基于视觉的安全驾驶预警方法、系统及存储介质与流程

本说明书涉及交通工具辅助驾驶技术领域，尤其是涉及一种基于视觉的安全驾驶预警方法、系统及存储介质。

背景技术：

驾驶员的行为状态是影响驾驶安全的重要因素之一。为了提高驾驶安全，目前已出现诸如通过判断眼睛的疲劳程度来进行安全驾驶预警的技术方案。然而，统计研究表明，在与驾驶员的行为状态有关的交通事故中，类似于疲劳驾驶等生理性因素并非是导致交通事故的重要因素。在很多情况下，注意力不集中是导致交通事故的重要因素之一。因此，如何判断驾驶员是否注视方向集中，以便于据此进行相应的安全驾驶预警，已成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本说明书实施例的目的在于提供一种基于视觉的安全驾驶预警方法、系统及存储介质，以提高驾驶安全性。

为达到上述目的，一方面，本说明书实施例提供了一种基于视觉的安全驾驶预警方法，包括：

获取驾驶舱的三维地图；

跟踪驾驶员的面部图像；

根据所述面部图像所包含的眼部特征，确定所述驾驶员的注视方向在所述三维地图中的投射位置；

当所述投射位置位于指定位置范围之外时，对所述驾驶员进行安全驾驶预警。

另一方面，本说明书实施例还提供了一种基于视觉的安全驾驶预警系统，包括：

图像采集装置，用于跟踪驾驶员的面部图像；

图像处理装置，用于获取驾驶舱的三维地图，根据所述面部图像所包含的眼部特征，确定所述驾驶员的注视方向在所述三维地图中的投射位置；当所述投射位置位于指定位置范围之外时，发出预警指令；

预警执行装置，根据所述预警指令输出安全驾驶警示信息。

另一方面，本说明书实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述的安全驾驶预警方法。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书的实施例可以基于跟踪到驾驶员的面部图像中的眼部特征，来确定驾驶员的注视方向在驾驶舱三维地图中的投射位置；当投射位置位于指定位置范围之外时，可以确认驾驶员的注意力未能集中在正确的视线区域，据此可以对驾驶员进行安全驾驶预警，即实现了在驾驶员注意力不集中的情况下，及时对驾驶员进行安全驾驶预警，从而提高了驾驶的安全性，有利于有效减少因驾驶过程中注意力不集中而导致的交通事故。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本说明书一些实施例中基于视觉的安全驾驶预警系统的结构框图；

图2为本说明书一实施例中驾驶员的注视方向示意图；

图3a为本说明书一实施例中主副眼特征值加权后的注视方向示意图；

图3b为本说明书另一实施例中主副眼特征值加权后的注视方向示意图；

图4为本说明书一实施例中指定位置范围的示意图；

图5为本说明书一实施例中注视方向在三维地图中的投射位置是否超出指定位置范围的判断示意图；

图6为本说明书一些实施例中基于视觉的安全驾驶预警方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

为便于理解和说明，在本说明书一些实施例中可能是以小汽车为例进行说明的。但，本领域技术人员可以理解，本说明书的实施例可以适应于任何具有驾驶舱室的地面交通工具，例如可以包括但不限于各种汽车等。该地面交通工具可以由驾驶员进行操控。在一些情况下，虽然某些地面交通工具可能具有自动驾驶功能，但在未开启自动驾驶模式的行驶场景中，该地面交通工具仍需要驾驶员进行操控，因此，本说明书实施例也可以适用于具有自动驾驶功能的地面交通工具。

参考图1所所示，在本说明书一些实施例中，基于视觉的安全驾驶预警系统可以包括图像采集装置11、图像处理装置12和预警执行装置13。其中，图像采集装置11可以用于跟踪驾驶员的面部图像。图像处理装置12可以用于获取驾驶舱的三维地图，根据所述面部图像所包含的眼部特征，确定所述驾驶员的注视方向在所述三维地图中的投射位置；当所述投射位置位于指定位置范围之外时，发出预警指令。预警执行装置13可以根据所述预警指令输出安全驾驶警示信息。

由此可见，本说明书的实施例可以基于跟踪到驾驶员的面部图像中的眼部特征，来确定驾驶员的注视方向在驾驶舱三维地图中的投射位置；当投射位置位于指定位置范围之外时，可以确认驾驶员的注意力未能集中在正确的视线区域，据此可以对驾驶员进行安全驾驶预警，即实现了在驾驶员注意力不集中的情况下，及时对驾驶员进行安全驾驶预警，从而提高了驾驶的安全性，有利于有效减少因驾驶过程中注意力不集中而导致的交通事故。

在本说明书一些实施例中，图像采集装置11可以实现从不同拍摄角度实时采集驾驶舱图像，以获得驾驶舱内的三维空间分布。例如，在一示例性实施例中，图像采集装置11可以为一个可360度自由转动拍摄的摄像头，如此可以有利于降低实现成本。该摄像头可具备面部跟踪拍摄功能，以实现可以从不同拍摄角度实时采集包含面部在内的驾驶舱图像。当然，这里仅是举例说明，本说明书对此不作限定，例如在其他实施例中，图像采集装置11也可以由多个摄像头组成，这些摄像头的拍摄角度可以固定且可以各不相同，从而配合完成对驾驶舱内的三维空间分布的实时采集。

由于红外光对不同的光照条件具有良好的鲁棒性，因此，在本说明书一些实施例中，较佳地，所述图像采集装置11可以为红外摄像头，如此可以降低光照环境变化(例如夜晚或阴天等导致的光线变暗)对系统的影响，从而有利于提高系统的稳定性。不仅如此，与普通白光相比，红外光可以消除驾驶员的炫目感，从而不会对驾驶员的视觉造成炫目干扰。

在本说明书一些实施例中，图像处理装置12可以为一个处理器。例如，本说明书一示例性实施例中，所述处理器可以包括但不限于中央处理器(cpu)、单片机、微控制单元(mcu)、数字信号处理器(dsp)、可编程逻辑控制器(plc)等。

在本说明书一些实施例中，在系统使能后，图像处理装置12可以控制图像采集装置11采集驾驶舱图像，并可以据此驾驶舱图像建立驾驶舱的三维地图，从而可以将驾驶员实时的面部图像在三维地图中展示。当图像采集装置11实时采集的面部图像有更新时，三维地图也会进行相应的更新。如此，图像处理装置12就可以根据面部图像所包含的眼部特征，计算驾驶员的注视方向在三维地图中的相对空间位置。当驾驶员的注视方向在三维地图中的相对空间位置确定后，驾驶员的注视方向在三维地图中的投射位置也就确定了。

在本说明书一示例性实施例中，图像处理装置12可以基于任何合适的即时定位与地图构建算法(simultaneouslocalizationandmapping，简称slam)处理驾驶舱图像，以创建并维护驾驶舱的三维地图，本说明书对此不作限定，具体可以根据需要选择。例如，在一示例性实施例中，slam算法可以为orb-slam、lsd-slam等。基于slam算法(尤其是开源slam算法)易于实现，有利于降低实现成本。应当指出，这里以slam算法为例进行说明，不应当理解为对说明书的限制，在本说明书的其他实施例中，任何可以实时构建并维护驾驶舱的三维地图的三维建图方法，均可以适用于本说明书的实施例。

在本说明书一些实施例中，所述根据所述面部图像所包含的眼部特征，确定所述驾驶员的注视方向在所述三维地图中的投射位置可以包括如下步骤：

1)、图像处理装置12可以从面部图像中提取双眼的特征值。

一般地，人脸不同位置的特征是不同的，例如眼睛、鼻子、嘴巴等各有各自的形状特征。当图像处理装置12通过图像采集装置11锁定驾驶员的面部后，利用图像采集装置11采集到的面部图像的特征值，可以很容易地识别出眼部位置，从而可以从图像中提取到双眼的特征值。

2)、根据所述双眼的特征值确定所述驾驶员的注视方向。

当人眼注释不同方向时，眼球在三维空间中的朝向是不同的。例如当人眼注视上方时，眼球朝上；当人眼注视下方时，眼球朝下，等等。因此，可以利用眼球中心点相对于基准轴的俯仰角和偏转角(或者眼球中心点相对于基准轴的前后偏移距离、左右偏移距离和上下偏移距离)来判断眼球的注视方向。由于双眼之间是有瞳距的，在一些情况下，可能会出现一只眼球在三维地图中的投射位置位于指定位置范围内，而另一只眼球在三维地图中的投射位置位于指定位置范围外的情况。如此，就给识别驾驶员的注视方向带来了识别困惑。因此，在本说明书一实施例中，考虑到人的双眼的注视方向通常是一致的，为了克服上述识别困惑问题，并有利于简化计算，可以将以瞳距中心点为起点，且与双眼的朝向平行的射线方向，视为驾驶员的注视方向(例如图2所示)。

其中，基准轴可以是指驾驶员正视前方时的注视方向，即驾驶员正视前方时，过眼球中心点且平行于地面的直线。应当指出的是，以上将过瞳距中心点且与双眼的朝向平行的射线方向，作为驾驶员的注视方向，仅是示例性说明。在本说明书其他实施例中，在能够克服上述识别困惑的前提下，驾驶员的注视方向可以为任何合适方向。例如，还可以根据双眼中主眼球的特征与副眼球的特征的加权和，确定驾驶员的注视方向。研究表明，几乎每个人的双眼并非被平均使用，大脑更习惯于主要用其中一只眼进行成像分析和定位物体，这只眼可以称之为主视眼(简称主眼)。相应的，另一只眼睛可以称为副视眼(简称副眼)。因此，根据双眼中主眼球的特征与副眼球的特征的加权和，来确定驾驶员的注视方向，可以有利于更准确地识别驾驶员的注视方向。在本说明书的实施例中，驾驶员的哪只眼是主眼可以通过配置参数预先设定，也可以由系统自动测定。

例如，当驾驶员的主眼为左眼时，可以增加左眼眼球的特征值权重，并相应减少右眼眼球的特征值权重，从而使得驾驶员的注视方向起点更靠近左眼眼球中心，而不再是位于瞳距中心点，例如图3a所示。在图3a中，31表示左眼眼球中心，32表示右眼眼球中心，33表示瞳距中心点，箭头方向表示注视方向。类似地，当驾驶员的主眼为右眼时，可以增加右眼眼球的特征值权重，并相应减少左眼眼球的特征值权重，从而使得驾驶员的注视方向起点更靠近右眼眼球中心，而不再是位于瞳距中心点，例如图3b所示。同样，在图3b中，31表示左眼眼球中心，32表示右眼眼球中心，33表示瞳距中心点，箭头方向表示注视方向。在本说明书的实施例中，主副眼的特征值权重的调整，可以根据需要设定。

在本说明书一些实施例中，驾驶员的注视方向在三维地图中的投射位置，是指驾驶员的注视方向与驾驶舱表面的交点。例如，当驾驶员的注视方向为车顶时，投射位置为驾驶员的注视方向与车顶的交点；当驾驶员的注视方向为前挡风玻璃时，投射位置为驾驶员的注视方向与前挡风玻璃的交点，等等。而实验研究表明，当驾驶员习惯性地将注视方向集中于正确的视线区域时，驾驶员因注意力不集中而引发交通事故的概率得以大大降低。反之，当驾驶员习惯性地将注视方向集中于正确的视线区域之外时，驾驶员因注意力不集中而引发交通事故的概率会大大增加。其中，正确的视线区域一般可以包括驾驶员注视前方时所覆盖的范围。例如，在一示例性实施例中，可以将车辆的前挡风玻璃所覆盖的区域范围作为指定位置范围(例如图4中的虚线所围成的区域所示)。结合图5所示，还以车辆的前挡风玻璃所覆盖的区域范围作为指定位置范围为例，当驾驶员的注视方向在三维地图中的投射位置位于指定位置范围之外时(例如图5中的b点所示)，可以对驾驶员进行安全驾驶预警，以提醒驾驶员进行安全驾驶。当驾驶员的注视方向在三维地图中的投射位置位于指定位置范围之内时(例如图5中的a点所示)，则可以不对驾驶员进行安全驾驶预警，并可以继续进行检测。

在本说明书另一些实施例中，指定位置范围还可以包含一定的容忍余量，以降低误判概率。例如，驾驶员偶尔通过侧边观后镜观察相邻车道的路况的行为，一般属于正确的驾驶行为。在以将车辆的前挡风玻璃所覆盖的区域范围作为指定位置范围情况下，如果驾驶员的注视方向在侧边观后镜上时，则会被认为驾驶员的注视方向未集中于正确的视线区域，这显然不是用户所期望的。因此，至少可以将侧边观后镜所覆盖的区域作为容忍余量，即当驾驶员注视侧边观后镜时，仍可以将驾驶员的注视方向视为落在了正确的视线区域。

指望驾驶员在整个驾驶过程中，始终将注视方向集中于正确的视线区域是不现实的，当驾驶员的注视方向集中于正确的视线区域之外的持续时间极短(例如不超过0.01秒)时，因此而引发交通事故的概率并不会有显著的增加。因此，在本说明书另一些实施例中，当驾驶员的注视方向在三维地图中的投射位置位于指定位置范围之外时，可以开始进行计时；当投射位置位于指定位置范围外的持续时间超过了时长阈值时，可以对驾驶员进行安全驾驶预警，以提醒驾驶员进行安全驾驶。当投射位置位于指定位置范围外的持续时间未超过时长阈值时，可以不对驾驶员进行安全驾驶预警，以降低安全驾驶预警频率，减少对驾驶员的驾车干扰，提高用户体验。

在一些特殊情况下，当驾驶员视线被遮挡，驾驶员回头注视后方，或驾驶员因瞌睡等原因而闭上眼睛时，可能会出现捕捉不到驾驶员眼睛，甚至是捕捉不到驾驶员面部的情况。在此情况下，图像处理装置12需要及时对驶员进行安全驾驶预警，以免引发交通事故。例如，在本说明书一示例性实施例中，当未跟踪到面部图像的持续时间超过时长阈值，或跟踪到的未包含双眼的面部图像的持续时间超过时长阈值时，图像处理装置12可以对驾驶员进行安全驾驶预警。

在本说明书一些实施例中，预警执行装置13可以为任何合适的语音提示装置(例如语音报警器、蜂鸣器)、光提示装置(例如闪光指示灯、颜色指示灯等)、和或图文提示装置(例如显示屏)。

此外，为了有利于提高安全驾驶预警提示的有效性，预警执行装置13输出的安全驾驶警示信息，可以与驾驶员的注视方向未集中于正确的视线区域的严重程度相关联。例如，当驾驶员的注视方向未集中于正确的视线区域的频度达到设定频度阈值(或持续时间达到另一个时长阈值)时，预警执行装置13可以输出更为强烈的安全驾驶警示信息，以引起驾驶员对安全驾驶警示信息的足够注意。例如，以语言提示为例，当驾驶员的注视方向未集中于正确的视线区域较为严重时，预警执行装置13可以输出语气更为强硬、更急促和/或响度更大的安全驾驶警示信息。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

与上述基于视觉的安全驾驶预警系统，本说明书还提供了基于视觉的安全驾驶预警方法，所述基于视觉的安全驾驶预警方法可以应用于图像处理装置12侧。参考图6所示，在本说明书一些实施例中，基于视觉的安全驾驶预警方法可以包括以下步骤：

s601、获取驾驶舱的三维地图；

s602、跟踪驾驶员的面部图像；

s603、根据所述面部图像所包含的眼部特征，确定所述驾驶员的注视方向在所述三维地图中的投射位置；

s604、判断所述投射位置是否位于指定位置范围之外。

s605、当所述投射位置位于指定位置范围之外时，对所述驾驶员进行安全驾驶预警。

而当所述投射位置位于指定位置范围之内时，不对所述驾驶员进行安全驾驶预警，并可以继续跟踪驾驶员的面部图像，以继续进行检测，即跳转执行步骤s602。

在本说明一实施例的基于视觉的安全驾驶预警方法中，所述获取驾驶舱的三维地图，可以包括：

获取从不同角度采集的驾驶舱图像；

基于预设的slam算法处理所述驾驶舱图像，以创建所述驾驶舱的三维地图。

在本说明一实施例的基于视觉的安全驾驶预警方法中，所述根据所述面部图像所包含的眼部特征，确定所述驾驶员的注视方向在所述三维地图中的投射位置，可以包括：

从所述面部图像中提取双眼的特征值；

根据所述双眼的特征值确定所述驾驶员的注视方向。

在本说明一实施例的基于视觉的安全驾驶预警方法中，所述根据所述双眼的特征值确定所述驾驶员的注视方向，包括：

根据所述双眼中主眼球的特征与副眼球的特征的加权和，确定所述驾驶员的注视方向。

在本说明一实施例的基于视觉的安全驾驶预警方法中，所述注视方向可以包括：

以瞳距中心点为起点，与所述双眼的朝向平行的射线方向。

在本说明一实施例的基于视觉的安全驾驶预警方法中，所述当所述投射位置位于指定位置范围之外时，对所述驾驶员进行安全驾驶预警，可以包括：

当所述投射位置位于指定位置范围外的持续时间超过时长阈值时，对所述驾驶员进行安全驾驶预警。

在本说明一实施例的基于视觉的安全驾驶预警方法中，所述投射位置位于指定位置范围之外，可以包括：

所述投射位置位于指定位置范围外且超出预设的偏移余量。

在本说明一实施例的基于视觉的安全驾驶预警方法还可以包括：

当未跟踪到面部图像的持续时间超过时长阈值，或跟踪到的未包含双眼的面部图像的持续时间超过时长阈值时，对所述驾驶员进行安全驾驶预警。

在本说明一实施例的基于视觉的安全驾驶预警方法中，所述面部图像可以包括红外图像。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁盘式存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。