一种疲劳驾驶预警系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及生理学、控制学、人脸识别、嵌入式系统等相关学科，属于汽车电子和 图像处理技术领域，尤其是一种疲劳驾驶预警系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着汽车的普及，道路交通系统日益发展，与此同时，交通事故也日趋增 多。据有关部口统计，当前特大交通伤亡事故中，由于驾驶员疲劳驾驶造成的约占40%。处 于疲劳驾驶状态的驾驶员，驾驶机能逐步下降，极易发生交通事故，对安全行车构成了严重 威胁，因此，驾驶员瞳睡预警系统就成了汽车主动安全系统中的一个重要研究方向。
[0003]驾驶员的疲劳检测是个很复杂的问题，早期的研究主要从医学角度出发，借助医 疗器件进行。从20世纪80年代开始，为了真正解决实用的机动车驾驶员驾驶疲劳的检测 问题，世界许多专家和学者都进行了有益的探索，并提出了不少崭新的思想和方法。最终由 美国联邦公路管理局确定PER化0S方法作为实时的驾驶员驾驶疲劳测评方法。到了 20世 纪90年代，驾驶员疲劳测量方法的研究有了很大的进展，许多国家已经开始了驾驶疲劳车 载电子测量装置的开发研究工作。
[0004] 目前，驾驶员疲劳检测方法的一般思路是：首先确定所要选取的能够反映驾驶员 驾驶疲劳的特征，如脑电图（EEG)、巧眼频率等，然后进行特征提取，最后根据提取到的特征 和预先设定的标准进行识别，判断有无疲劳发生。脑电波的检测是最为准确的，但是要提 取脑电波必须接触人体，对开车会造成干扰。因此，寻求一种实用的能够大规模生产的车载 式驾驶员疲劳检测装置成为国内外研究者的共同研究方向。
[0005] 已有的申请号为CN201310752652的专利，其系统包括有DSP主控板、视频采集电 路板、CCD摄像头，首先DSP控制CCD摄像机拍摄驾驶员原始图像，DSP控制板接收到采集 的原始图像后，启动驾驶员疲劳检测算法，并根据肤色的聚类特性受光照明暗条件影响的 性质进行光照强弱的判断，由DSP主板自适应地选择相应的处理措施完成人眼区域的定位 后，再结合人脸的五官特征、区域生长及形态学运算精确定位眼睛位置，最后利用上下眼脸 的相对距离计算PER化0S值来判断驾驶员是否疲劳。但是，上述系统在驾驶员疲劳检测的 算法中，通过肤色的聚类特性受光照明暗条件影响的性质进行判断光照强弱结合人脸的五 官特征、区域生长及形态学运算定位人眼，其可靠性较低。该系统使用TMS320DM642DSP主 控板，成本高，其价格超过1500元人民币，不适合大规模生产。
[000引 2012年9月北京大学学报（自然科学版）719-726页中程如中等发表的"基于Adaboost方法的车载嵌入式疲劳驾驶预警系统[J]"，系统使用红外光源和红外摄像头获 取驾驶员的视频图像，通过人脸检测定位驾驶员的人脸，然后提取人眼区域，W基于化ar 特征的Adaboost算法对人眼闭合状态进行判断，基于PER化OS标准制定相应的预警机制， 对潜在的疲劳驾驶进行判断并预警。但是，该系统在DSP平台处理帖率为19帖每秒，无法 满足疲劳驾驶预警系统实时性的要求，响应时间过长，不能及时地检测出驾驶员处于疲劳 驾驶状态。
【发明内容】
[0007]为了克服已有技术存在的不足，本发明提供一种疲劳驾驶预警系统，该系统不仅 能满足疲劳驾驶预警系统实时性的要求，响应时间较短，能及时检测出驾驶员处于疲劳驾 驶状态，而且检测的可靠性高，制造成本低。
[000引为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案： 本发明提供一种疲劳驾驶预警系统，包括嵌入式XC7Z020的处理器1、红外摄像头2、SD卡3、显示器4,其中， 所述的嵌入式XC7Z020的处理器1用于对驾驶员进行疲劳检测，判断驾驶员是否处于 疲劳驾驶状态，若是处于疲劳驾驶状态，则发送出报警信息； 所述的红外摄像头2用于采集驾驶员面部图像； 所述的SD卡3用于存放嵌入式的Linux系统和FPGA配置文件，系统初始化时直接加 载启动系统； 所述的显示器4用于实时显示驾驶员人脸和处理检测时间W及报警信息； 所述的嵌入式XC7Z020的处理器1包括图像采集模块11、图像预处理模块12、图像处 理模块13、疲劳报警模块14 ; 图像采集模块11用于获取所述红外摄像头捕捉的驾驶员面部图像； 图像预处理模块12用于将获取到的驾驶员面部图像在尺寸上缩小一半后进行灰度转 换，得到灰度图，再对灰度图进行积分图运算，得到积分图； 图像处理模块13用于对经过预处理后的灰度图进行化ar特征值的计算，通过Ad油oost算法依次定位人脸位置，人眼位置，采用支持向量机的方法检测当前时间段内驾 驶员眼睛的闭合状态，根据PER化0S标准判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，向疲劳报警 模块14传输信息； 疲劳报警模块14用于接收图像处理模块13传输的信息，如果传输的信息为驾驶员处 于疲劳驾驶状态，则发出警报，提醒驾驶人员，并向显示器4发送当前人脸图像W及报警信 息；否则同样向显示器4发送当前人脸图像，不发出报警信息。
[0009] 作为优选的一种方案：所述图像处理模块13包括人眼识别单元131、驾驶员疲劳 检测单元132,其中， 所述的人眼识别单元131用于对经过预处理后的灰度图像进行化ar特征值的运算，通 过Adaboost算法对完成人眼的定位，使用支持向量机的方法检测驾驶员眼睛的闭合状态； 所述的驾驶员疲劳检测单元132用于判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，根据 PER化0S标准，计算驾驶员在设定时间段内眼睛闭合的帖数占该段时间内的总帖数的比值， 若驾驶员眼睛闭合的帖数占该段时间内的总帖数的比值大于0. 68,则判定驾驶员处于疲劳 驾驶状态，否则为正常驾驶状态，并将此信息发向疲劳报警模块14。
[0010] 本发明的一种疲劳驾驶预警方法，该方法采用疲劳驾驶预警系统进行疲劳驾驶预 警，其步骤为： (1) .首先使用带有红外光源的红外摄像头采集驾驶员的面部图像，对捕捉到的图像进 行预处理W减少后期需要处理的像素的数量，加快后期图像扫描的速度； (2) .然后用基于化ar特征的Ad油oost方法检测出驾驶员人眼位置，通过支持向量机 的方法来判断驾驶员眼睛闭合状态； (3) .接着，用PER化0S方法观察一段时间内的眼睛的巧眼频率，根据巧眼频率判断驾 驶员是否处于疲劳驾驶状态，如果检测到驾驶员正处于疲劳驾驶状态，系统就会发出警报 来提醒驾驶人员，并且显示器实时显示当前人脸图像W及处理检测时间、警报信息；否则显 示器实时显示当前人脸图像W及处理检测时间，不发出报警信息； (4) .最后在基于ARM的嵌入式XC7Z020处理器下实现检测算法，具体如下： (4-1).由红外摄像头采集驾驶员面部图像，在尺寸上缩小一半后统一转换为灰度图， 并进行积分图的运算； (4-2).人眼识别；首先，将步骤（4-1)得到的预处理后的图像进行化ar特征的提取， 然后将化ar特征值送入已经使用自建红外人脸库W及MIT人脸库训练过的Ad油oost级联 分类器中定位驾驶员的人脸位置； (4-3).将步骤（4-2)得到的驾驶员人脸位置的图像使用检测双人眼的方式进行Haar特征的提取，同样地使用已经训练过的Ad油oost级联分类器定位到人眼的位置，然后使用 支持向量机的方法判断人眼的闭合状态； (4-4).设定疲劳驾驶的阔值，计算一段时间内的PER化0S值，计算得到的PER化0S值 与设定疲劳驾驶的阔值比较，若该段时间内的PER化0S值大于设定疲劳驾驶的阔值，则判 定驾驶员的疲劳驾驶，发出警报信息，否则为正常驾驶状态，不发出警报信息。
[0011] 本发明的一种疲劳驾驶预警系统具有的有益效果主要有；本发明在对驾驶员疲 劳检测时，平均帖率达到了 25帖/秒，加快了系统警报的响应时间，能够及时预警；使用 Adaboost级联分类器和支持向量机，采用检测双人眼的方式进行化ar特征提取定位，其检 测率较高和定位错误率较小，制造成本低。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明实施例系统总框架图 图2是本发明实施例的疲劳驾驶检测算法简要流程图 图3是本发明实施例的人眼识别部分的流程图 图4是本发明实施例的PER化0S测量原理图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0014] 参照图1~图4, 一种疲劳驾驶预警系统，包括；嵌入式XC7Z020处理器1，红外摄 像头2,SD卡3,显示器4,所述的嵌入式XC7