基于圖像處理的防疲勞駕駛測(cè)試

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1、基于圖像處理的防疲勞駕駛測(cè)試32摘要隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展,利用圖像處理技術(shù)來(lái)監(jiān)控駕駛員的行為已經(jīng)成為可能。利用攝像頭持續(xù)不斷地檢測(cè)駕駛員的眼睛,提取其特征信息，可以較為有效地分析出駕駛員的精神狀況。本設(shè)計(jì)是通過(guò)在視頻中對(duì)人臉進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，找出眼部圖像，然后進(jìn)行一系列圖像處理，最后得到眼睛的二值化圖像，從而判斷出眼睛開合狀態(tài)。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)判斷出駕駛員是否出現(xiàn)疲倦，并在出現(xiàn)疲倦特征的時(shí)候做出警告。在多次警告后駕駛員的精神狀態(tài)依然沒(méi)有改善的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低車速，以保證行車安全。關(guān)鍵詞：人臉檢測(cè)，Haar分類器，同態(tài)濾波，區(qū)域生長(zhǎng)，疲勞度檢測(cè)321前言隨著社會(huì)經(jīng)

2、濟(jì)的發(fā)展,機(jī)動(dòng)車輛與日俱增,隨之而來(lái)的行車安全問(wèn)題越來(lái)越受到人們關(guān)注。根據(jù)英國(guó)汽車協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，英國(guó)車禍的死亡事故中，有10%是因司機(jī)疲勞駕駛引起的。同時(shí)有資料表明，高速公路發(fā)生的交通事故中，有50%以上是由于長(zhǎng)時(shí)間疲勞駕駛或所見目標(biāo)單調(diào)使司機(jī)注意力不集中、甚至打瞌睡等原因造成的。疲勞駕駛可能影響駕駛員的警覺(jué)和安全駕駛能力，從而讓交通安全事故發(fā)生的機(jī)會(huì)大大增加【1】。要降低交通意外的發(fā)生，最重要的一個(gè)途徑就是防止駕駛員疲勞駕駛。而要防止疲勞駕駛，最重要的一點(diǎn)是要時(shí)刻監(jiān)測(cè)著駕駛員的精神狀況。從人體疲勞特征的研究結(jié)果看，疲勞駕駛的典型反應(yīng)包括：眼簾的頻繁眨動(dòng)；瞳孔逐漸變小，甚至

3、閉合；哈欠增多；頭部前傾或后仰；方向盤微調(diào)，駕車左右搖擺；反應(yīng)能力下降等。目前,已有一些簡(jiǎn)單實(shí)用的疲勞測(cè)評(píng)方法，如腦電圖EEG、肌電圖EMG、眼動(dòng)圖EOG、瞳孔測(cè)量計(jì)等，但這些方法都是接觸式的疲勞檢測(cè)方法，勢(shì)必會(huì)給駕駛員造成一定的影響。為了盡量減少對(duì)駕駛員的影響，采取的疲勞檢測(cè)方法最好是非接觸式的。通過(guò)攝像頭捕捉駕駛員的動(dòng)作特征來(lái)檢測(cè)駕駛員的精神狀況，則是最好的非接觸式檢測(cè)方法，因?yàn)樵谲噹麅?nèi)安裝監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)駕駛員機(jī)會(huì)是沒(méi)有影響的。從剛才提到的各種疲勞駕駛典型反應(yīng)來(lái)看，監(jiān)測(cè)瞳孔變化的難度很大，監(jiān)測(cè)頭發(fā)運(yùn)動(dòng)狀況，方向盤微調(diào)等又很難用一個(gè)量化的標(biāo)準(zhǔn)去衡量。而監(jiān)測(cè)眼睛眨動(dòng)狀態(tài)比

4、較容易跟蹤，眨眼次數(shù)和眼睛閉合情況也可以很清晰地監(jiān)測(cè)出來(lái)。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)眼睛狀態(tài)來(lái)判斷駕駛員是否處于疲勞狀態(tài)這種方法，相對(duì)來(lái)說(shuō)是最有效最直觀的。本文所討論的基于圖像處理的防疲勞監(jiān)測(cè)也是通過(guò)這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1.1功能與指標(biāo)1.1.1功能介紹本文所介紹的防止疲勞駕駛測(cè)試系統(tǒng)是以車速作為觸發(fā)的。當(dāng)車速低于50km/h32時(shí)，系統(tǒng)處于休眠模式，不會(huì)對(duì)人眼進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)車速超過(guò)這個(gè)閥值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入檢測(cè)模式，開始對(duì)駕駛員的精神狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)發(fā)現(xiàn)駕駛員眼睛出現(xiàn)疲勞狀況時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警告聲，提醒司機(jī)注意駕駛時(shí)候的安全。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出了多次警告后，駕駛員的精神狀態(tài)依舊沒(méi)有改善的話，系

5、統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入車速控制模式，此時(shí)車速將會(huì)自動(dòng)減慢，同時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)持續(xù)地發(fā)出警告，直到駕駛員重新復(fù)位系統(tǒng)。該系統(tǒng)還具有行車記錄功能，每秒鐘都會(huì)把當(dāng)前行車的部分?jǐn)?shù)據(jù)，如當(dāng)前時(shí)間、車速、駕駛員眨眼次數(shù)、精神狀況等記錄下來(lái)。相當(dāng)于汽車的“黑匣子”。1.1.1指標(biāo)介紹1)當(dāng)車速低于50km/h時(shí)，人臉跟蹤系統(tǒng)不啟動(dòng)2)當(dāng)駕駛員眼睛在持續(xù)1~2秒時(shí)間內(nèi)處于閉合狀態(tài)，發(fā)出一次警告。3)當(dāng)駕駛員在20秒鐘內(nèi)眨眼次數(shù)超過(guò)8次，發(fā)出一次警告。4)當(dāng)警告次數(shù)累積到7次，系統(tǒng)就會(huì)循環(huán)發(fā)出警告5)當(dāng)警告次數(shù)累積到8次，而駕駛員沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行車速控制，以每秒5km/h的速度強(qiáng)制降

6、低車速，直到車速低于20km/h為止。2系統(tǒng)方案2.1圖像處理器方案方案一：使用arm和嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn).雖然arm的速度比較快，達(dá)到將近500Mhz，但是由于用于圖像處理的算法比較復(fù)雜，浮點(diǎn)運(yùn)算比較多，而大部分arm處理器沒(méi)有硬件浮點(diǎn)運(yùn)算器，浮點(diǎn)運(yùn)算靠的是軟件，這樣會(huì)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性造成很大的影響。方案二：使用DSP。DSP由于具備硬件浮點(diǎn)運(yùn)算器，速度能大大提高，DSP在圖像處理方面相當(dāng)強(qiáng)大，但DSP的開發(fā)難度相對(duì)比較大，成本較高。而且有些在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的關(guān)于視覺(jué)識(shí)別的函數(shù)庫(kù)要移植到DSP上的話，工作量相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)比較大。方案三：使用PC機(jī)。PC機(jī)的運(yùn)算能力足夠快，內(nèi)

7、存空間也足夠大，符合圖像處理對(duì)要求。32而且在PC平臺(tái)上，有不少關(guān)于圖像處理和視覺(jué)識(shí)別方面的函數(shù)庫(kù)可以去調(diào)用，這樣子可以大大地減輕了開發(fā)難度。由于本文所介紹的重點(diǎn)是在于通過(guò)圖像處理來(lái)識(shí)別疲勞狀況的方法，所做的只是搭建一個(gè)模型，不涉及到實(shí)物設(shè)計(jì)。因此用PC機(jī)就可以滿足要求了。綜合以上方案，使用電腦處理是最好的選擇。1.1軟件方案方案一：采用模式識(shí)別的方式在圖像中尋找眼睛的位置，然后使用Gabor濾波器的特征提取算法【2】，即將Gabor濾波器與眼睛圖像進(jìn)行卷積，提取特征矢量：Gabor特征。然后，對(duì)高維空間中的Gabor特征通過(guò)特征選擇和壓