专利名称：驾驶员精神状态实时监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实时监测设备，尤其涉及一种驾驶员精神状态实时监测装置。
背景技术：
司机驾驶过程中出现疲劳驾驶、走神或者低头旁视等间断观察路况是引发恶性交通事故的一个重要原因，由于司机精神状态差所造成的交通事故，无论在绝对数字还是所占的比例，都是很高的。因此，研制一种能够有效、实时地监测司机的精神状态并进行报警的装置，就显得很有实际意义和必要性。国内外很多单位和个人都在积极研发针对司机疲劳驾驶、注意下降及司机低头旁视等间断观察路况等实时监测技术，主要有以下几种。一、有人根据大部分人疲劳时头部会经常向下倾斜的原理，申请了按头部状态检测疲劳的《驾驶疲劳提醒装置》(专利号200620132320. 3)的实用新型专利，该装置安装在司机座椅枕部，采用红·外线传感器测量司机头部位置的变化，如果发生离开或偏移的事件，则及时启动报警。但是，由于司机个体差异很大，一部分人在疲劳、瞌睡时头部状态不会变化，另外，宽松的帽子；头上饰物等都会影响监测结果，因此，该技术具有很大的局限性。二、有厂家研发了腕表型疲劳预警系统(TffS汽车驾驶疲劳预警系统)，通过紧贴手腕的传感器测量体温、脉搏的变化，判断人体的疲劳状态。发出声音、振动等刺激人体，提醒驾驶员停止开车。该技术存在易受人为因素影响，如佩戴的松紧程度；人体胖瘦；出汗以及体表温度等都会影响测量结果的缺陷。三、市场上还推出了眼镜型疲劳检测装置。这种报警器利用人困倦时眨眼一次的时间远远大于正常时的原理，通过眼镜内侧的红外线装置监测眨眼频率触发报警，提醒司机避免疲劳驾驶引发事故。该项技术对于佩戴近视眼镜和习惯戴墨镜的司机就显得不方便了。影响驾驶员正确操作的因素除了疲劳盹睡还有包括司机低头或左顾右盼间断观察路况和走神导致注意力下降等，目前还没有能够全面监测司机精神状态的装置。
实用新型内容针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种驾驶员精神状态实时监测装置，采用非介入的监测方法，不干扰驾驶员的正常工作状态，能够全面监测驾驶员精神状态，可以对不同面部姿势、取向和尺度进行监测，具有很好的实用性。本实用新型的技术方案是一种驾驶员精神状态实时监测装置，包括图像采集系统，所述图像采集系统包括红外线主动光源和红外线CCD摄像机，所述红外线CCD摄像机的镜头上设置有带通滤波器；红外线CXD摄像机的输出端与视频解码器的输入端连接，视频解码器的输出端与图像预处理器的输入端连接，图像预处理器分别与报警图像存储器、4M*16BIT图像存储器和数字媒体处理器连接，图像预处理器的输出端连接语音报警器，还包括用于控制系统待机或启动的零时速处理器，所述零时速处理器分别与图像预处理器和数字媒体处理器连接，数字媒体处理器与程序存储器连接。作为优选，所述数字媒体处理器的数据输出口为100M网口。作为优选，所述视频解码器的型号为TVP5150。作为优选，所述图像预处理器的型号为XC3S100e。 作为优选，所述4M*16BIT图像存储器的型号为CY7C1061。作为优选，所述报警图像存储器的型号为HY27UH08。作为优选，所述语音报警器的型号为APR9600。作为优选，所述数字媒体处理器的型号为TMS320DM642。作为优选，所述程序存储器的型号为AM29LV033。作为优选，所述红外线主动光源的中心波长为940nm，所述带通滤波器的中心波长为940nm,半带宽为10nm。本实用新型的有益效果是本实用新型采用非介入的监测方法，不受驾驶员个体差异、驾驶习惯、驾驶姿势的影响，也不干扰驾驶员的正常工作状态。可以实现驾驶员在不同驾驶姿势、不同照明状况以及戴眼镜、墨镜等情况下的工作状态实时监测，并在驾驶员出现间断观察路况、打盹时进行语音报警提示，同时将报警时的图象进行存储，存储的图像必要时可进行过程追述。采用红外线主动照明和红外线滤光的方法，可以有效消除外界各种光线干扰，有效消除墨镜干扰，且不会对驾驶员有任何干扰。同时有很好的背景抑制作用，滤除了进入红外线CCD摄像机的大部分环境光线，同时也滤除了大部分的背景图像，减少了外界环境的干扰，降低了图像处理的复杂程度。采用眼睛匹配算法、帧间关联算法和红外线在瞳孔上形成的反射光线对眼睛进行定位，提高了处理速度；使用基于伪彩色的图像变换算法，以消除不同曝光强度的影响。采用自适应阀值二值化处理获得面部图像。已经二值化的图像经过扫描投影算法可以获得面部的边界，可以对不同面部姿势、取向和尺度进行监测；使用神经网络判别算法，具有很好的实时性。
图1是本实用新型的结构框图；图2是本实用新型状态判别的流程图。图中1、带通滤波器；2、红外线主动光源；3、红外线CXD摄像机；4、视频解码器；5、语音报警器；6、图像预处理器；7、4M*16BIT图像存储器；8、报警图像存储器；9、程序存储器；10、数字媒体处理器；11、IOOM网口 ； 12、零时速处理器。
具体实施方式
作为本实用新型的一种实施方式，如图1和图2所示，一种驾驶员精神状态实时监测装置，包括图像采集系统，所述图像采集系统包括红外线主动光源2和红外线CXD摄像机3，所述红外线CXD摄像机3的镜头上设置有带通滤波器1，作为优选，所述红外线主动光源2的中心波长为940nm,所述带通滤波器I的中心波长为940nm,半带宽为IOnm,红外线(XD摄像机3的输出端与视频解码器4的输入端连接，视频解码器4的输出端与图像预处理器6的输入端连接，图像预处理器6分别与报警图像存储器8、4M*16BIT图像存储器7和数字媒体处理器10连接，图像预处理器6的输出端连接语音报警器5，还包括用于控制系统待机或启动的零时速处理器12，所述零时速处理器12分别与图像预处理器6和数字媒体处理器10连接，数字媒体处理器10与程序存储器9连接。在本实施例中，作为优选，所述数字媒体处理器10的数据输出口为100M网口 11。所述视频解码器4的型号为TVP5150。所述图像预处理器6的型号为XC3S100e。所述4M*16BIT图像存储器7的型号为CY7C1061。所述报警图像存储器8的型号为HY27UH08。所述语音报警器5的型号为APR9600。所述数字媒体处理器10的型号为TMS320DM642。所述程序存储器9的型号为AM29LV033。本实用新型的工作原理为红外线主动光源2对驾驶员面部照明，带通滤波器I滤除了大部分外界干扰光线，消除了墨镜的影响。红外线CCD摄像机3实时采集驾驶员的脸部特征图像信号，该视频图像信号通过视频解码器4实现模拟视频信号转换为符合标准的数字视频信号，送入图象预处理器6，图像预处理器6完成图像变换、人眼状态识别等处理工作，然后由数字媒体处理器10读入内存，由数字媒体处理器10读入4M*16BIT图像存储器7，进行人眼识别、分割后判断眼睛状态(是否闭眼)和面部姿态、朝向(是否朝向列车行驶方向)，闭眼时间或面部未朝向行驶方向时间达到阀值时，均认定为间断观察路况，用神经网络根据脸部的姿态；眼睛的眨动频率和眼睛闭合时间的综合参数，判断驾驶员是否疲劳、间断观察路况及注意力下降，由语音报警器5发出语音报警，同时由报警图像存储器8存储报警时前10秒和后10秒共计20秒的视频图像，由软件、硬件并行处理。需要时可通 过系统中的100M网口 11读出。零时速处理器12接收来自机车轴速检测器的脉冲信号，零时速时控制系统进入待机状态，时速大于设定时速时控制系统启动投入实时监测。所述的监测装置采用Adaboost算法进行人脸识别，并采用灰度对称性等特征判断面部朝向。存储若干幅眼睛的图象，作为眼睛定位的模板。所述的监测装置对眼睛定位采用帧间关联、模版匹配和红外线在瞳孔上形成的亮眼球(红眼现象)综合判别法进行定位，定位准确、处理速度快。使用基于伪彩色的图像变换算法，以消除不同曝光强度的影响。采用修正的Hausdorff距离算法，以对不同面部姿势、取向和尺度进行监测。使用神经网络判别算法，根据眼睛的状态(视线朝向及眼睛睁开还是闭合)及该状态持续的时间和眨动的频率，判别是否处疲劳及间断观察路况状态。本实用新型的工作状态判别工作流程1.首先对各变量进行初始化，然后读取视频数据采用Adaboost算法进行人脸识别，并采用灰度对称性等特征判断面部朝向。2.然后采用三种方法协同对眼睛进行定位、识别。(I)、首先根据红外线在瞳孔形成的反射光线(亮眼球)对眼睛定位，定位成功进行帧间关联做为下一帧的预测位置，帧间关联失败后再进行眼睛匹配寻找。(2)、眼睛匹配法当采用反射光线定位失败后，如果是第一帧，直接进入眼睛匹配方法寻找眼睛。首先将视频采集系统获得的帧图像以及眼睛模板进行伪彩色变换后，读入内存，然后计算这两个变换后图像的匹配距离，距离最小的分割图像作为预选眼睛，由识别模块完成识别分类。为了提高眼睛定位速度，如果识别成功，下一帧缩小搜索空间，否则进行全视场重新搜索。(3)、帧间关联对于读入的图像首先根据前几帧已判断为眼睛的位置，进行眼睛位置预测来定位眼睛，然后由识别模块进行识别分类，如果识别成功，则作为下一帧的预测位置。三种方法的协同使用，极大的提高了眼睛定位识别的速度和准确率，经检测准确率大于90%。定位眼睛后，计算眼睛瞳孔面积单位时间内变化的帧数，当这一变化帧数达到设定阀值后报警。采用自适应阀值二值化处理获得面部图像，采用人工神经网络对面部姿态和朝向进行判断识别。由于装置的主动红外照明主要集中在司机面部，因此，面部通常是图像中亮度最大的区域，而且外部干扰信息少，二值化后的图像基本上只剩下面部区域。已经二值化的图像经过扫描投影算法可以获得面部的边界，分割出面部图像。通过人工神经网络对分割的面部图像进行判断，如果不是面部图像，进行下一帧处理，否则，对判断为人面部的图像进行面部边界提取，聚类后定位可能的面部特征，包括双眼、鼻子和嘴巴等的位置，这些面部特征的几何关系是近似确定的。通过这些几何关系可以滤除很多伪特征。同时利用这些特征计算面部的姿态朝向等，对于非正常面部姿态和朝向的图像帧进行计数，如果单位时间内这种计数超出阀值，说明没有向机车行驶的方向进行瞭望，系统启动报警。以上所述仅为本实用新型的一种实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和明显变形方式等，均应包含在本实用新型的保护范围之 内。
权利要求1.一种驾驶员精神状态实时监测装置，包括图像采集系统，其特征在于所述图像采集系统包括红外线主动光源和红外线CXD摄像机，所述红外线CXD摄像机的镜头上设置有带通滤波器；红外线CCD摄像机的输出端与视频解码器的输入端连接，视频解码器的输出端与图像预处理器的输入端连接，图像预处理器分别与报警图像存储器、4M*16BIT图像存储器和数字媒体处理器连接，图像预处理器的输出端连接语音报警器，还包括用于控制系统待机或启动的零时速处理器，所述零时速处理器分别与图像预处理器和数字媒体处理器连接，数字媒体处理器与程序存储器连接。
2.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述数字媒体处理器的数据输出口为100M网口。
3.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述视频解码器的型号为TVP5150。
4.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述图像预处理器的型号为XC3S100e。
5.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述4M*16BIT 图像存储器的型号为CY7C1061。
6.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述报警图像存储器的型号为HY27UH08。
7.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述语音报警器的型号为APR9600。
8.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述数字媒体处理器的型号为TMS320DM642。
9.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述程序存储器的型号为AM29LV033。
10.根据权利要求1所述的驾驶员精神状态实时监测装置，其特征在于所述程序存储器的型号为AM29LV033。
专利摘要本实用新型公开了一种驾驶员精神状态实时监测装置，涉及一种实时监测设备，包括图像采集系统，所述图像采集系统包括红外线主动光源和红外线CCD摄像机，红外线CCD摄像机的输出端与视频解码器的输入端连接，视频解码器的输出端与图像预处理器的输入端连接，图像预处理器分别与报警图像存储器、4M*16BIT图像存储器和数字媒体处理器连接，图像预处理器的输出端连接语音报警器，零时速处理器分别与图像预处理器和数字媒体处理器连接，数字媒体处理器与程序存储器连接。本实用新型采用非介入的监测方法，不干扰驾驶员的正常工作状态，能够全面监测驾驶员精神状态，可以对不同面部姿势、取向和尺度进行监测，具有很好的实用性。
文档编号A61B5/18GK202875355SQ20122059593
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者杨荣国, 郭高生, 杨李成 申请人:成都迪特福科技有限公司