模块（8）、第一信号发生器（9）、第二信号发生器（10）、第三信号发生器（11）、第四信号发生器（12）、微处理器（13）、防瞌睡警报器（14）以及驾驶员睡眠质量监测模块（15）。
其中，所述心跳监测模块（1）、所述第一比较模块（5）以及所述第一信号发生器（9）依次连接，所述血氧监测模块（2）、所述第二比较模块（6）以及所述第二信号发生器（10）依次连接，所述车辆行驶参数监测模块（3）、第三比较模块（7）以及所述第三信号发生器（11）依次连接，所述驾驶员图像参数监测模块（4）、第四比较模块（8）以及所述第四信号发生器（12）依次连接，所述第一信号发生器（9）、所述第二信号发生器（10）、所述第三信号发生器（11）以及所述第四信号发生器（12）均与所述微处理器（13）连接，所述微处理器（13）与所述防瞌睡警报器（14）连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）与所述第一比较器（5）连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）与所述第二比较器（6）连接。
所述心跳监测模块（1）用于监测驾驶员的心跳信号，并将采集到的心跳信号传输至所述第一比较模块（5），所述第一比较模块（5）内存储有一心跳阈值，若所述第一比较模块（5）接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，则所述第一比较模块（5）控制所述第一信号发生器（9）发出第一信号；所述血氧监测模块（2）用于监测驾驶员的血氧信号，并将采集到的血氧信号传输至所述第二比较模块（6），所述第二比较模块（6）内存储有一血氧阈值，若所述第二比较模块（6）接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，则所述第二比较模块（6）控制所述第二信号发生器（10）发出第二信号；所述车辆行驶参数监测模块（3）用于监测和计算车辆在行驶过程中的车辆参数，并将计算到的车辆参数传输至所述第三比较模块（7），所述第三比较模块（7）内存储有一与车辆参数相关的阈值，若所述第三比较模块（7）根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，若是，则所述第三比较模块（7）控制所述第三信号发生器（11）发出第三信号；所述驾驶员图像参数监测模块（4）用于监测驾驶员眼部图像信息，并提取驾驶员眼部图像的特征参数，并将计算到的驾驶员眼部图像的特征参数传输至所述第四比较模块（8），所述第四比较模块（8）内存储有一驾驶员眼部图像的特征参数阈值，若所述第四比较模块（8）接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块（8）控制所述第四信号发生器（12）发出第四信号；若所述微处理器（13）接收到第一信号、第二信号、第三信号以及第四信号，则所述微处理器（13）控制所述防瞌睡警报器（14）启动，所述防瞌睡警报器（14）用于提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）用于对驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行监测，所述心跳阈值和所述血氧阈值均根据所述驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行设置。
上述实施方式中，本发明提供的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置包括心跳监测模块（1）、血氧监测模块（2）、车辆行驶参数监测模块（3）、驾驶员图像参数监测模块（4）、第一比较模块（5）、第二比较模块（6）、第三比较模块（7）、第四比较模块（8）、第一信号发生器（9）、第二信号发生器（10）、第三信号发生器（11）、第四信号发生器（12）、微处理器（13）、防瞌睡警报器（14）以及驾驶员睡眠质量监测模块（15），其能够融合驾驶员的生理参数即心跳和血氧参数、车辆的行驶参数以及驾驶员的眼部图像参数对驾驶员是否处于疲劳驾驶进行有效监控，使得监测更加全面、准确，同时还能够通过防瞌睡警报器提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态。
更进一步地，在具体测试时，通过所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）用于对驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行监测，所述心跳阈值和所述血氧阈值均根据所述驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行设置，由此能够根据驾驶员的个人情况设定比较阈值，使得本发明提供的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置更精确。
优选的是，所述第一比较模块（5）内存储有一心跳阈值，若所述第一比较模块（5）接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，则所述第一比较模块（5）控制所述第一信号发生器（9）发出第一信号，所述第二比较模块（6）内存储有一血氧阈值，若所述第二比较模块（6）接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，则所述第二比较模块（6）控制所述第二信号发生器（10）发出第二信号；
其中，所述心跳阈值C的计算方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
为驾驶员进入睡眠时的心跳值，
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
为驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间，若
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
，则令
Figure DEST_PATH_IMAGE010AA
；
其中，血氧阈值G的计算方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
为驾驶员进入睡眠时的血氧值，
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAA
为驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间，若
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
，则令
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAA
。
更进一步地，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）可以为一佩戴于驾驶员手臂上的睡眠时间监测手环等睡眠监测装置。
优选的是，所述车辆行驶参数监测模块（3）用于监测和计算车辆在行驶过程中的车辆参数，并将计算到的车辆参数传输至所述第三比较模块（7），所述第三比较模块（7）内存储有一与车辆参数相关的阈值，若所述第三比较模块（7）根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶；
其中，所述车辆行驶参数监测模块（3）包括一角度传感器，所述角度传感器设置于车辆方向盘上，所述角度传感器用于监测车辆在预设时间内的角度信号，所述车辆行驶参数监测模块（3）包括一角速度传感器，所述角速度传感器设置于车辆上，所述角速度传感器用于监测车辆在预设时间内的角速度信号，所述角度传感器和所述角速度传感器的采样周期和采用频率相同，所述车辆参数为车辆方向盘角度参数
Figure DEST_PATH_IMAGE016AA
和车辆角速度参数
Figure DEST_PATH_IMAGE018AA
，则有，
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
其中，所述角度传感器监测车辆在预设时间内的角度信号为x1、x2、x3…xi…xN；
Figure DEST_PATH_IMAGE022A
其中，n为在角速度传感器监测到的车辆在预设时间内的角速度信号y1、y2、y3…yi…yN中角速度在±1°/s之间的数量，N为总采样点的个数；所述第三比较模块（7）根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，所述第三比较模块（7）内存储有一车辆角速度参数阈值和一车辆方向盘角度参数阈值，若
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAA
大于所述车辆角速度参数阈值且所述
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAA
小于所述车辆方向盘角度参数阈值，则所述第三比较模块（7）判断车辆是在驾驶员疲劳情况下行驶。
优选的是，所述防瞌睡警报装置还包括一计时装置，所述计时装置包括第一计时模块和第二计时模块，所述心跳监测模块（1）用于监测驾驶员的心跳信号，并将采集到的心跳信号传输至所述第一比较模块（5），所述第一比较模块（5）内存储有一心跳阈值，若所述第一比较模块（5）接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，此时所述第一计时模块开始计时，当所述第一计时模块所计时间达到第一预设时间时，所述第一比较模块（5）控制所述第一信号发生器（9）发出第一信号；所述血氧监测模块（2）用于监测驾驶员的血氧信号，并将采集到的血氧信号传输至所述第二比较模块（6），所述第二比较模块（6）内存储有一血氧阈值，若所述第二比较模块（6）接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，此时所述第二计时模块开始计时，当所述第二计时模块所计时间达到第二预设时间时，所述第二比较模块（6）控制所述第二信号发生器（10）发出第二信号。
优选的是，所述驾驶员图像参数监测模块（4）用于监测驾驶员眼部图像信息，并提取驾驶员眼部图像的特征参数，并将计算到的驾驶员眼部图像的特征参数传输至所述第四比较模块（8），所述第四比较模块（8）内存储有一驾驶员眼部图像的特征参数阈值，若所述第四比较模块（8）接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块（8）控制所述第四信号发生器（12）发出第四信号；
其中，所述图像参数监测模块（4）包括一图像采集单元和一图像处理单元，所述图像采集单元用于采集驾驶员的面部图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理单元，所述图像处理单元对接收到的图像进行图像处理后并计算所述特征参数，具体步骤如下：
步骤S1：所述图像处理单元对接收到的图像进行图像增强处理；选取图像中驾驶员眼睛瞳孔图像为目标图像f(x,y)，再在驾驶员人脸图像外任选一区域图像，该区域图像的中心图像为g(x,y)，使用该区域的图像对目标图像周围域图像进行补偿，则有
Figure DEST_PATH_IMAGE024A
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
Figure DEST_PATH_IMAGE028A
其中，i，j，
Figure DEST_PATH_IMAGE030A
、
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
均为与目标图像f(x,y)和中心图像g(x,y)在同一坐标系内的坐标单位量值。
步骤S2，对上述经过图像增强后的图像进行边缘化处理。
步骤S3，从上述边缘化后的图像分割出人眼边缘图像，并根据上述分割出的人眼边缘图像绘制椭圆模型，如图2所示，其中，人眼边缘图像中左右眼角的最大距离作为椭圆的长轴，人眼边缘图像中上下眼皮的最大距离作为椭圆的端轴。
步骤S4，将人眼边缘图像中上下眼皮的最大距离h作为特征参数。
最后，将计算到的驾驶员眼部图像的特征参数h传输至所述第四比较模块（8），所述第四比较模块（8）内存储有一驾驶员眼部图像的特征参数阈值，若所述第四比较模块（8）接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则触发一第三计时模块，此时所述第三计时模块开始计时，当所述第三计时模块所计时间达到第三预设时间时，所述第四比较模块（8）控制所述第四信号发生器（12）发出第四信号。
如图3所示，所述防瞌睡警报器（14）采用气味刺激，所述防瞌睡警报器（14）包括一容器（14-1）、一声波发生器（14-2）、一气体导流器（14-3）以及一液面监测器（14-4），所述防瞌睡警报器（14）的所述声波发生器（14-2）、所述气体导流器（14-3）以及所述液面监测器（14-4）分别与所述微处理器（13）电性连接。
其中，所述容器（14-1）内装有刺激性液体，所述容器（14-1）相对设有一空气进入口（14-5）和一空气导出口（14-6），所述声波发生器（14-2）设置于所述容器（14-1）上，所述声波发生器（14-2）在接收到所述微处理器（13）发出的控制信号后对刺激性液体产生高频振荡波，借此打散刺激性液体的分子结构，进而雾化刺激性液体，所述气体导流器（14-3）设置于所述容器（14-1）的所述空气进入口（14-5）上，所述气体导流器（14-3）产生流动气体，借此将雾化的刺激性液体由所述容器（14-1）的所述空气导出口（14-6）送至车辆内，所述液面监测器（14-4）设置于所述容器（14-1）内，所述液面监测器（14-4）用以监测刺激性液体的液面高度，当所述容器（14-1）内无刺激性液体时向所述微处理器（13）发出故障信号，以提醒驾驶员添加。
优选的是，使用适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置的方法包括如下步骤：
步骤step1：将所述心跳监测模块（1）、所述第一比较模块（5）以及所述第一信号发生器（9）用导线依次连接，所述血氧监测模块（2）、所述第二比较模块（6）以及所述第二信号发生器（10）用导线依次连接，所述车辆行驶参数监测模块（3）、第三比较模块（7）以及所述第三信号发生器（11）用导线依次连接，所述驾驶员图像参数监测模块（4）、第四比较模块（8）以及所述第四信号发生器（12）用导线依次连接，所述第一信号发生器（9）、所述第二信号发生器（10）、所述第三信号发生器（11）以及所述第四信号发生器（12）均与所述微处理器（13）用导线连接，所述微处理器（13）与所述防瞌睡警报器（14）用导线连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）与所述第一比较器（5）用导线连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）与所述第二比较器（6）用导线连接。
步骤step2：使用所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）用于对驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行监测，根据所述驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间设置所述心跳阈值和所述血氧阈值。
步骤step3：若所述第一比较模块（5）接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，则所述第一比较模块（5）控制所述第一信号发生器（9）发出第一信号；若所述第二比较模块（6）接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，则所述第二比较模块（6）控制所述第二信号发生器（10）发出第二信号；若所述第三比较模块（7）根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，若是，则所述第三比较模块（7）控制所述第三信号发生器（11）发出第三信号；若所述第四比较模块（8）接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块（8）控制所述第四信号发生器（12）发出第四信号。
步骤step4：若所述微处理器（13）接收到第一信号、第二信号、第三信号以及第四信号，则所述微处理器（13）控制所述防瞌睡警报器（14）启动，所述防瞌睡警报器（14）用于提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态。
更进一步地，车辆行驶参数监测模块（3）、驾驶员图像参数监测模块（4）、第一比较模块（5）、第二比较模块（6）、第三比较模块（7）、第四比较模块（8）、第一信号发生器（9）、第二信号发生器（10）、第三信号发生器（11）、第四信号发生器（12）以及微处理器（13）集成设置于车载导航系统中。
心跳监测模块（1）、血氧监测模块（2）、驾驶员睡眠质量监测模块（15）设置于驾驶员身上。
防瞌睡警报器（14）设置于驾驶位下或车载空调设备中。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置，其特征在于，所述防瞌睡警报装置包括心跳监测模块（1）、血氧监测模块（2）、车辆行驶参数监测模块（3）、驾驶员图像参数监测模块（4）、第一比较模块（5）、第二比较模块（6）、第三比较模块（7）、第四比较模块（8）、第一信号发生器（9）、第二信号发生器（10）、第三信号发生器（11）、第四信号发生器（12）、微处理器（13）、防瞌睡警报器（14）以及驾驶员睡眠质量监测模块（15）；其中，所述心跳监测模块（1）、所述第一比较模块（5）以及所述第一信号发生器（9）依次连接，所述血氧监测模块（2）、所述第二比较模块（6）以及所述第二信号发生器（10）依次连接，所述车辆行驶参数监测模块（3）、第三比较模块（7）以及所述第三信号发生器（11）依次连接，所述驾驶员图像参数监测模块（4）、第四比较模块（8）以及所述第四信号发生器（12）依次连接，所述第一信号发生器（9）、所述第二信号发生器（10）、所述第三信号发生器（11）以及所述第四信号发生器（12）均与所述微处理器（13）连接，所述微处理器（13）与所述防瞌睡警报器（14）连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）与所述第一比较模块（5）连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）与所述第二比较模块（6）连接；所述心跳监测模块（1）用于监测驾驶员的心跳信号，并将采集到的心跳信号传输至所述第一比较模块（5），所述第一比较模块（5）内存储有一心跳阈值，若所述第一比较模块（5）接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，则所述第一比较模块（5）控制所述第一信号发生器（9）发出第一信号；所述血氧监测模块（2）用于监测驾驶员的血氧信号，并将采集到的血氧信号传输至所述第二比较模块（6），所述第二比较模块（6）内存储有一血氧阈值，若所述第二比较模块（6）接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，则所述第二比较模块（6）控制所述第二信号发生器（10）发出第二信号；所述车辆行驶参数监测模块（3）用于监测和计算车辆在行驶过程中的车辆参数，并将计算到的车辆参数传输至所述第三比较模块（7），所述第三比较模块（7）内存储有一与车辆参数相关的阈值，若所述第三比较模块（7）根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，若是，则所述第三比较模块（7）控制所述第三信号发生器（11）发出第三信号；所述驾驶员图像参数监测模块（4）用于监测驾驶员眼部图像信息，并提取驾驶员眼部图像的特征参数，并将计算到的驾驶员眼部图像的特征参数传输至所述第四比较模块（8），所述第四比较模块（8）内存储有一驾驶员眼部图像的特征参数阈值，若所述第四比较模块（8）接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块（8）控制所述第四信号发生器（12）发出第四信号；若所述微处理器（13）接收到第一信号、第二信号、第三信号以及第四信号，则所述微处理器（13）控制所述防瞌睡警报器（14）启动，所述防瞌睡警报器（14）用于提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）用于对驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行监测，所述心跳阈值和所述血氧阈值均根据所述驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行设置；
其中，所述心跳阈值C的计算方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为驾驶员进入睡眠时的心跳值，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间，若
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，则令
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，血氧阈值G的计算方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为驾驶员进入睡眠时的血氧值，
Figure 706341DEST_PATH_IMAGE006
为驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间，若
Figure 13694DEST_PATH_IMAGE008
，则令
Figure 918065DEST_PATH_IMAGE010
。
2.根据权利要求1所述的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置，其特征在于，所述车辆行驶参数监测模块（3）用于监测和计算车辆在行驶过程中的车辆参数，并将计算到的车辆参数传输至所述第三比较模块（7），所述第三比较模块（7）内存储有一与车辆参数相关的阈值，若所述第三比较模块（7）根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶；其中，所述车辆行驶参数监测模块（3）包括一角度传感器，所述角度传感器设置于车辆方向盘上，所述角度传感器用于监测车辆在预设时间内的角度信号，所述车辆行驶参数监测模块（3）包括一角速度传感器，所述角速度传感器设置于车辆上，所述角速度传感器用于监测车辆在预设时间内的角速度信号，所述角度传感器和所述角速度传感器的采样周期和采用频率相同，所述车辆参数为车辆方向盘角度参数
Figure DEST_PATH_IMAGE016
和车辆角速度参数
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，则有，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
其中，所述角度传感器监测车辆在预设时间内的角度信号为x1、x2、x3…xi…xN；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
其中，n为在角速度传感器监测到的车辆在预设时间内的角速度信号y1、y2、y3…yi…yN中角速度在±1°/s之间的数量，N为总采样点的个数；所述第三比较模块（7）根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，所述第三比较模块（7）内存储有一车辆角速度参数阈值和一车辆方向盘角度参数阈值，若
Figure 853222DEST_PATH_IMAGE018
大于所述车辆角速度参数阈值且所述
Figure 808540DEST_PATH_IMAGE016
小于所述车辆方向盘角度参数阈值，则所述第三比较模块（7）判断车辆是在驾驶员疲劳情况下行驶。
3.根据权利要求1所述的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置，其特征在于，所述防瞌睡警报装置还包括一计时装置，所述计时装置包括第一计时模块和第二计时模块，所述心跳监测模块（1）用于监测驾驶员的心跳信号，并将采集到的心跳信号传输至所述第一比较模块（5），所述第一比较模块（5）内存储有一心跳阈值，若所述第一比较模块（5）接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，此时所述第一计时模块开始计时，当所述第一计时模块所计时间达到第一预设时间时，所述第一比较模块（5）控制所述第一信号发生器（9）发出第一信号；所述血氧监测模块（2）用于监测驾驶员的血氧信号，并将采集到的血氧信号传输至所述第二比较模块（6），所述第二比较模块（6）内存储有一血氧阈值，若所述第二比较模块（6）接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，此时所述第二计时模块开始计时，当所述第二计时模块所计时间达到第二预设时间时，所述第二比较模块（6）控制所述第二信号发生器（10）发出第二信号。
4.根据权利要求1所述的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置，其特征在于，所述驾驶员图像参数监测模块（4）用于监测驾驶员眼部图像信息，并提取驾驶员眼部图像的特征参数，并将计算到的驾驶员眼部图像的特征参数传输至所述第四比较模块（8），所述第四比较模块（8）内存储有一驾驶员眼部图像的特征参数阈值，若所述第四比较模块（8）接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块（8）控制所述第四信号发生器（12）发出第四信号；其中，所述图像参数监测模块（4）包括一图像采集单元和一图像处理单元，所述图像采集单元用于采集驾驶员的面部图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理单元，所述图像处理单元对接收到的图像进行图像处理后并计算所述特征参数。
5.根据权利要求1所述的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置，其特征在于，所述防瞌睡警报器（14）采用气味刺激，所述防瞌睡警报器（14）包括一容器（14-1）、一声波发生器（14-2）、一气体导流器（14-3）以及一液面监测器（14-4），所述防瞌睡警报器（14）的所述声波发生器（14-2）、所述气体导流器（14-3）以及所述液面监测器（14-4）分别与所述微处理器（13）电性连接；其中，所述容器（14-1）内装有刺激性液体，所述容器（14-1）相对设有一空气进入口（14-5）和一空气导出口（14-6），所述声波发生器（14-2）设置于所述容器（14-1）上，所述声波发生器（14-2）在接收到所述微处理器（13）发出的控制信号后对刺激性液体产生高频振荡波，借此打散刺激性液体的分子结构，进而雾化刺激性液体，所述气体导流器（14-3）设置于所述容器（14-1）的所述空气进入口（14-5）上，所述气体导流器（14-3）产生流动气体，借此将雾化的刺激性液体由所述容器（14-1）的所述空气导出口（14-6）送至车辆内，所述液面监测器（14-4）设置于所述容器（14-1）内，所述液面监测器（14-4）用以监测刺激性液体的液面高度，当所述容器（14-1）内无刺激性液体时向所述微处理器（13）发出故障信号，以提醒驾驶员添加。
6.一种适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置的使用方法，该方法采用权利要求1-5中任一权利要求的适用于车载导航系统的防瞌睡警报装置对驾驶员驾驶状态进行监测和预警，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：
步骤step1：将所述心跳监测模块（1）、所述第一比较模块（5）以及所述第一信号发生器（9）用导线依次连接，所述血氧监测模块（2）、所述第二比较模块（6）以及所述第二信号发生器（10）用导线依次连接，所述车辆行驶参数监测模块（3）、第三比较模块（7）以及所述第三信号发生器（11）用导线依次连接，所述驾驶员图像参数监测模块（4）、第四比较模块（8）以及所述第四信号发生器（12）用导线依次连接，所述第一信号发生器（9）、所述第二信号发生器（10）、所述第三信号发生器（11）以及所述第四信号发生器（12）均与所述微处理器（13）用导线连接，所述微处理器（13）与所述防瞌睡警报器（14）用导线连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）与所述第一比较模块（5）用导线连接，所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）与所述第二比较模块（6）用导线连接；
步骤step2：使用所述驾驶员睡眠质量监测模块（15）用于对驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间进行监测，根据所述驾驶员在驾驶前预设时间段内的睡眠时间设置所述心跳阈值和所述血氧阈值；
步骤step3：若所述第一比较模块（5）接收到的心跳信号小于所述心跳阈值，则所述第一比较模块（5）控制所述第一信号发生器（9）发出第一信号；若所述第二比较模块（6）接收到的血氧信号小于所述血氧阈值，则所述第二比较模块（6）控制所述第二信号发生器（10）发出第二信号；若所述第三比较模块（7）根据接收到的车辆参数判断车辆是否在驾驶员疲劳情况下行驶，若是，则所述第三比较模块（7）控制所述第三信号发生器（11）发出第三信号；若所述第四比较模块（8）接收到的驾驶员眼部图像的特征参数小于所述驾驶员眼部图像的特征参数阈值，则所述第四比较模块（8）控制所述第四信号发生器（12）发出第四信号；
步骤step4：若所述微处理器（13）接收到第一信号、第二信号、第三信号以及第四信号，则所述微处理器（13）控制所述防瞌睡警报器（14）启动，所述防瞌睡警报器（14）用于提醒驾驶员处于疲劳驾驶状态。
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