CN202046206U - 一种基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，包括主控模块、图像处理模块、分布式酒精检测模块、手持式酒精检测模块、压力检测模块、发动点火装置和摄像头，所述的摄像头与所述的图像处理模块相连；所述的主控模块分别与所述的图像处理模块、分布式酒精检测模块、手持式酒精检测模块、压力检测模块、发动点火装置相连；所述的压力检测模块和主控模块放置在驾驶座下；所述的分布式酒精检测模块放置在方向盘上；所述的手持式酒精检测模块固定在方向盘和驾驶室车门之间；所述的摄像头安装在车顶内侧正对驾驶座的位置。本实用新型可有效防止醉酒的司机启动汽车。

Description

一种基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置

技术领域

本实用新型涉及用于车载系统的机器视觉和传感器技术领域，特别是涉及一种基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置。

背景技术

交通部的统计数据表明，近年来我国因驾驶员酒后驾车所导致的交通事故平均每年有25万起，造成每月5万人死亡，直接经济损失近13亿元。鉴于传统的罚款、暂扣和吊销驾驶执照的方式对管理酒后驾车效果不佳，在不少国家，政府正在推行酒精锁来防止醉酒司机上路。在防止酒后驾车方面，目前已经研制出来的产品包括：驾驶室酒精检测仪、一体化汽车酒精锁与人脸识别加图像存储测试仪、皮肤血管酒精检测仪和激光酒精检测仪。(参见：阿碧.《检察风云》.2009年第十期.)。

酒精锁正式名称为“酒精气敏点火自锁装置”，包括一个手持的无线手持酒精采样器。人体呼出气体中酒精的浓度与人体血液中的酒精浓度成正比例关系，其关系如下：

Cp＝5×104×Cn.

其中，Cp为血液中酒精的浓度，Cn为呼出气体的酒精浓度。

因此，只要测量出人体呼出气体中酒精的浓度就可以计算出血液中的酒精浓度，从而达到检测人体酒精浓度的目的。

酒精锁需要驾车者在汽车点火前对着酒精采样器先进行吹气测试，如果测试结果超过安全水平，则表明司机血液中酒精浓度超过80mg/100mL，汽车联锁装置将会被激活，司机无法启动汽车。经仪器测试认定司机没有饮酒后，酒精锁才会开启，司机可以安全上路。

驾驶室酒精检测仪包括3个环绕在司机周围的小型探头，主要检测司机呼出的气体，当气体中酒精浓度超标时，探测仪会通过车载电脑发出指令迫使汽车无法启动，或是让行驶中的汽车不断减速，直至停止行驶。

一体化汽车酒精锁与人脸识别加图像存储测试仪包括车状态检测模块、点火启动模块、酒精测试模块和GPRS模块。该测试仪将人脸识别加图像存储功能与酒精测试模块集成一体化，不仅可以防止驾驶都呼气作憋，同时还会对呼气过程进行监测，监测过程中会拍照，照片上留有水印日期，再通过控制盒GPRS上传照片到后台。

这些系统都有漏洞，或是成本过高。其具体表现在：

(1)酒精锁的缺陷是司机可以作弊，司机可以让其他未饮酒的人来帮助他开锁。

(2)驾驶室酒精检测仪在实时监控司机周围空气中的酒精浓度时，无法排除外界的干扰。若在封闭的车厢内有其他乘客饮酒，车内的酒精浓度也有可能超标，这时系统会误判为司机醉酒驾车，并发出指令让汽车停止行驶。

(3)皮肤血管酒精检测仪和激光酒精检测仪由于体积过大且成本过高，不适合普及推广。

(4)一体化汽车酒精锁与人脸识别加图像存储测试仪的缺陷在于人脸识别的技术还不够成熟，周围光线的变化、人面部的头发和饰物遮挡均影响识别的准确性。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，防止醉酒的司机启动汽车。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，包括主控模块、图像处理模块、分布式酒精检测模块、手持式酒精检测模块、压力检测模块、发动点火装置和摄像头，所述的摄像头与所述的图像处理模块相连；所述的主控模块分别与所述的图像处理模块、分布式酒精检测模块、手持式酒精检测模块、压力检测模块、发动点火装置相连；所述的压力检测模块和主控模块放置在驾驶座下；所述的分布式酒精检测模块放置在方向盘上；所述的手持式酒精检测模块固定在方向盘和驾驶室车门之间；所述的摄像头安装在车顶内侧正对驾驶座的位置。

所述的分布式酒精检测模块为燃料电池型酒精传感器、半导体型酒精传感器、红外线型酒精传感器、气体色谱分析型酒精传感器、比色型酒精传感器中的一种。

所述的压力检测模块为电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、电容式加速度传感器中的一种。

所述的手持式酒精检测模块采用MAX4466芯片作为音频采样电路。

所述的主控模块采用MC9S12DG128芯片实现功能。

所述的图像处理模块为OpenCV图像处理模块。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(a)本实用新型采用图像差异检测技术，对比驾驶员就坐前后的背景图片，分别计算并记录背景图片驾驶座两侧区域的变化值是否达到阈值来判定是否有物体进入驾驶座区域，从而判断吹气测试中是否存在作弊行为；除此以外本实用新型还采用实时照相对比的方法，可以有效的避免环境光线对图像差异识别检测的干扰。

(b)本实用新型可以有效的排除外界的干扰，即若在封闭的车厢内有其他乘客饮酒，车内的酒精浓度也有可能超标，这时系统不会立即判定为驾驶员醉酒驾车，而是会再让司机单独进行酒精检测，若酒精浓度未超标，则汽车发动机依然可以点火启动。

(c)本实用新型的体积小，成本低，应用方便，与现有产品或专利所使用的皮肤血管酒精检测仪、激光酒精检测仪及软硬件结构复杂的汽车酒精锁相比，有着很大的优势。

(d)本实用新型采用现场总线接口可与汽车的车载电子系统进行无缝连接，从而进一步提升系统的稳定性和控制能力。

附图说明

图1是本实用新型的结构方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实用新型的实施方式涉及一种基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，如图1所示，包括主控模块、图像处理模块、分布式酒精检测模块、手持式酒精检测模块、压力检测模块、发动点火装置和摄像头，所述的摄像头与所述的图像处理模块相连；所述的主控模块分别与所述的图像处理模块、分布式酒精检测模块、手持式酒精检测模块、压力检测模块、发动点火装置相连；所述的压力检测模块和主控模块放置在驾驶座下；所述的分布式酒精检测模块放置在方向盘上；所述的手持式酒精检测模块固定在方向盘和驾驶室车门之间；所述的摄像头安装在车顶内侧正对驾驶座的位置。图像处理模块与下位机采用RS232进行串口通信。主控模块收到红外遥控器发送的开门信号后，会发送拍照指令给图像处理模块，使摄像头开始对汽车背景进行拍照。当驾驶员就坐后主控模块将收到压力检测模块传来的信号，并开始检测车内酒精浓度。此时，分布式酒精检测模块开始工作，将车内酒精浓度信号发送给主控模块，若超过正常浓度指标，驾驶员需使用手持酒精检测模块进行检测，同时，主控模块将发送指令给图像处理模块，使其基于图像差异防作弊技术对司机体内酒精浓度进行检测。

分布式酒精检测模块可以采用燃料电池型酒精传感器、半导体型酒精传感器、红外线型酒精传感器、气体色谱分析型酒精传感器、比色型酒精传感器中的任意一种。但是由于价格和使用是否方便等因素所决定，目前普遍使用的只有燃料电池型酒精传感器和半导体型酒精传感器两种。

半导体型酒精传感器采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低。这种半导体在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的敏感度。

本实用新型可采用TGS2620酒精传感器，该酒精传感器属于半导体型酒精传感器，对气体中酒精的浓度灵敏度极高，最低可探测出50ppm的乙醇气体，敏感素子较小，工作电流低、功耗小，并且该传感器受环境温度、湿度的影响较小，可以工作在-20℃至50℃的温度条件下。本实用新型在实际应用中，根据对检测范围和距离的衰减值的估算，TGS2620酒精传感器的测量误差约为5％左右，当检测到血液中酒精浓度小于18mg/100mL时，汽车可以正常启动；当检测到血液中酒精浓度大于20mg/100mL时，汽车点火装置锁定，汽车无法启动。

压力检测模块可以选用电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、电容式加速度传感器中的任意一种。其中应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。压阻式压力传感器包含电阻应变片。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。

由于本实用新型不要求对重力测量的精度，只是需要检测是否有人坐在驾驶座上，因此选择最具性价比的压阻式应变传感器，采用的50KG量程的半桥式称重压力传感器，价格低廉。

手持式酒精检测模块采用MAX4466芯片作为音频采样电路。Max4466是麦克风专用小信号放大电路集成芯片，它可输出理想带宽和增益的信号并且它的供电电压很低，封装是超小型的。它的带宽为600KHZ，供电电压为5V，并且它还具有非常高的共模抑制比，可以很好的防止共模干扰。利用微型驻极体麦克风加MAX4466可组成专用音频采样电路，并且其交流信号仅仅在吹气时才有较大的幅值，普通人声等音频信号的交流信号幅值很低，因此可以由此判断是否有人吹气。

图像处理模块为OpenCV图像处理模块。本实用新型采用ARM9的最小系统Micto2440核心板作为图像处理算法的运算单元并显示用户界面。基于ARM9的嵌入式Linux操作系统可以为OpenCV计算机视觉函数库提供运行的平台。计算机视觉(computer vision)是在数字图像处理的基础上发展起来的新兴学科，它从信息处理的层次研究视觉信息的认知过程，研究视觉信息处理的计算理论和表达与计算方法，包括图像特征提取，摄像机定标，立体视觉，运动视觉(或称序列图像分析)，由图像灰度恢复三维物体形状的方法，物体建模与识别方法以及距离图像分析方法等方面。OpenCV的全称是：Open Source ComputerVision Library.作为一个基本的计算机视觉、图像处理和模式识别的开源项目，OpenCV可以直接应用于很多领域，作为二次开发的理想工具。

本系统OpenCV图像处理模块基于图像差异检测对驾驶员酒精检测进行监控，主要方法为：使用cvCreateCameraCapture()从摄像头捕获图片并建立相应的视频数据结构，使用cvQueryFrame()可捕获连续的视频帧信号，接着用cvShowImage()可以对图片或视频信号进行显示。经过算法cvAbsDiff()的处理获得感兴趣区域的背景图像差异，再经cvThreshold()函数将差异值二值化为黑白像素，再使用形态学算法腐蚀和膨胀cvErode()、cvDilate()来排除一部分干扰，获得得较高的信噪比，再使用cvCountNonZero()来统计出背景差异的程度来判断驾驶员吹气是否收到干扰，采用cvRectangle()函数再OpenCV图像处理模块上画出感兴趣区域并可对其进行调整。

主控模块采用MC9S12DG128芯片实现功能，该芯片为汽车电子中常用的低功耗、电磁兼容性优异的汽车控制器，充分利用MCU的现场总线接口可以与汽车电子系统无缝连接，利用片内AD可以实时获得车内的酒精气体浓度信息，并通过UART接口与ARM9处理器通信实现视频监控防作弊功能。

本实用新型可以督促司机，在非作弊的情况下进行手持酒精采样器的吹气测试。这样可以代替交通执法人员的工作，提高酒精锁的可靠性。具体运作流程为：

(1)打开车门时，车内驾驶座上方的摄像头开始工作，对驾驶座进行拍照。

(2)压力传感器启动，检测驾驶员是否就坐。若驾驶员就坐，则主酒精传感器启动，开始检测车内酒精浓度是否超标。

(3)若车内酒精浓度正常，则汽车可以正常启动。若车内酒精浓度超标，则启动驾驶员酒精检测系统。

(4)系统通过显示屏幕提示驾驶员拿起手持酒精采样器进行吹气测试，并启动摄像头。摄像头将监控驾驶座两侧的区域。吹气测试期间如果有物体进入驾驶座两侧的区域，就会被摄像头捕捉到，并被系统判定为作弊行为。如果有作弊行为，系统将通过屏幕提示司机重新进行吹气测试。在无作弊的情况下，若驾驶员呼出气体酒精浓度符合标准，则汽车可以正常启动。若驾驶员呼出气体酒精浓度超标，则汽车发动机点火控制装置启动，汽车点火装置锁定，汽车无法启动，同时发出声光报警信号。

如果司机没饮酒，而乘客饮酒，分布式酒精检测模块将检测到酒精浓度超标，系统将通过屏幕提示司机进行吹气测试。若司机在不作弊的情况下通过吹气测试，即可启动汽车。如果司机饮酒，而副驾驶座上的乘客没饮酒，分布式酒精检测模块将检测到酒精浓度超标，系统将通过屏幕提示司机进行吹气测试。手持式酒精采样器固定在方向盘和左边车门之间。若司机企图作弊，让副驾驶座上的乘客代替他进行吹气测试，乘客在探过身子帮助司机进行吹气测试时，会被摄像头拍到。系统将通过屏幕提示司机作弊，并要求司机再次进行吹气测试，并一直锁死点火系统，直到司机通过吹气测试。若在驾驶员进行二次酒精浓度检测期间，驾驶员离开驾驶座(压力传感器读数降到设定值以下)，则系统重启，全部检测重新开始。

Claims (6)

1.一种基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，包括主控模块、图像处理模块、分布式酒精检测模块、手持式酒精检测模块、压力检测模块、发动点火装置和摄像头，其特征在于，所述的摄像头与所述的图像处理模块相连；所述的主控模块分别与所述的图像处理模块、分布式酒精检测模块、手持式酒精检测模块、压力检测模块、发动点火装置相连；所述的压力检测模块和主控模块放置在驾驶座下；所述的分布式酒精检测模块放置在方向盘上；所述的手持式酒精检测模块固定在方向盘和驾驶室车门之间；所述的摄像头安装在车顶内侧正对驾驶座的位置。

2.根据权利要求1所述的基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，其特征在于，所述的分布式酒精检测模块为燃料电池型酒精传感器、半导体型酒精传感器、红外线型酒精传感器、气体色谱分析型酒精传感器、比色型酒精传感器中的一种。

3.根据权利要求1所述的基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，其特征在于，所述的压力检测模块为电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、电容式加速度传感器中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，其特征在于，所述的手持式酒精检测模块采用MAX4466芯片作为音频采样电路。

5.根据权利要求1所述的基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，其特征在于，所述的主控模块采用MC9S12DG128芯片实现功能。

6.根据权利要求1所述的基于图像差异识别的汽车酒精气敏点火自锁装置，其特征在于，所述的图像处理模块为OpenCV图像处理模块。