CN212569985U - 一种疲劳驾驶预警系统 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种疲劳驾驶预警系统，包括：车载电脑、摄像头、若干个压力传感器、转角传感器、轮速传感器、脉搏传感器、警报器；摄像头安装在驾驶员前方，用于实时采集驾驶员面部信息；若干个压力传感器设置在方向盘手柄上，用于实时采集驾驶员手握方向盘时的压力数据；转角传感器固定安装在方向盘主轴位置，用于采集方向盘的转动信息；脉搏传感器嵌入方向盘两侧，用于实时感知驾驶员的脉搏信息；轮速传感器安装在汽车轮毂上；摄像头、若干个压力传感器、转角传感器、脉搏传感器、轮速传感器和警报器分别与车载电脑电性连接。本实用新型能够及时地监测到驾驶员处于疲劳驾驶的状态，从而对其进行安全预警，保证行车安全。

Description

一种疲劳驾驶预警系统

技术领域

本申请涉及辅助驾驶技术领域，尤其涉及一种疲劳驾驶预警系统。

背景技术

疲劳驾驶是指驾驶员连续长时间驾驶车辆的行为，驾驶员在疲劳驾驶时会产生生理机能和心理机能上的失调，以至不能及时根据路面情况采取准确的驾驶操控动作。疲劳驾驶是引发交通事故的一个重要因素，我国每年因道路交通事故而伤亡的人数居世界首位，疲劳驾驶已经成为交通事故的重要因素，严重威胁着人们的生命和财产安全，同时在我国经济高速增长的背景下，机动车保有量呈指数式增长，公路通车里程数逐年增加，在相关统计中，如果能够检测出驾驶员的疲劳状态并在驾驶员疲劳驾驶时能够及时对其进行提醒，使其反应时间能够提高0.5秒，则交通事故发生的可能性会降低60％，因此，如果能够快速、及时地检测驾驶员的疲劳驾驶状态并向驾驶员及时发出预警信号，则能够有效地减小交通事故发生的概率。

实用新型内容

本说明书实施例提供一种疲劳驾驶预警系统，以便当驾驶员疲劳时及时对其进行预警，从而保障驾驶员安全驾驶。

为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：

本说明书提供一种疲劳驾驶预警系统，包括：车载电脑、摄像头、若干个压力传感器、转角传感器、轮速传感器、脉搏传感器、警报器；

所述摄像头安装在驾驶员前方，用于实时采集驾驶员面部信息；

所述若干个压力传感器设置在方向盘手柄上，用于实时采集驾驶员手握方向盘时的压力数据；

所述转角传感器固定安装在方向盘主轴位置，用于采集方向盘的转动信息；所述脉搏传感器嵌入方向盘两侧，用于实时感知驾驶员的脉搏信息；所述轮速传感器安装在汽车轮毂上；

所述摄像头、所述若干个压力传感器、所述转角传感器、所述脉搏传感器、所述轮速传感器和所述警报器分别与所述车载电脑电性连接。

可选的，所述警报器包括三个发光二极管和蜂鸣器。

可选的，所述摄像头为广角摄像头，所述广角摄像头固定在车内后视镜上或者通过支架固定在汽车前车窗上方，并且所述广角摄像头朝向驾驶员脸部位置。

可选的，所述转角传感器选择KMT32B角位移传感器。

可选的，还包括与所述车载电脑连接的车窗开关，所述车窗开关被触发闭合后控制驾驶员所在位置的车窗打开。

可选的，还包括震动设备，所述震动设备安装在汽车驾驶座椅内，并于所述车载电脑连接，所述震动设备被触发运行后产生震动。

可选的，还包括转矩传感器，所述转矩传感器安装在汽车方向盘下边的方向杆上，并且所述转矩传感器与所述车载电脑电性连接。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本实用新型提供了一种疲劳驾驶预警系统，包括车载电脑、摄像头、压力传感器、转角传感器、轮速传感器、脉搏传感器、警报器，能够及时准确全方位地采集与驾驶员开车时的状态相关的参数，进而通过车载电脑对这些数据进行分析，判断驾驶员是否疲劳驾驶，进而对其进行安全预警，保证行车安全。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例所涉及的疲劳驾驶预警系统中部件位置示意图；

图2为本说明书实施例所提供的疲劳驾驶预警系统中各部件电性连接示意图；

图3为本说明书实施例所提供的疲劳驾驶预警系统中压力传感器和脉搏传感器的固定位置示意图；

图4为本说明书实施例所提供的疲劳驾驶预警系统中摄像头的一种可选固定位置示意图。

其中，1表示车载电脑，2表示方向盘，3表示摄像头，4表示震动设备，5表示压力传感器，6表示脉搏传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1-3所示，本实用新型提供一种疲劳驾驶预警系统，包括车载电脑1、摄像头3、震动设备4、设置在方向盘2上的压力传感器5和脉搏传感器6、转速传感器和转角传感器。如图3所示，压力传感器5设置在方向盘手柄两侧，本实施例中，在方向盘左右两侧分别设置了3个压力传感器5，用于采集驾驶员手握方向盘时对方向盘的压力，在具体应用时，本领域技术人员可以根据需要灵活设置压力传感器的数量和安装位置，但应保证能够采集到驾驶员驾驶汽车过程中手握方向盘时对方向盘的压力数据。同理，本实施例中，在方向盘两侧各设置了2个脉搏传感器6，用于采集驾驶员手握方向盘时的脉搏信息，同压力传感器5的安装要求一样，脉搏传感器6的安装数量和位置应能保证采集到驾驶员驾车手握方向盘时的脉搏数据。压力传感器5和脉搏传感器6都通过无线通信的方式与车载电脑1进行通信连接，从而分别向车载电脑1回传驾驶员手握方向盘的压力数据和手握方向盘时的脉搏数据。转速传感器和转角传感器的安装位置未在图中进行示意，转速传感器安装在车辆轮毂上，用于实时采集车辆的转速信息，转角传感器安装在方向盘主轴位置，用于采集方向盘的转动信息，转角传感器优先选用KMT32B型号的角位移传感器，转速传感器和转角传感器都通过数据线同车载电脑1连接。

摄像头3设置在驾驶员前方位置，采用USB摄像头，如图1所示，摄像头3可以通过支架设置在驾驶员前方挡风玻璃上部，摄像头3方向正对驾驶员面部并且通过USB数据线与车载电脑1连接。如图4所示，摄像头3也可以固定安装在车内后视镜位置，并且摄像头3的朝向应指向驾驶员面部方向。

在提供了疲劳驾驶预警系统的基础上，本实用新型还提供与此系统对应的疲劳驾驶预警方法，以便于对疲劳驾驶预警系统采集的数据进行全方面综合分析，从而及时准确监测到驾驶员疲劳驾驶的情况，进而对其及时进行预警，保证驾车安全，具体内容如下：

摄像头3实时采集驾驶员面部信息，车载电脑1内安装有图像处理程序以对这些视频信息经过图像处理分析：

采用Adaboost方法提取视频图像中的人脸图像，Adaboost是一种迭代算法，针对同一个训练集训练不同的弱分类器，然后将这些弱分类器集合起来，构建一个强分类器，从而能够快速准确地将驾驶员视频图像中的脸部图像分割出来。然后对分割出来的脸部图像进行滤波处理，从而滤除视频图像采集过程中产生的噪声。本实施例优先采用高斯滤波方法，高斯滤波是采用一个模板扫描图像中的每一个像素，然后用模板确定的邻域内像素的加权平均值去替代模板中心像素点的值，从而能够滤除摄像头采集过程中产生的噪声干扰。对采集的视频图像进行滤波处理后，再对图像进行差分处理，得到能够凸显人眼瞳孔的差分图像，然后对得到的差分图像进行图像增强操作，进一步突出所述差分图像中人眼的瞳孔部分。

然后，采用改进的大津法对图像增强处理后的人脸图像进行自适应阈值处理，从而将人脸图像进行二值化处理。其中，传统的大津法是由日本学者大津于1979年提出的一种自适应的阈值确定方法，该方法首先将三通道彩色图像分离成3个单通道图像，其次，对3个单通道图像分别进行分割并获取分割阈值t，该算法假设图像像素能够根据阈值t，被分成背景和目标两部分，然后采用下述公式(1)计算最佳阈值来区分这两类像素，使得两类像素的区分度最大。

S＝ω₀*(u-u₀)²+ω₁*(u-u₁)² (1)

其中，当图像分割的阈值为t时，ω₀为背景像素点占整幅图像的比例，u₀为背景像素点的平均灰度，ω₁为前景像素点占整幅图像的平均灰度，u₁为前景像素点的平均灰度，u为整幅图像的平均灰度，S为整幅图像的方差，当S最大时，其所对应的t值即为所求的阈值。然而，对于一些对细节要求较高且三通道分量占比不均匀的图像，采用常规的灰度化处理会影响图像细节，从而影响图像分割的准确性，另外，对于光照不是特别均匀、有些模糊的图像，灰度化后采用传统的大津法分割图像也会丢失图像细节，从而影响后学图像识别结果的准确性。本实用新型中，需要将通过摄像头采集的人脸图像中的眼镜瞳孔部分准确无误地分割出来，而且实际场景中，驾驶员一般是晚上容易出现疲劳驾驶的现象，此时驾驶室内光线不好且驾驶室内各处亮度不一样，通过摄像头采集的图像不会特别清晰，且图像各处亮度不一致。如果仍采用传统的大津法对图像增强处理后的人脸图像进行自适应阈值处理，则会丢失图像细节，造成后续图像识别结果的准确度大大降低，不能准确地判断驾驶员瞳孔是闭合还是开启，从而判断驾驶员是否疲劳驾驶。针对此具体应用场景，本实用新型对传统大津法进行了改进，以更好地保留图像细节，提高图像识别的准确度，具体公式如下式(2)：

S＝ω₀*(u-u₀)²+ω₁*u²+α(u-u₁) (2)

其中，参数S、ω₁、u、ω₀、u₀和u₁的含义与公式(1)中相应参数的含义一致，相对于公式(1)，公式(2)中将第二项ω₁*(u-u₁)²替换为ω₁*u²，不再求整幅图像的平均灰度u值相对于前景像素点的平均灰度值u₁的距离的值的平方值，从而更适用于光线差的应用场景，并且额外添加了修正项α(u-u₁)，α为数值在0.1-0.15之间的修正系数，但此项中(u-u₁)的幂次为1，从而针对驾驶室内的具体场景，数值(u-u₁)可正可负，保留了摄像头采集的图像的细节信息，使最终的图像识别精度更高，能够更加准确地判别驾驶员瞳孔是闭合还是开启。

最后，建立卷积神经网络模型CNN，通过卷积层提取出人眼特征，进行驾驶员是否闭眼的分类，求出预定时间内驾驶员眼睛闭合时长相对所述预设时间所占的百分比，如果此百分比超过预定阈值，则判定驾驶员为疲劳驾驶，车载电脑发出控制指令，命令警报器报警、震动设备震动，从而提醒驾驶员安全驾驶，同时车载电脑发出控制指令，命令车窗开关闭合，此时车窗落下，有利于驾驶员清醒，从而保证其安全驾驶。

本实用新型中，车载电脑除了采集驾驶员的脸部图像并进行分析之外以判断其是否疲劳驾驶之外，还通过设置在车辆转向盘上的压力传感器、脉搏传感器、设置在汽车轮毂上的转速传感器，以及固定安装在方向盘主轴位置的转角传感器，来采集驾驶员开车时的相应数据。在一个预定时间周期内，如果转角传感器监测到汽车方向盘的转动角度存在数次大幅度突然变大的现象，而不是数值逐渐缓慢增大，则说明此时驾驶员可能处于疲劳驾驶状态，发现紧急情况而大幅度转动方向盘，此时，车载电脑也应发出控制命，从而对驾驶员进行安全提醒。对于压力传感器，首先预设压力阈值，当驾驶员处于正常的驾驶状态时，压力传感器检测驾驶员在车辆的方向盘上施加的压力大于此压力阈值，而当驾驶员处于疲劳驾驶状态时，压力传感器检测到驾驶员在车辆的方向盘上施加的压力小于此压力阈值，车载电脑对压力传感器采集的压力数据进行分析，监测到这一情况，分析出驾驶员可能处于疲劳驾驶状态，从而发出控制命令，命令警报器和车窗开关工作，此处不再一一赘述。对于脉搏传感器，驾驶员在刚开始开车的一段时间是比较清醒的，在这段时间车载电脑通过脉搏传感器记录驾驶员每分钟的脉搏数据并存储，把这个数据作为驾驶员正常的心率周期值，过了一段时间以后，当驾驶员出现疲劳不清醒时，其心率周期值会降低，在此时间段内如果通过脉搏传感器感应并通过车载电脑监测到驾驶员的心率周期值较正常的心率周期值下降了10％左右，则可在一定置信度范围内判定驾驶员处于轻度疲劳驾驶装填，如果下降幅度超过15％，则可判定在更大置信度范围内判定驾驶员处于程度更深的疲劳驾驶状态，无论是通过脉搏传感器采集数据判定驾驶员处于轻度疲劳状态还是程度更深的疲劳驾驶状态，车载电脑均应发出控制指令，命令警报器和车窗开关工作，此处也不再一一赘述。对于安装在汽车轮毂上的轮速传感器，如果车载电脑连续采集到轮胎转动信息的持续时间超过4小时，则直接判定驾驶员为疲劳驾驶，进而车载电脑发出控制指令，命令声光报警装置启动工作，对驾驶员进行安全提醒。

上述对本说明书特定实施例进行了描述，其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，附图中描绘的过程不一定必须按照示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种疲劳驾驶预警系统，其特征在于，包括：车载电脑、摄像头、若干个压力传感器、转角传感器、轮速传感器、脉搏传感器、警报器；

所述摄像头安装在驾驶员前方，用于实时采集驾驶员面部信息；

所述若干个压力传感器设置在方向盘手柄上，用于实时采集驾驶员手握方向盘时的压力数据；

所述转角传感器固定安装在方向盘主轴位置，用于采集方向盘的转动信息；所述脉搏传感器嵌入方向盘两侧，用于实时感知驾驶员的脉搏信息；所述轮速传感器安装在汽车轮毂上；

所述摄像头、所述若干个压力传感器、所述转角传感器、所述脉搏传感器、所述轮速传感器和所述警报器分别与所述车载电脑电性连接。

2.根据权利要求1所述的疲劳驾驶预警系统，其特征在于，所述警报器包括三个发光二极管和蜂鸣器。

3.根据权利要求1所述的疲劳驾驶预警系统，其特征在于，所述摄像头为广角摄像头，所述广角摄像头固定在车内后视镜上或者通过支架固定在汽车前车窗上方，并且所述广角摄像头朝向驾驶员脸部位置。

4.根据权利要求1所述的疲劳驾驶预警系统，其特征在于，所述转角传感器选择KMT32B角位移传感器。

5.根据权利要求1所述的疲劳驾驶预警系统，其特征在于，还包括与所述车载电脑连接的车窗开关，所述车窗开关被触发闭合后控制驾驶员所在位置的车窗打开。

6.根据权利要求1所述的疲劳驾驶预警系统，其特征在于，还包括震动设备，所述震动设备安装在汽车驾驶座椅内，并于所述车载电脑连接，所述震动设备被触发运行后产生震动。

7.根据权利要求1所述的疲劳驾驶预警系统，其特征在于，还包括转矩传感器，所述转矩传感器安装在汽车方向盘下边的方向杆上，并且所述转矩传感器与所述车载电脑电性连接。

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