一种穿戴眼镜式疲劳预警设备及工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及穿戴眼镜式疲劳预警设备，具体涉及一种穿戴眼镜式疲劳预警设备及 工作方法。
【背景技术】
[0002] 在当今，由于已进入汽车时代，出行极为方便，但是，交通事故就像梦魇一样挥之 不去，其中大部分是由于司机疲劳驾驶造成的。为了减少以至于避免疲劳驾驶，社会上采用 各种措施，包括各种宣传标语和警示牌，以及汽车自身的各种防范措施，提醒司机朋友们安 全驾驶，但是效果仍然有限。
[0003]目前，基于生理指标的疲劳预警利用生理传感器检测驾驶员生理指标的变化来判 断驾驶员是否进入疲劳状态，包括基于脑电信号检测的方法、基于心电信号检测的方法、基 于肌电信号检测的方法和基于呼吸频率检测的方法。
[0004] 基于驾驶员生理信号的检测方法准确性比较高，但生理信号测量需要接触人的 身体，检测设备会干扰驾驶员的正常操作，影响行车安全。而且，由于不同人的生理信号 特征有所不同，并且生理信号与心理活动关联较大。所以，此法实际用于驾驶员疲劳检测时 有很大的局限性。
[0005] 如专利号为200920160060. 4 -种口含式疲劳预警器，技术原理为通过人体牙齿 的咬合力来启动口含式疲劳预警器的蜂鸣器，正长驾驶情况下，司机将口含式疲劳预警器 的烟斗嘴形的橡胶套含在嘴里，并用牙齿轻轻咬住口含式疲劳预警器的下金属压力片，使 下金属压力片的触点与上金属压力片的触点分离，断开蜂鸣器的电路。当司机疲劳或精力 不集中时，就会松开用牙齿咬住的口含式疲劳预警器的下金属压力片，从而闭合蜂鸣器的 电路，蜂鸣器启动，并发出尖锐的蜂鸣声提醒司机，从而防止了因疲劳驾驶或精力不集中而 造成的交通事故的发生。这样的装置是可以起到很好的预警作用，但长时间咬住预警装置， 这个本来就消耗了驾驶员的精力，而且长时间的咬合东西，嘴巴也很不舒服，虽然能预警， 但不是很合理。本发明通过戴眼镜的方式就可以预警，没有给驾驶员再添加额外的精神负 担。
[0006] 又如基于面部特征的疲劳预警利用机器视觉技术检测驾驶员面部特征，专利号为 201310177373. 1 -种防疲劳驾驶系统，原理为包括：图像采集单元，用于采集司机的脸部 视频信息，获取驾驶人的脸部照片；主要包括脸部特征提取单元，用于提取司机脸部图像的 特征数据；人脸特征数据库，用于存储司机正常状态下的脸部图像特征数据；比对识别单 元，将所述脸部特征提取单元提取的特征数据与所述人脸特征数据库中的特征数据进行比 对识别，若比对结果不一致则发送信号给鸣笛装置鸣笛。利用人脸识别技术，将驾驶员行车 时的状态与行车前拍摄的精神饱满的状态进行比对，如果比对结果不一致则发送信号给鸣 笛装置鸣笛，警告驾驶员要休息调整状态，同时提醒旁边的行人行驶的车辆注意避让，从 而大大降低了因疲劳驾驶带来的交通事故。这种方式是基于脸部特征做出的决策，摄像机 大多是安装在仪表盘上的，如驾驶人员移动或者心情影响了表情，则可能导致预测的结果 不准确，从而做出不对应的决策，很难精确的达到预警的效果。
[0007] 如201320627273. X -种疲劳驾驶预警系统包括传感器、信号处理单元和预警提 示系统，其中：传感器贴在驾驶员的眼角处，其与信号处理单元连接，用于根据眼睛的动作 产生形变进而产生电信号；信号处理单元与预警提示系统连接，用于对于传感器产生的电 信号进行处理，并将处理后的数据发送给预警提示系统；预警提示系统用于根据接收到的 数据触发其报警装置进行疲劳报警。本发明采用发电机作为传感器来探测驾驶员的疲劳状 态，无需外界供电设备，使系统的能耗大大降低；且发电机所有材料都是柔性材料，尺寸很 小，使测试元件简单轻便且驾驶员佩戴舒适；通过监测驾驶员的眼皮的眨动情况判断驾驶 员的疲劳状态，简单易行且可靠性高。这种系统方法需要把传感器贴在驾驶员的眼角处，且 还在眼角边配有发电机，从穿戴上来说，这样会影响驾驶员的视觉，从而不利于驾驶。
[0008] 又如运用眼睛特征、瞳孔直径变化、视线方向变化及嘴部状态等来研究驾驶疲劳 问题。包括基于眼睛特征的检测、基于视线方向的检测、基于嘴部状态的检测。利用面部特 征判断驾驶员是否疲劳具有准确性高和可靠性高的优点，在性能上比基于生理信号的监测 技术要强，而且是无接触的检测方法，驾驶员容易接受，但是这种方法将摄像头安装在仪 表台上，精度较差，对视频检测技术的要求比较高，测量的准确性与可靠性等相关的技术需 要取得突破。
[0009] 目前的疲劳驾驶警示装置只是对司机的一些诸如点烟、低头调节收音机和按电话 键等不应有的活动进行警示，效果不是很理想。
【发明内容】
[0010] 本发明根据上述问题提供了一种穿戴眼镜式疲劳预警设备及工作方法。
[0011] 根据本发明的一个方面，提供了一种穿戴眼镜式疲劳预警设备，包括眼镜框架和 检测部分；所述检测部分设置在眼镜框架上；所述检测部分包括FPGA处理器系统整体、可 重构单元、处理器系统、SD卡、DDR3外部存储单元、LED、扬声器、SPK报警器、前景摄像头及 广角摄像头；
[0012] 所述FPGA处理器系统整体包括Cortex-A9双核CPU、AXI互连总线、DDR存储控制 器及外围设备接口；
[0013] 所述可重构单元包括视频输入、视频处理单元、视频输出及AXI互连总线；
[0014] 所述外围设备接口包括第一外部设备接口和第二外部设备接口，所述第一外部设 备接口连接AXI互连总线；所述第一外部设备接口包括UART、I2C、USB及FSHCTRL ;所述第 二外部设备接 口包括 WIFI、GPIO、SPI 及 BLUETOOTH ;
[0015] 所述视频处理单元包括视频直接存储访问VDMA和HLS管线单元；
[0016] 所述 SD 卡包括 Bootloader、OS 及 APP ;
[0017] 所述的Cortex-A9双核CPU通过DDR存储控制器与DDR3外部存储单元连接，所述 外围设备接口通过AXI互连总线与DDR存储控制器连接，所述AXI互连总线通过DDR存储 控制器与DDR3外部存储单元连接，所述视频输入通过AXI互连总线与处理器系统连接，所 述视频处理单元通过AXI互连总线与处理器系统连接，所述视频输出通过AXI互连总线与 处理器系统连接，所述视频处理单元通过视频直接存储访问VDMA与AXI互连总线连接，所 述SD卡输出端连接第一外部设备接口，所述第二外部设备接口输出端分别连接LED和扬 声器；
[0018] 所述FPGA处理器系统整体、DDR3外部存储单元、UART、I2C及USB设置在眼镜框 架右腿上；
[0019] 所述3?1(报警器、1正1、6?10、81^^1'001'!1、3?1及？3!1(^虬设置在眼镜框架左腿上 ；
[0020] 两个所述LED设置在两个镜片框正上方；
[0021] 所述前景摄像头和广角摄像头分别设置在眼镜框架的鼻梁架正上方和鼻翼上。
[0022] 根据本发明的又一方面，提供了一种穿戴眼镜式疲劳预警设备工作方法，包括以 下步骤：
[0023] S1，编译后生产的二进制映像文件，软件部分下载保存在SD卡，硬件IP核配置生 成在HLS管线中；
[0024] S2,启动系统时，自动加载Bootloader到DDR3外部存储单元，由Bootloader加载 0S，再由OS加载应用程序APP ;
[0025] S3，应用程序APP启动视频输入，采集一帧视频到DDR3外部存储单元，通过 AXIvideo2Mat把AXI视频帧转化为HLS管线单元中的矩阵Mat ;
[0026] S4，HLS管线单元由基于流的IP核进行视频处理，处理结果通过Mat2AXIvideo把 HLS管线单元中的矩阵Mat转化为AXI视频帧，DDR3外部存储单元中的视频帧调用软件库 进行基于帧的视频处理；由GPIO输出LED报警，由SPI输出扬声器报警。
[0027] 本发明的优点：
[0028] 本发明利用穿戴眼镜式疲劳预警采用眼镜作为疲劳检测平台，可以大大减低误警 和漏警现象。结合可编程器件能更客观、实时、快捷、准确地进行疲劳预警。
[0029] 本发明基于FPGA架构，采用软硬件协同设计的方法对系统进行设计。对计算量大 的基于帧的图像处理采用硬件IP核加速，对于高级需要随机访问像素的图像调用软件库 处理。在保证系统实时性的同时保证系统的灵活性，以满足车载复杂环境。采用可重构单 元，当需要进行系统升级时，通过重新编译可以重构系统，在提升系统性能的同时，最大限 度的保护消费者的投资。
[0030] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0031] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0032] 图1是本发明的一种穿戴眼镜式疲劳预警设备原理图；
[0033] 图2是本发明的一种穿戴眼镜式疲劳预警设备工作方法流程图；
[0034] 图3是本发明的一种穿戴眼镜式疲劳预警设备中算法处理流程图；
[0035] 图4是本发明的一种穿戴眼镜式疲劳预警设备软件处理过程流程图；
[0036] 图5是本发明的一种穿戴眼镜式疲劳预警设备中的眼睛的状态转移示意图；
[0037] 图6是本发明的一种穿戴眼镜式疲劳预警设备中的PERCL0S参数计算方法流程 图；
[0038] 图7是本发明的一种穿戴眼镜式疲劳预警设备正面视图；
[0039] 图8是本发明的一种穿戴眼镜式疲劳预警设备后视图。
[0040] 附图标记：
[0041] 1为FPGA处理器系统整体、2为DDR3外部存储单元、3为UART、4为I2C、5为USB、 6为前景摄像头、7为广角摄像头、8为WIFI、9为外围设备接口、10为BLUETOOTH、11为SPI、 12为FSHCTRL、13为LED及14为SPK报警器。
【具体实施方式】
[0042] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0043] 实施例1
[0044] 1.参考图1、图7和图8,如图1、图7和图8所不的本发明的一种穿戴眼镜式疲劳 预警设备，包括眼镜框架和检测部分；所述检测部分设置在眼镜框架上；所述检测部分包 括FPGA处理器系统整体、可重构单元、处理器系统、SD卡、DDR