CN117387961A - 一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备及方法。包括高速摄像头、惯性导航系统、驾驶员状态监视器、驾驶员状态记录器、车辆CAN信息采集模块、数据采集、分析及存储模块、数据显示模块；所述高速摄像头、惯性导航系统、驾驶员状态监视器、驾驶员状态记录器和车辆CAN信息采集模块均与数据采集、分析及存储模块连接；所述数据采集、分析及存储模块与数据显示模块连接。本发明通过高精度摄像头实时识别驾驶员眼部、嘴部、头部及肢体动作以及车辆运动状态，并通过数据实时处理及功能评估，用于驾驶员疲劳监测系统(DMS)的测试与评价，有助于该系统的设计开发和性能优化。

Description

一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备及方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备及方法。

背景技术

驾驶员疲劳监测系统(DMS)是利用安装在车上的传感器，在驾驶员驾驶车辆过程中，实时监测驾驶员的疲劳状态，并发出提示信息，避免发生交通事故的功能。当DMS系统发现驾驶员处于疲劳驾驶状态时，系统发出报警信息，提醒驾驶员停车休息，避免事故的发生，提高驾驶安全性。驾驶员疲劳监测系统的验证测试通常在仿真模拟器上进行，针对于整车道路测试尚无明确的测试设备和测试方法。使用仿真模拟器开展试验的实施原理如下：

a)测试人员需将驾驶员疲劳监测系统的控制器及摄像头安装到驾驶模拟器并调整位置，保证与实车安装保持一致，同步调整模拟器屏幕位置、座椅位置与实车保持一致；

b)测试人员在模拟器中操控模拟器模拟驾驶，并模拟出疲劳状态并进行相关动作，如闭眼，打哈欠等；

c)观察驾驶员疲劳监测系统的报警情况，如是否准确报警，报警反映是否灵敏等。

使用仿真模拟器进行就驾驶员疲劳监测系统测试存在以下缺点：

a)操作复杂：整个过程操作复杂，需调整驾驶模拟器和疲劳监测系统的硬件设备与真实车辆安装一致，如驾驶员座椅位置、模拟器屏幕位置以及疲劳监测系统摄像头位置等；

b)与真实表现存在较大差异：真实道路中光照变化、道路变化、车身振动、驾驶员视野等驾驶员疲劳状态均有较大影响，模拟器无法真正表达对现实环境带来的诸多变化影响；

c)适用范围窄：同时驾驶模拟器受软件限制，只能进行有限的场景模拟，对于真实道路复杂环境无法进行模拟。

发明内容

本发明提供了一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备及方法，通过高精度摄像头实时识别驾驶员眼部、嘴部、头部及肢体动作以及车辆运动状态，并通过数据实时处理及功能评估，用于驾驶员疲劳监测系统(DMS)的测试与评价，有助于该系统的设计开发和性能优化，有效的解决了此前通过仿真模拟器测试所带来的上述问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

第一方面，本发明提供了一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备，包括：

高速摄像头1，用于对场景的影像进行记录、对车道线进行标定即测距、对驾驶员面部进行检测和对驾驶员动作进行监测；

惯性导航系统2，用于对车辆进行动力学测量；

驾驶员状态监视器3，用于实时显示驾驶员状态信息；

驾驶员状态记录器4，用于记录驾驶员状态信息；

车辆CAN信息采集模块5，用于采集车辆及驾驶员疲劳监测系统的信息；

数据采集、分析及存储模块6，用于将采集的信息进行分析和计算并且输出试验结果；

数据显示模块7，用于显示数据处理结果；

所述高速摄像头1、惯性导航系统2、驾驶员状态监视器3、驾驶员状态记录器4和车辆CAN信息采集模块5均与数据采集、分析及存储模块6连接；所述数据采集、分析及存储模块6与数据显示模块7连接。

进一步的，所述高速摄像头1包括第一高速摄像头11、第二高速摄像头12、第三高速摄像头13、第四高速摄像头14、第五高速摄像头15和第六高速摄像头16；其中，第一高速摄像头11和第二高速摄像头安装在前车左轮轮心的上方和前车右轮轮心的上方；所述第三高速摄像头13安装在前风挡玻璃上；所述第四高速摄像头14安装在车辆仪表的前部；所述第五高速摄像头15和第六高速摄像头16安装在前风挡玻璃的下方；所述第一高速摄像头11和第二高速摄像头12，用于拍摄车轮中心与车道线相对位置、测量车身边线与车道线距离；所述第三高速摄像头13，用于记录前方的道路环境；所述第四高速摄像头14，用于记录驾驶员疲劳监测系统报警图标及提取报警时机；所述第五高速摄像头15，用于记录驾驶员面部动作；所述第六高速摄像头16，用于记录驾驶员头部动作和肢体动作。

第二方面，本发明还提供了一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，通过一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备实现，包括以下步骤：

步骤一、做测试前的准备；

步骤二、进行测试；

步骤三、对数据进行处理并且对测试设备进行评估。

进一步的，所述步骤一的具体方法如下：

11)安装硬件；

12)对高速摄像头进行标定；

13)对惯性导航系统进行标定。

进一步的，所述步骤11)的具体方法如下：

在车身外表面安装第一高速摄像头11、第二高速摄像头12；在前风挡安装第三高速摄像头13；在车辆仪表前部安装第四高速摄像头14；在前风挡下方安装第五高速摄像头15和第六高速摄像头16；在车内安装惯性导航系统2、驾驶员状态监视器3、驾驶员状态记录器4、车辆CAN信息采集模块5、数据显示模块7，并连接到数据采集、分析及存储模块6上。

进一步的，所述步骤12)的具体方法如下：

安装第一高速摄像头11和第二高速摄像头12后，进行测距标定，准确测量出该车辆距离两侧车道线的距离，当车辆压线时，对压线数据进行记录；

安装第三高速摄像头13后，进行测距标定，准确识别前方目标，并且对目标的距离、行驶速度进行记录；

安装第四高速摄像头14后，准确识别仪表中驾驶员疲劳监测系统状态提示，并对驾驶员疲劳监测系统状态进行记录；

安装第五高速摄像头15后，记录驾驶员面部表情信息；

安装第六高速摄像头16，记录驾驶员的动作行为。

进一步的，所述步骤13)的具体方法如下：

惯性导航系统2安装完成后，进行参数标定；标定参数包括测量惯导安装高度、与前轴距离、与后轴距离、与车身左侧面距离、与车身右侧面距离。

进一步的，所述步骤二的具体方法如下：

21)试验开始时，开启设备开始记录；第一高速摄像头1将输出的图像数据以及惯性导航系统2输出的行驶速度信息和车道偏离速度信息实时同步记录并存储在数据采集分析及存储模块6中；

22)驾驶员开始连续长时间驾驶车辆，副驾位置坐有安全员，安全员通过驾驶员状态监视器3观察并使用驾驶员状态记录器4记录驾驶员疲劳状态，并将记录结果实时输出给数据采集、分析及存储模块6。

进一步的，驾驶员疲劳状态分为4个层级，即清醒，轻度疲劳，中度疲劳和重度疲劳。

进一步的，所述步骤三的具体方法如下：

31)对数据进行分析；数据采集、分析及存储模块6内置驾驶员疲劳监测分析模型，将采集到的驾驶员面部信息、行为信息、车辆运动信息进行分析处理，得到驾驶员疲劳状态，将驾驶员疲劳状态与驾驶员状态记录器4输出的驾驶员疲劳状态信息进行对比修正，得到正确的驾驶员疲劳状态结果；

32)对驾驶员疲劳监测系统进行评估；与驾驶员疲劳监测系统输出的状态信息比对，输出驾驶员疲劳监测系统评估结果，包括正确率和误报率。

本发明的有益效果为：

1)本发明结果准确、操作方便：本发明用于真实车辆，贴合产品实际，驾驶员疲劳监测系统随车辆装备，无需额外安装调整，操作简单方便；

2)本发明贴合功能实际表现：本发明为真实道路测试方案，试验环境为真实道路环境，光照变化、车身振动、驾驶员视野等影响驾驶员疲劳状态的均与真实情况无差别；

3)本发明适用范围广：本发明用于真实车辆，不受软件和场景限制，可在在封闭测试场内、公开道路等任意区域均可使用，适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明所述一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备的结构示意图；

图2为高速摄像头的分布示意图；

图3为驾驶员疲劳监测系统数据分析模型示意图。

图中：

1、高速摄像头

11、第一高速摄像头； 12、第二高速摄像头； 13、第三高速摄像头；14、第四高速摄像头； 15、第五高速摄像头； 16、第六高速摄像头；

2、惯性导航系统；

3、驾驶员状态监视器；

4、驾驶员状态记录器；

5、车辆CAN信息采集模块；

6、数据采集、分析及存储模块；

7、数据显示模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

参阅图1和图2，本实施提供了一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备，包括高速摄像头1、惯性导航系统2、驾驶员状态监视器3、驾驶员状态记录器4、车辆CAN信息采集模块5、数据采集、分析及存储模块6和数据显示模块7。

高速摄像头1，用于对场景的影像进行记录、对车道线进行标定即测距、对驾驶员面部进行检测和对驾驶员动作进行监测；

参阅图2，所述高速摄像头1包括第一高速摄像头11、第二高速摄像头12、第三高速摄像头13、第四高速摄像头14、第五高速摄像头15和第六高速摄像头16；

第一高速摄像头11和第二高速摄像头安装在前车左轮轮心的上方和前车右轮轮心的上方；所述第一高速摄像头11和第二高速摄像头12，用于拍摄车轮中心与车道线相对位置、测量车身边线与车道线距离。

所述第三高速摄像头13安装在前风挡玻璃上；所述第三高速摄像头13，用于记录前方的道路环境。

所述第四高速摄像头14安装在车辆仪表的前部；所述第四高速摄像头14，用于记录驾驶员疲劳监测系统报警图标及提取报警时机。

所述第五高速摄像头15和第六高速摄像头16安装在前风挡玻璃的下方；所述第五高速摄像头15，用于记录驾驶员面部动作，如眨眼次数及频率、打哈欠的次数及频率等；所述第六高速摄像头16，用于记录驾驶员头部动作和肢体动作，如向左或向右观察外后视镜，低头观察仪表等行为。

惯性导航系统2，用于对车辆进行动力学测量；

驾驶员状态监视器3，用于实时显示驾驶员状态信息；

驾驶员状态记录器4，用于记录驾驶员状态信息；

车辆CAN信息采集模块5，用于采集车辆及驾驶员疲劳监测系统的信息；

数据采集、分析及存储模块6，用于将采集的信息进行分析和计算并且输出试验结果；

数据显示模块7，用于显示数据处理结果；

所述高速摄像头1、惯性导航系统2、驾驶员状态监视器3、驾驶员状态记录器4和车辆CAN信息采集模块5均与数据采集、分析及存储模块6连接；所述数据采集、分析及存储模块6与数据显示模块7连接。

实施例二

本发明实施例提供了一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，通过实施例一所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备实现，包括以下步骤：

步骤一、做测试前的准备，具体方法如下：

11)安装硬件；

参阅图2，在车身外表面安装第一高速摄像头11、第二高速摄像头12；在前风挡安装第三高速摄像头13；在车辆仪表前部安装第四高速摄像头14；在前风挡下方安装第五高速摄像头15和第六高速摄像头16；在车内安装惯性导航系统2、驾驶员状态监视器3、驾驶员状态记录器4、车辆CAN信息采集模块5、数据显示模块7，并连接到数据采集、分析及存储模块6上。

12)对高速摄像头进行标定；

安装第一高速摄像头11、第二高速摄像头12，并对其进行测距标定，使其能够准确测量出该车距离两侧车道线的距离，当车辆压线时，能够对压线数据进行记录，包括但不限于压线次数，压线频次等；

安装第三高速摄像头13，并对其进行测距标定，使其能够准确识别前方目标，并对目标的距离、行驶速度等参数进行记录；

安装第四高速摄像头14，并使其能够准确识别仪表中驾驶员疲劳监测系统状态提示，并对驾驶员疲劳监测系统状态进行记录，包括驾驶员疲劳监测系统状态、驾驶员疲劳监测系统报警时机等；

安装第五高速摄像头15，使其能够记录驾驶员面部表情视频信息，监测驾驶员眼睛状态，如眨眼次数，眨眼频率等，监测驾驶员嘴部动作，如打哈欠时机，持续时间，打哈欠时张嘴高宽比等信息；

安装第六高速摄像头16，使其能够记录驾驶员的动作行为，如左右转头观察内外后视镜时，头部偏转时长、头部偏转角度等信息。

13)对惯性导航系统进行标定。

惯性导航系统2安装完成后，并对其进行参数标定。标定参数包括测量惯导安装高度、与前轴距离、与后轴距离、与车身左侧面距离、与车身右侧面距离等。为保证惯性导航系统的精度，并将千寻RTK定位系统与惯性导航系统连接，以提升数据测量精度。

步骤二、进行测试，具体方法如下：

21)试验开始时，开启设备开始记录；第一高速摄像头1将输出的图像数据以及惯性导航系统2输出的行驶速度信息和车道偏离速度信息实时同步记录并存储在数据采集分析及存储模块6中；

22)驾驶员开始连续长时间驾驶车辆，副驾位置坐有安全员，该安全员通过驾驶员状态监视器3观察并使用状态记录器4记录驾驶员疲劳状态，驾驶员疲劳状态分为4个层级，即清醒，轻度疲劳，中度疲劳和重度疲劳，见表1,并将记录结果实时输出给数据采集、分析及存储模块6；

表1驾驶员疲劳状态分级

步骤三、对数据进行处理并且对测试设备进行评估，具体方法如下：

31)数据采集分析及存储模块内置驾驶员疲劳监测分析模型，可以将采集到的驾驶员面部信息(驾驶员眨眼频率、驾驶员眨眼时长、驾驶员打哈欠频率、打哈欠时张嘴高宽比等)、行为信息(驾驶员头部左右倾斜角度及时长、驾驶员左右偏转角度及时长、驾驶员喝水频率、驾驶员吸烟频率、驾驶员揉眼频率等)、车辆运动信息(车辆速度、调整转向盘幅度及频率、车辆压线次数及频率、车辆压线时横向速度、驾驶员驾驶时长等)等进行分析处理，得到驾驶员疲劳状态(客观)，将其与驾驶员状态记录器4输出的驾驶员疲劳状态信息进行对比修正，得到正确的驾驶员疲劳状态结果，分析条目见表2；

表2驾驶员疲劳监测分析条目

32)对驾驶员疲劳监测系统评估：与驾驶员疲劳监测系统输出的状态信息比对，输出驾驶员疲劳监测系统评估结果(正确率和误报率等)，分析模型见图3。

综上，本发明，通过高精度摄像头实时识别驾驶员眼部、嘴部、头部及肢体动作以及车辆运动状态，并通过数据实时处理及功能评估，用于驾驶员疲劳监测系统(DMS)的测试与评价，有助于该系统的设计开发和性能优化。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备，其特征在于，包括：

高速摄像头(1)，用于对场景的影像进行记录、对车道线进行标定即测距、对驾驶员面部进行检测和对驾驶员动作进行监测；

惯性导航系统(2)，用于对车辆进行动力学测量；

驾驶员状态监视器(3)，用于实时显示驾驶员状态信息；

驾驶员状态记录器(4)，用于记录驾驶员状态信息；

车辆CAN信息采集模块(5)，用于采集车辆及驾驶员疲劳监测系统的信息；

数据采集、分析及存储模块(6)，用于将采集的信息进行分析和计算并且输出试验结果；

数据显示模块(7)，用于显示数据处理结果；

所述高速摄像头(1)、惯性导航系统(2)、驾驶员状态监视器(3)、驾驶员状态记录器(4)和车辆CAN信息采集模块(5)均与数据采集、分析及存储模块(6)连接；所述数据采集、分析及存储模块(6)与数据显示模块(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备，其特征在于，所述高速摄像头(1)包括第一高速摄像头(11)、第二高速摄像头(12)、第三高速摄像头(13)、第四高速摄像头(14)、第五高速摄像头(15)和第六高速摄像头(16)；其中，第一高速摄像头(11)和第二高速摄像头安装在前车左轮轮心的上方和前车右轮轮心的上方；所述第三高速摄像头(13)安装在前风挡玻璃上；所述第四高速摄像头(14)安装在车辆仪表的前部；所述第五高速摄像头(15)和第六高速摄像头(16)安装在前风挡玻璃的下方；所述第一高速摄像头(11)和第二高速摄像头(12)，用于拍摄车轮中心与车道线相对位置、测量车身边线与车道线距离；所述第三高速摄像头(13)，用于记录前方的道路环境；所述第四高速摄像头(14)，用于记录驾驶员疲劳监测系统报警图标及提取报警时机；所述第五高速摄像头(15)，用于记录驾驶员面部动作；所述第六高速摄像头(16)，用于记录驾驶员头部动作和肢体动作。

3.一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，通过一种用于驾驶员疲劳监测系统测试设备实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、做测试前的准备；

步骤二、进行测试；

步骤三、对数据进行处理并且对测试设备进行评估。

4.根据权利要求3所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：

11)安装硬件；

12)对高速摄像头进行标定；

13)对惯性导航系统进行标定。

5.根据权利要求4所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，其特征在于，所述步骤11)的具体方法如下：

在车身外表面安装第一高速摄像头(11)、第二高速摄像头(12)；在前风挡安装第三高速摄像头(13)；在车辆仪表前部安装第四高速摄像头(14)；在前风挡下方安装第五高速摄像头(15)和第六高速摄像头(16)；在车内安装惯性导航系统(2)、驾驶员状态监视器(3)、驾驶员状态记录器(4)、车辆CAN信息采集模块(5)、数据显示模块(7)，并连接到数据采集、分析及存储模块(6)上。

6.根据权利要求4所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，其特征在于，所述步骤12)的具体方法如下：

安装第一高速摄像头(11)和第二高速摄像头(12)后，进行测距标定，准确测量出该车辆距离两侧车道线的距离，当车辆压线时，对压线数据进行记录；

安装第三高速摄像头(13)后，进行测距标定，准确识别前方目标，并且对目标的距离、行驶速度进行记录；

安装第四高速摄像头(14)后，准确识别仪表中驾驶员疲劳监测系统状态提示，并对驾驶员疲劳监测系统状态进行记录；

安装第五高速摄像头(15)后，记录驾驶员面部表情信息；

安装第六高速摄像头(16)，记录驾驶员的动作行为。

7.根据权利要求4所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，其特征在于，所述步骤13)的具体方法如下：

惯性导航系统(2)安装完成后，进行参数标定；标定参数包括测量惯导安装高度、与前轴距离、与后轴距离、与车身左侧面距离、与车身右侧面距离。

8.根据权利要求3所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：

21)试验开始时，开启设备开始记录；第一高速摄像头(1)将输出的图像数据以及惯性导航系统(2)输出的行驶速度信息和车道偏离速度信息实时同步记录并存储在数据采集分析及存储模块(6)中；

22)驾驶员开始连续长时间驾驶车辆，副驾位置坐有安全员，安全员通过驾驶员状态监视器(3)观察并使用驾驶员状态记录器(4)记录驾驶员疲劳状态，并将记录结果实时输出给数据采集、分析及存储模块(6)。

9.根据权利要求8所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，其特征在于，驾驶员疲劳状态分为4个层级，即清醒，轻度疲劳，中度疲劳和重度疲劳。

10.根据权利要求3所述的一种用于驾驶员疲劳监测系统测试方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：

31)对数据进行分析；数据采集、分析及存储模块(6)内置驾驶员疲劳监测分析模型，将采集到的驾驶员面部信息、行为信息、车辆运动信息进行分析处理，得到驾驶员疲劳状态，将驾驶员疲劳状态与驾驶员状态记录器(4)输出的驾驶员疲劳状态信息进行对比修正，得到正确的驾驶员疲劳状态结果；

32)对驾驶员疲劳监测系统进行评估；与驾驶员疲劳监测系统输出的状态信息比对，输出驾驶员疲劳监测系统评估结果，包括正确率和误报率。