一种驾驶员不安全行为检测预警系统及方法

1.本发明涉及安全驾驶检测技术，尤其涉及一种驾驶员不安全行为检测预警系统及方法。


背景技术：

2.随着科技和经济的发展，汽车已经成为人们日常生活的重要组成部分。汽车的广泛使用加快了社会的发展，同时也让人们付出了惨痛的代价。据世界卫生组织的统计,全球每年有130万人死于交通事故，1200多万人受伤,经济损失高达5180亿欧元。通过对大量道路交通事故的历史数据进行分析表明，与驾驶员因素有关的事故百分率占到近95％。疲劳驾驶与分心驾驶这两种不安全驾驶行为是导致交通事故发生的重要原因,这也使其获得各个国家重视,成为交通安全问题研究领域急需解决的重要难题。因此，实时对驾驶员行为进行监控并对不正常行为进行预警具有重要意义。目前，对驾驶员行为监测的商用产品以及学术研究都相对较少,且存在识别行为类别单一、识别不准确、识别处理滞后等问题。


技术实现要素：

3.本发明首先提供一种驾驶员不安全行为检测预警系统，解决现有系统中存在的识别行为类别单一、识别不准确、识别处理滞后等问题。
4.为解决以上技术问题，本发明所采用的具体技术方案如下：
5.一种驾驶员不安全行为检测预警系统，其关键在于，设置有辅助控制器，所述辅助控制器的输入端连接有用于获取驾驶员驾驶状态图像的摄像头，所述辅助控制器的输出端连接有油门信号调整模块和应急灯驱动模块，在所述辅助控制器上还连接有智能终端，所述智能终端中配置有疲劳检测模块和分心检测模块，所述辅助控制器将获取的驾驶员驾驶状态图像上传至所述智能终端进行疲劳检测和分心检测，所述智能终端将检测的结果传输至所述辅助控制器，并由所述辅助控制器通过所述油门信号调整模块实现限速控制以及通过所述应急灯驱动模块实现应急警示控制。
6.可选地，所述智能终端配置有导航模块、测速模块和语音播报模块。
7.可选地，所述智能终端为智能手机，且通过usb数据线连接所述辅助控制器。
8.可选地，所述油门信号调整模块与节气门控制电路连接，并根据所述辅助控制器的控制指令向所述节气门控制电路发送节气门开度调节信号。
9.可选地，所述应急灯驱动模块与应急灯电路连接，并根据所述辅助控制器的控制指令向所述应急灯电路发送应急灯闪烁信号。
10.基于上述系统，本发明还提出一种驾驶员不安全行为检测预警方法，包括以下步骤：
11.s1：通过智能终端选择启动预警程序的步骤；
12.s2：辅助控制器通过摄像头实时获取驾驶员驾驶状态图像并上传至智能终端；
13.s3：智能终端根据驾驶员驾驶状态图像进行疲劳检测和分心检测，并根据疲劳检
测和分心检测的结果确定疲劳计数值和分心计数值；
14.s4：辅助控制器或/和智能终端根据疲劳计数值和分心计数值确定预警指令。
15.可选地，步骤s3中智能终端通过疲劳检测模块进行疲劳检测，具体过程为：
16.s311：提取驾驶员驾驶状态图像中的人脸面部图像；
17.s312：标定眼部和嘴部关键点信息，计算人眼开合度和嘴巴张合度；
18.s313：根据预定时间段内连续多个图像帧中人眼开合度和嘴巴张合度的变化，计算闭眼次数和打哈欠次数；
19.s314：按照下式计算疲劳程度p：
20.p＝(闭眼次数)*x/总采集帧数+(打哈欠次数)*y/总采集帧数
21.其中x，y为预设权重值；
22.s315：如果疲劳程度p大于预设的阈值，则疲劳计数值加1。
23.可选地，步骤s3中智能终端通过分心检测模块进行分析检测，具体过程为：
24.s321：提取驾驶员驾驶状态图像中的头部图像；
25.s322：获取头部图像中左眼角、右眼角、鼻尖、左嘴角、右嘴角、下颌六个面部特征点；
26.s323：确定驾驶员头部图像3d模型放射变化矩阵，得到当前状态头部图像的俯仰角和偏航角；
27.s324：根据预设的阈值确定是否有分心行为，如果俯仰角大于阈值，则驾驶员存在抬头低头行为，分心计数值加1；如果偏航角大于阈值，驾驶员存在左顾右盼行为，分心计数值加1。
28.可选地，当所述智能终端配置有导航模块时，提取所述导航模块中电子地图的导航路径，在转弯或者掉头位置的预设范围内，暂停分心检测。
29.可选地，辅助控制器和智能终端根据疲劳计数值和分心计数值按照以下方式进行预警：
30.当疲劳计数值为1时，则执行语音提醒：“请勿疲劳驾驶”；
31.当疲劳计数值为2时，则继续执行语音提醒，并且打开汽车应急灯；
32.当疲劳计数值为3及以上时，则继续执行语音提醒，打开汽车应急灯，启动限速控制；
33.若在设定的时间内未检测到驾驶员疲劳驾驶，则疲劳计数值清零；
34.当分心计数值为1时，则进行语音提醒：“请勿分心驾驶”；
35.当分心计数值为2时，则继续执行语音提醒，并且打开汽车应急灯；
36.当分心计数值为3及以上时，则继续执行语音提醒，打开汽车应急灯，启动限速控制；
37.若在设定的时间内未检测到驾驶员分心驾驶，则分心计数值清零
38.本发明的显著效果是：
39.本发明提供的系统和方法，能够实现驾驶员多种类型的不安全行为检测，核心检测算法移植在智能终端中，充分利用了智能终端快速的数据处理能力，提升了检测速度，检测更为准确，同时也简化了车载端硬件电路结构，节约了系统硬件成本，通过语音提示、应急灯闪烁以及强制限速等措施的配合实现分级预警，有效提升了驾驶员的安全驾驶意识，
为广大驾驶员的安全出行提供可靠的保障。
附图说明
40.图1是本发明具体实施例的系统电路原理框图；
41.图2是本发明的方法流程图；
42.图3是本发明具体实施例中分心检测所采用的驾驶员头部图像2d特征和3d特征的对应关系图；
43.图4是本发明具体实施例中分心检测所采用的驾驶员头部图像3d模型所对应的姿态角度关系。
具体实施方式
44.下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
45.如图1所示，本实施例提供一种驾驶员不安全行为检测预警系统，设置有辅助控制器，所述辅助控制器的输入端连接有用于获取驾驶员驾驶状态图像的摄像头，所述辅助控制器的输出端连接有油门信号调整模块和应急灯驱动模块，在所述辅助控制器上还连接有智能终端，所述智能终端中配置有疲劳检测模块和分心检测模块，所述辅助控制器将获取的驾驶员驾驶状态图像上传至所述智能终端进行疲劳检测和分心检测，所述智能终端将检测的结果传输至所述辅助控制器，并由所述辅助控制器通过所述油门信号调整模块实现限速控制以及通过所述应急灯驱动模块实现应急警示控制。
46.具体实施时，智能终端可以采用智能手机，可以通过usb数据线连接辅助控制器，通常智能手机配置有导航模块、测速模块和语音播报模块，可以基于智能手机现有的导航、测速以及语音播报等功能，实现于驾驶员不安全行为检测的充分融合，油门信号调整模块可以与节气门控制电路连接，并根据所述辅助控制器的控制指令向所述节气门控制电路发送节气门开度调节信号，应急灯驱动模块与应急灯电路连接，并根据所述辅助控制器的控制指令向所述应急灯电路发送应急灯闪烁信号。
47.具体实施时，疲劳检测和分心检测可以融入智能手机的导航软件中，基于车载的辅助控制器和摄像头获取驾驶员的驾驶状态图像，通过嵌入导航软件中的疲劳检测模块和分心检测模块可以快速准确的实现驾驶员不安全行为检测，根据行为检测的结果，既可以利用智能手机导航软件中的语音播报进行语音预警，也可以下发控制指令给辅助控制器，通过应急灯驱动模块驱动应急灯闪烁，便于给驾驶员、乘客以及周围其他车辆提出安全警示，还可以直接通过油门信号调整模块调节节气门开度，使其实现限速行驶，降低车速，提升安全防控能力。
48.如图2所示，在上述系统的基础上，本实施例还提供一种驾驶员不安全行为检测预警方法，包括以下步骤：
49.s1：通过智能终端选择启动预警程序的步骤；
50.s2：辅助控制器通过摄像头实时获取驾驶员驾驶状态图像并上传至智能终端；
51.s3：智能终端根据驾驶员驾驶状态图像进行疲劳检测和分心检测，并根据疲劳检
测和分心检测的结果确定疲劳计数值和分心计数值；
52.s4：辅助控制器或/和智能终端根据疲劳计数值和分心计数值确定预警指令。
53.具体实施时，步骤s3中智能终端通过疲劳检测模块进行疲劳检测，具体过程为：
54.s311：提取驾驶员驾驶状态图像中的人脸面部图像；
55.s312：标定眼部和嘴部关键点信息，计算人眼开合度和嘴巴张合度；
56.s313：根据预定时间段内连续多个图像帧中人眼开合度和嘴巴张合度的变化，计算闭眼次数和打哈欠次数；
57.s314：按照下式计算疲劳程度p：
58.p＝(闭眼次数)*x/总采集帧数+(打哈欠次数)*y/总采集帧数
59.其中x，y为预设权重值；
60.s315：如果疲劳程度p大于预设的阈值，则疲劳计数值加1。
61.通常，预定时间可以根据生活经验分析可知，比如每10s做一次疲劳检测就能够更好的保障驾驶员的安全，本发明通过统计单位时间内眼睛的闭合次数占总帧数的比例来进行闭眼检测，当连续x帧检测到眼睛开合度eye小于设定的眼睛开合度阈值eye，下一帧大于eye时，则记一次闭眼，这里x可以是1或2或3，根据算法每秒处理的帧数fps来设定。同时针对打哈欠的检测来说，当连续y帧检测到嘴巴开合度mouth大于设定的阈值mouth时，且下一帧小于阈值时，则记一次打哈欠行为，这里的y值是大于x值的，因为人打哈欠时，嘴张开时常通常大于1秒，具体y值视算法fps而定。
62.通过统计预定时间内的总采集帧数和驾驶员闭眼次数、打哈欠次数，然后根据闭眼次数和打哈欠次数即可计算驾驶员的疲劳程度值，通过综合考虑闭眼和打哈欠行为次数，可以提高驾驶状态检测准确率。
63.计算公式中的权重值x，y可以根据不同的用户进行修正，也可以根据不同的时间段设定权重的大小，比如x+y＝1，但是白天行车时段，x《y,夜晚行车时段，x》y。
64.进一步实施时，步骤s3中智能终端通过分心检测模块进行分析检测，具体过程为：
65.s321：提取驾驶员驾驶状态图像中的头部图像；
66.s322：获取头部图像中左眼角、右眼角、鼻尖、左嘴角、右嘴角、下颌六个面部特征点；
67.s323：确定驾驶员头部图像3d模型放射变化矩阵，得到当前状态头部图像的俯仰角和偏航角；
68.s324：根据预设的阈值确定是否有分心行为，如果俯仰角大于阈值，则驾驶员存在抬头低头行为，分心计数值加1；如果偏航角大于阈值，驾驶员存在左顾右盼行为，分心计数值加1。
69.如图3和图4所示，头部姿态检测可以通过2d图像映射到3d图像，得到人脸姿态的朝向，主要检测的参数有三个欧拉角，分别是俯仰角pitch(围绕x轴旋转)，偏航角yaw(围绕y轴旋转)和翻滚角roll(围绕z轴旋转)，对应就是抬头、转头和摇头。
70.具体实施时，智能终端还可以提取导航模块中电子地图的导航路径，在转弯或者掉头位置的预设范围内，暂停分心检测，避免驾驶员因为转弯或者掉头所做出的必要的探视动作而形成误检。
71.在具体控制时，辅助控制器和智能终端根据疲劳计数值和分心计数值按照以下方
式进行预警：
72.当疲劳计数值为1时，则执行语音提醒：“请勿疲劳驾驶”；
73.当疲劳计数值为2时，则继续执行语音提醒，并且打开汽车应急灯；
74.当疲劳计数值为3及以上时，则继续执行语音提醒，打开汽车应急灯，启动限速控制；
75.若在设定的时间内未检测到驾驶员疲劳驾驶，则疲劳计数值清零；
76.当分心计数值为1时，则进行语音提醒：“请勿分心驾驶”；
77.当分心计数值为2时，则继续执行语音提醒，并且打开汽车应急灯；
78.当分心计数值为3及以上时，则继续执行语音提醒，打开汽车应急灯，启动限速控制；
79.若在设定的时间内未检测到驾驶员分心驾驶，则分心计数值清零。
80.综上可以看出，本实施例提供的驾驶员不安全行为检测预警系统及方法，可以实现驾驶员多种不安全行为的检测，基于智能终端进行数据处理，准确快速，提升了检测算法的处理能力和处理速度，确保不安全行为检查的实时性，同时降低了车载硬件配置成本，便于技术推广和普及，通过不同级别的预警处理，能够给驾驶员、乘客和周边群众给与相应的安全警示，有效避免驾驶员驾驶途中的不安全行为，为驾驶员安全出行提供可靠保障。
81.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。