一種防疲勞駕駛系統(tǒng)研究

李航蔚 王鶴

摘要：國內(nèi)外已有的一些疲勞駕駛識別方法，如車載監(jiān)測裝置精確測量頭部運(yùn)動、瞳孔直徑變化和眨眼頻率等。這些方法和設(shè)備往往過于復(fù)雜、價格昂貴，無法廣泛應(yīng)用。本文闡述一種簡單、有效的、虛報(bào)警概率較低的識別疲勞駕駛的方法，用于監(jiān)控駕駛員的行車狀態(tài)，減少駕駛員疲勞駕駛的潛在危害。

關(guān)鍵詞：疲勞駕駛;控制模塊;聲光報(bào)警

高原高寒地區(qū)大都采用特種運(yùn)輸車進(jìn)行長途運(yùn)輸，駕駛員較平原地區(qū)更容易出現(xiàn)疲勞駕駛，主要癥狀有注意力下降、意識模糊、四肢無力、反應(yīng)遲鈍、思維和感知功能能力減弱等，增加了事故發(fā)生的概率。

1 疲勞報(bào)警方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模型、數(shù)據(jù)智能采集節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控軟件三部分，是基于判斷眼睛睜閉的變化來確定疲勞程度，這種判斷方法的好處在于其非接觸性，不會給駕駛員的駕駛帶來任何副作用，只需要在駕駛室內(nèi)安裝一個攝像頭，采集行車過程中駕駛員的眼睛變化狀態(tài)，然后經(jīng)過一定的圖像處理算法，并結(jié)合車載網(wǎng)絡(luò)其他相關(guān)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)信息，提供相應(yīng)的信息，得出當(dāng)前駕駛員工作狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)疲勞報(bào)警?？紤]到車內(nèi)空間狹小、溫度濕度變化、電磁干擾等方面因素，為保證數(shù)據(jù)采集正確性與可靠性，本系統(tǒng)的應(yīng)具備以下幾方面的非功能性需求。

1.1 抗干擾性

運(yùn)輸車行駛過程中處于各種復(fù)雜的電磁場中，加上汽車自身的脈沖信號，都會對智能采集節(jié)點(diǎn)造成干擾，因此要具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

1.2容錯性

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)是一個主副站并存的通信網(wǎng)絡(luò)，可能出現(xiàn)從節(jié)點(diǎn)競爭總線的情況，出現(xiàn)沖突時，為避免優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)占用網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)要有一定的容錯性。

1.3穩(wěn)定性

系統(tǒng)能否正確監(jiān)控，直接關(guān)系到人車的安全，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時要及時提示，必要的時候要提醒用戶手動復(fù)位。

1.4可擴(kuò)展性

為了進(jìn)一步拓展系統(tǒng)功能，還應(yīng)具有一定的可擴(kuò)展性，以備系統(tǒng)完善后續(xù)功能，減少錯誤率。

2.1 圖像的采集和處理

系統(tǒng)使用靈敏度高、抗強(qiáng)光、體積小、抗震動等優(yōu)點(diǎn)的CCD攝像頭來獲取眼部圖像，符合復(fù)雜條件下駕駛員面部圖像采集要求。CCD攝像頭拍攝的駕駛員頭部圖像，經(jīng)過高精度的A/D轉(zhuǎn)換成DSP可讀取的數(shù)字圖像，用圖像預(yù)處理技術(shù)對噪聲、光照不足、圖像扭曲等問題進(jìn)行糾正，保證人臉圖像中人臉大小、位置以及人臉圖像質(zhì)量的一致性，使系統(tǒng)能夠更好地判定人眼的狀態(tài)，進(jìn)而準(zhǔn)確的判定駕駛員行車狀態(tài)。

2.2 獲取眼部狀態(tài)

強(qiáng)分類器H（x）由所有的弱分類器通過加權(quán)求和得到。

2.3疲勞狀態(tài)的判斷

由于灰皮差異明顯，在自然光中虹膜和鞏膜的邊緣最易分辨。人眼作為三維物體，在向二維投影的過程中，不可避免地會造成信息失真。上眼瞼作為危險邊緣，易受影響產(chǎn)生偽邊緣或發(fā)生邊緣漏判。因此，有效檢測上眼瞼輪廓是該邊緣算法的核心。通過掃描找到上眼瞼的最高點(diǎn)P（X1，Y1），下眼瞼的最低點(diǎn)Q（X2，Y2），左臨界點(diǎn)R（X3，Y3），右臨界點(diǎn)Z（X4 ，Y4 ），就可以得到與眼睛邊界相切的矩形框，由此，人眼的高寬比Z（ t ）可以定義為：

實(shí)際運(yùn)算中，水平和豎直模板分別對圖像各像素點(diǎn)進(jìn)行卷積，得到水平方向上各點(diǎn)的卷積結(jié)果Gx（i）和豎直方向上的卷積結(jié)果Gy（j），取兩個結(jié)果的最大值，就能獲得圖像中各點(diǎn)梯度的近似值。

由于不同個體眼部大小的差異，不同測試者正常狀態(tài)下閾值頻率分布也不盡相同，不能以統(tǒng)一的閾值作為判斷疲勞狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，在系統(tǒng)進(jìn)行疲勞監(jiān)測前需要確定一個疲勞閾值，系統(tǒng)啟動后，在一段時間內(nèi)對駕駛員的眼部信息進(jìn)行連續(xù)采集，以80%以上的概率分布點(diǎn)作為正式監(jiān)測時的閾值，判駕駛員是否閉眼。將閾值定義為3秒內(nèi)眼睛閉合80%的幀數(shù)占圖像總幀數(shù)的百分比，閾值大于40%且眼睛閉合時間大于3秒時，說明駕駛員處于疲勞駕駛狀態(tài)，啟動報(bào)警裝置。

3 報(bào)警的實(shí)現(xiàn)

為排除駕駛員眨眼而造成的誤檢，在系統(tǒng)運(yùn)行時每隔100 ms取一幀圖像數(shù)據(jù)處理，若是連續(xù)5次都檢測到駕駛員都處于疲勞狀態(tài)時就可認(rèn)為駕駛員正在疲勞駕駛，則開啟聲光報(bào)警信號，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出尖銳響聲，發(fā)光二極管閃爍，以此來警示駕駛員此刻正處于疲勞駕駛狀態(tài)。

4 實(shí)驗(yàn)平臺

系統(tǒng)運(yùn)行程序由matlab語言和C語言混合編程，利用matlab良好的圖形界面設(shè)計(jì)和C語言高效的運(yùn)行效率，將這兩種語言混合編程，核心算法由C語言實(shí)現(xiàn)，而輸入輸出則由matlab語言來完成。將疲勞駕駛檢測與識別算法移植到DSP芯片中，CCD攝像頭拍下的駕駛員面部圖像序列經(jīng)DSP處理后的試驗(yàn)結(jié)果與系統(tǒng)設(shè)定的閾值相比較，就可判斷出司機(jī)是否處于疲勞狀態(tài)。

5結(jié)束語

本系統(tǒng)建立的模型具有良好的線性，能適應(yīng)不同受試者并在1s內(nèi)對疲勞狀態(tài)的駕駛員發(fā)出警報(bào)，在高原防疲勞安全駕駛領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵明虎，王慧，鳳鵬飛，吳陵生.防疲勞駕駛技術(shù)的發(fā)展與研究[J].中國集體經(jīng)濟(jì)，1062-1066-1080.

[2]何明山，羅衛(wèi)東，陳啟新，張立.基于DSP虹膜識別防疲勞駕駛報(bào)警系統(tǒng)的研究.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，16730-193X（2016）01-0127-05.

[3]千承輝，王政，左濂銳，李春生，劉昊明.基于人眼識別的防疲勞駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，1671-5896（2016）04-0522-06.

（作者身份證號：6501031986080813151? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2203221992051688752）