CN104228838A - 一种防止疲劳驾驶的预警***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种防止疲劳驾驶的预警***，包括信号采集单元、处理器和报警单元，所述的信号采集单元将采集的信号输送至处理器，所述的处理器输出警报信号至报警单元；本发明防止疲劳驾驶的预警***能够对驾驶员的疲劳度进行分析，拥有足够高地识别准确度，且工作稳定，易于升级和维护，成本低。当***能判定驾驶员处于疲劳状态，给驾驶员提供实时驾驶状态信息，使驾驶员更加安全放心驾驶，一定程度上降低交通事故的发生机率。

Description

一种防止疲劳驾驶的预警***及其方法
技术领域
本发明涉及车辆安全领域，尤其涉及一种能够判断驾驶员是否处于疲劳状态并发出预警信息的***及其预警方法。
背景技术
随着生产力水平的发展和科技的进步，我国人民的生活水平不断提高，汽车作为一种现代的交通工具，因其方便性和舒适性的特点，已经渐渐进入中国普通家庭当中。中国汽车产业蓬勃发展带给我们惊喜的同时，其负面影响也凸现出来。我国每年因交通事故伤亡人数约为10万，是道路交通事故死亡人数最高的国家，占全世界交通事故死亡人数的1/5。2010年根据有关部门统计，2009年我国共发生238351起交通事故，死亡67759人，受伤275125人，直接财产损失9.1亿元，这其中因疲劳驾驶而造成的事故约占25％～30％。
因此，研究一种能够实时检测驾驶员是否发生疲劳的装置，对于避免因疲劳驾驶造成的事故具有重要的意义，所以说驾驶员疲劳驾驶预警装置的研制具有非常广阔的前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种能够实时识别驾驶员是否疲劳状态并通过报警装置提示驾驶员的***。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种防止疲劳驾驶的预警***，包括信号采集单元、处理器和报警单元，所述的信号采集单元将采集的信号输送至处理器，所述的处理器输出警报信号至报警单元；
所述的信号采集单元包括安装在方向盘上采集驾驶员对方向盘握力变化的握力传感器、安装在驾驶室前方采集驾驶员面部特征信息的图像采集模块、安装在方向盘上采集转向变化信号的转角传感器。
所述的信号采集单元设有安装驾驶室内采集驾驶室内温度信号的温度传感器。
所述的信号采集单元接收车载GPS信号和车速信号。
所述的图像采集单位为红外摄像头，所述的报警单元包括语音报警和警示灯。
一种防止疲劳驾驶的预警方法：
图像采集模块将采集的驾驶员面部特征信息输送至处理器，根据单位时间内眼睛闭合时间所占比例作为疲劳量值P1，根据单位时间内哈欠的次数，赋值疲劳量值P2；
转角传感器将采集的方向盘转向信号输送至处理器，根据单位时间内转向次数和转向角度，赋值疲劳量值P3；
处理器综合疲劳量值P1、P2和P3，获得疲劳等级F；
若疲劳等级F达到疲劳驾驶等级，则处理器控制报警单元发出警示。
当方向盘上的握力传感器将采集的驾驶员对方向盘的握力信号输送至处理器，当握力大小低于预设阀值，则处理器立刻控制报警单元发出警示；当图像采集模块将采集的驾驶员视频图像信息中，若驾驶员闭眼超过预设值或眨眼、张口频率达到阈值时，处理器立刻控制报警单元发出警示。
所述处理器对图像采集模块对采集的驾驶员面部图像做以下处理，图像采集模块将采集到的驾驶员面部特征图像传送到处理器中，处理器将采用肤色特征和灰度投影的方法对输入的图像进行人脸和人眼的检测和定位，经过图像光线补偿、Ycbcr空间非线性变换、二值化及去噪、形态学处理等图像处理后实现对人脸区域分割并得出人脸图像；再对人脸图像进行边缘检测、水平垂直积分投影定位出眼睛和嘴巴精确位置，并用kalman滤波器对眼睛进行跟踪；再根据Perclos原理计算单位时间内眼睛闭合一定比例所占的时间，则得出Perclos值以及单位时间内张口哈欠次数。
P 1 = 0 , Perclos &le; 5 % 1,5 % < Perclos &le; 10 % 2,10 % < Perclos &le; 30 % 10 , Perclos > 30 % , P 2 = 0 , h = 0 1,0 < h &le; 2 2,2 < h &le; 4 10 , h > 4 ,
其中，Perclos为单位时间内眼睛闭合所占比例；h为单位时间内张口哈欠的次数；θ为单位时间内方向盘最大转角；
定义信息融合计算矩阵为：[2 1.8 1]，则经过信息融合后的疲劳等级F为：
F = [ P 1 P 2 P 3 ] &CenterDot; 2 1.8 1 = 2 P 1 + 1.8 P 2 + P
当F值大于3时处理器将发出控制信号触发语音报警装置和警示灯工作。
当温度传感器采集到驾驶室内温度高于预设安全温度，处理器触发语音报警装置和警示灯工作提示驾驶员保持清醒状态。
当温度传感器采集到驾驶室内温度高于预设安全温度，或者通过车速信号获得车速超过预设安全车速，或者通过GPS信号获得车辆偏离行车道，则降低预设的F报警阀值。
本发明防止疲劳驾驶的预警***能够对驾驶员的疲劳度进行分析，拥有足够高地识别准确度，且工作稳定，易于升级和维护，成本低。当***能判定驾驶员处于疲劳状态，给驾驶员提供实时驾驶状态信息，使驾驶员更加安全放心驾驶，一定程度上降低交通事故的发生机率。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的硬件结构图；
图2是人脸、人眼检测流程图；
图3是信息融合流程图。
上述图中的标记均为：1、图像采集模块；2、握力传感器；3、转角传感器；4、温度传感器；5、处理器；6、存储器；7、语音报警；8、警示灯。
具体实施方式
参见图1可知，防止疲劳驾驶的预警***包括信号采集单元、处理器5、存储器6和报警单元，信号采集单元将采集的信号输送至处理器5，处理器5输出警报信号至报警单元，存储器6与处理器5连接。
处理器5安装在仪表盘上方平台上，用于整个***的数据处理、疲劳判决分析以及输出报警信号，是整个***的核心部分，优选DM642 C6000高速DSP芯片，使图像处理以及数据处理速度大大提高，从而降低整个***的工作周期，提高了***的效率且***采用多元信息融合算法，大大提高了疲劳判决的准确率。存储器6，存储历史记录，以便后期调取数据。报警单元包括语音报警7和警示灯8，语音报警7装置和警示灯8连接在处理器5输出端，用于发出语音和闪烁红灯报警，提示驾驶员保持清醒驾车状态。
信号采集单元包括安装在方向盘上采集驾驶员对方向盘握力变化的握力传感器2、安装在驾驶室前方采集驾驶员面部特征信息的图像采集模块1、安装在方向盘上采集转向变化信号的转角传感器3、安装驾驶室内采集驾驶室内温度信号的温度传感器4，此外信号采集单元还连接车辆CAN总线，接收车载GPS信号和车速信号。
图像采集单位采用红外摄像头，适用于在夜间或光线较暗的场合对驾驶员面部特征信息进行实时采集，这样确保整个***能够全天候工作，红外摄像头可安装在方向盘中央且正对驾驶员脸部，用于实时采集驾驶员面部特征信息。
上述***误识率低、疲劳度判断准确率高、预警及时、结构简单，易于车载。
基于上述***，防止疲劳驾驶的预警方法如下：
***启动后信号采集单元的各个器件分别采集相应信号，并将信号输送至处理器5，由处理器5进行分析处理；
图像采集模块1将采集的驾驶员面部特征信息输送至处理器5，根据单位时间内眼睛闭合时间所占比例作为疲劳量值P1，根据单位时间内哈欠的次数，赋值疲劳量值P2；转角传感器3将采集的方向盘转向信号输送至处理器5，根据单位时间内转向次数和转向角度，赋值疲劳量值P3；
处理器5综合疲劳量值P1、P2和P3，获得疲劳等级F；
若疲劳等级F达到疲劳驾驶等级，则处理器5控制报警单元发出警示。
赋值疲劳量值可以通过列表比对获取相应数字，或者通过关系公式获得，处理器5综合疲劳量值P1、P2和P3可以采用累加或获取平均值或者乘以相应系数后累加等方式得到一个具体数值F，疲劳驾驶等级可以是预设的数值，疲劳等级F达到预设的数值则处理器5控制报警单元发出警示。
如图2所示，图像采集模块1和处理器5对采集的图像处理方法如下：图像采集模块1将采集到的驾驶员面部特征图像传送到处理器5中。处理器5将采用肤色特征和灰度投影的方法对输入的图像进行人脸和人眼的检测和定位。经过图像光线补偿、Ycbcr空间非线性变换、二值化及去噪、形态学处理等图像处理后实现对人脸区域分割并得出人脸图像。再对人脸图像进行边缘检测、水平垂直积分投影定位出眼睛和嘴巴精确位置，并用kalman滤波器对眼睛进行跟踪。再根据Perclos原理计算单位时间内眼睛闭合一定比例所占的时间，即Perclos值以及单位时间内张口哈欠次数。
具体计算公式可采用以下方法：
P 1 = 0 , Perclos &le; 5 % 1,5 % < Perclos &le; 10 % 2,10 % < Perclos &le; 30 % 10 , Perclos > 30 % , P 2 = 0 , h = 0 1,0 < h &le; 2 2,2 < h &le; 4 10 , h > 4 ,
其中，Perclos为单位时间内眼睛闭合所占比例；h为单位时间内张口哈欠的次数；θ为单位时间内方向盘最大转角；
定义信息融合计算矩阵为：[2 1.8 1]，则经过信息融合后的疲劳等级F为：
F = [ P 1 P 2 P 3 ] &CenterDot; 2 1.8 1 = 2 P 1 + 1.8 P 2 + P
当F值大于3时处理器5将发出控制信号触发语音报警7装置和警示灯8工作。
此外针对一些状态，可以直接判断为驾驶员处于疲劳状态，直接进行警示：
当方向盘上的握力传感器2将采集的驾驶员对方向盘的握力信号输送至处理器5，当握力大小低于预设阀值，则处理器5立刻控制报警单元发出警示；当图像采集模块1将采集的驾驶员视频图像信息中，若驾驶员闭眼超过预设值或眨眼、张口频率达到阈值时，处理器5立刻控制报警单元发出警示。
考虑到驾驶室温度过高也会导致驾驶员发困，当温度传感器4采集到驾驶室内温度高于预设安全温度(如26度)，处理器5也会触发语音报警7装置和警示灯8工作提示驾驶员保持清醒状态。
当温度传感器4采集到驾驶室内温度高于预设安全温度(可根据情况预设)，或者通过车速信号获得车速超过预设安全车速，或者通过GPS信号获得车辆偏离行车道，这些状况都是出现疲劳的预兆，为及时提醒驾驶员，可以当出现上述状况时降低预设的F报警阀值，并将降低的大小与温度的高度、车速、偏离行车道距离呈正比关系。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防止疲劳驾驶的预警***，其特征在于：包括信号采集单元、处理器和报警单元，所述的信号采集单元将采集的信号输送至处理器，所述的处理器输出警报信号至报警单元；
所述的信号采集单元包括安装在方向盘上采集驾驶员对方向盘握力变化的握力传感器、安装在驾驶室前方采集驾驶员面部特征信息的图像采集模块、安装在方向盘上采集转向变化信号的转角传感器。
2.根据权利要求1所述的防止疲劳驾驶的预警***，其特征在于：所述的信号采集单元设有安装驾驶室内采集驾驶室内温度信号的温度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的防止疲劳驾驶的预警***，其特征在于：所述的信号采集单元接收车载GPS信号和车速信号。
4.根据权利要求3所述的防止疲劳驾驶的预警***，其特征在于：所述的图像采集单位为红外摄像头，所述的报警单元包括语音报警和警示灯。
5.一种防止疲劳驾驶的预警方法，其特征在于：
图像采集模块将采集的驾驶员面部特征信息输送至处理器，根据单位时间内眼睛闭合时间所占比例作为疲劳量值P1，根据单位时间内哈欠的次数，赋值疲劳量值P2；
转角传感器将采集的方向盘转向信号输送至处理器，根据单位时间内转向次数和转向角度，赋值疲劳量值P3；
处理器综合疲劳量值P1、P2和P3，获得疲劳等级F；
若疲劳等级F达到疲劳驾驶等级，则处理器控制报警单元发出警示。
6.根据权利要求5所述的防止疲劳驾驶的预警方法，其特征在于：当方向盘上的握力传感器将采集的驾驶员对方向盘的握力信号输送至处理器，当握力大小低于预设阀值，则处理器立刻控制报警单元发出警示；当图像采集模块将采集的驾驶员视频图像信息中，若驾驶员闭眼超过预设值或眨眼、张口频率达到阈值时，处理器立刻控制报警单元发出警示。
7.根据权利要求5所述的防止疲劳驾驶的预警方法，其特征在于：所述处理器对图像采集模块对采集的驾驶员面部图像做以下处理，图像采集模块将采集到的驾驶员面部特征图像传送到处理器中，处理器将采用肤色特征和灰度投影的方法对输入的图像进行人脸和人眼的检测和定位，经过图像光线补偿、Ycbcr空间非线性变换、二值化及去噪、形态学处理等图像处理后实现对人脸区域分割并得出人脸图像；再对人脸图像进行边缘检测、水平垂直积分投影定位出眼睛和嘴巴精确位置，并用kalman滤波器对眼睛进行跟踪；再根据Perclos原理计算单位时间内眼睛闭合一定比例所占的时间，则得出Perclos值以及单位时间内张口哈欠次数。
8.根据权利要求5、6或7所述的防止疲劳驾驶的预警方法，其特征在于：
P 1 = 0 , Perclos &le; 5 % 1,5 % < Perclos &le; 10 % 2,10 % < Perclos &le; 30 % 10 , Perclos > 30 % , P 2 = 0 , h = 0 1,0 < h &le; 2 2,2 < h &le; 4 10 , h > 4 ,
其中，Perclos为单位时间内眼睛闭合所占比例；h为单位时间内张口哈欠的次数；θ为单位时间内方向盘最大转角；
定义信息融合计算矩阵为：[2 1.8 1]，则经过信息融合后的疲劳等级F为：
F = [ P 1 P 2 P 3 ] &CenterDot; 2 1.8 1 = 2 P 1 + 1.8 P 2 + P
当F值大于3时处理器将发出控制信号触发语音报警装置和警示灯工作。
9.根据权利要求7述的防止疲劳驾驶的预警方法，其特征在于：
当温度传感器采集到驾驶室内温度高于预设安全温度，处理器触发语音报警装置和警示灯工作提示驾驶员保持清醒状态。
10.根据权利要求7述的防止疲劳驾驶的预警方法，其特征在于：当温度传感器采集到驾驶室内温度高于预设安全温度，或者通过车速信号获得车速超过预设安全车速，或者通过GPS信号获得车辆偏离行车道，则降低预设的F报警阀值。
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