[发明专利]一种基于图象处理和信息融合技术的驾驶员疲劳监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图象处理和信息融合技术的驾驶员疲劳监测系统及方法。

背景技术

目前国内外对于“驾驶疲劳检测”方面的相关研究有很多：奥地利开发的“司机疲劳程度检测仪”。能够准确记录司机瞳孔直径的变化频率，供检测者判断司机的疲劳程度以及驾车的危险性。澳大利亚研制的“疲劳检测眼镜”。具有红外线传感器能够检测司机的眼睑活动和眨眼频率，据此判断司机是否已经处于疲劳状态。另外与眼镜相连的金属盒中有两个报警器能够及时提醒司机“该休息”，“你已处于疲劳状态”。1998年深圳长途汽车公司的周鹏应用人体心理学，现代神经学，电子工程学分析了驾驶员疲劳事故隐患的起因，提出消除疲劳事故隐患必须消除司机开车时的异常疲劳和大脑麻痹。基于此他研制了佩带于司机小腿部和手腕部的“司机疲劳事故预防器”，能在十几分钟至一二小时内消除司机已有的疲劳状况，清醒大脑。美国联邦公路管理局和汽车联合会资助的研究所，通过自行开发的专用照相机，脑电图仪和其他一起来精确测量头部运动，瞳孔直径的变化和眨眼频率，用以研究驾驶行为等问题。研究结果表明：一般情况下人们眼睛闭合的时间在0.2s至0.3s之间，驾驶时如果眼睛比和达到0.5s就很容易发生交通事故。美国宾夕法尼亚大学智能交通实验室和NHTSA采用PERCLOS(眼睛闭合时间占特定时间的百分率)作为精神生理疲劳的程度的测量指标。精神生理疲劳的测量还采用脑电图仪(EEG)，头动探测器等，但是公认最为有效的方法是PERCLOS法。明尼苏达大学计算机科学与工程系的NikolaosP.Papanikolopoulos教授成功开发了一套驾驶员眼睛的追踪和定位系统，通过安置在车内的一个CCD摄像头监视驾驶员的脸部，实现以下功能：1)用快速简单的算法确定驾驶员眼睛在脸部图象中的确切位置和其他脸部特征；2)通过追踪多幅正面脸部特征图象来监控驾驶员是否驾驶疲劳；3)追踪多幅侧面脸部特征图象来估算驾驶员是否疲劳。2000年3月Nikolaos P.Papanikolopoulos对上述系统进行了改进，改用红外线彩色摄像头并加滤波器滤除图象的噪声和非脸部图象，使搜索脸部图象的次数减少，加快了系统处理图象的速度。采用灰度模式匹配方法追踪输入图象序列来搜寻并确定眼睛区域，然后用同样的模式匹配方法来确定眼睛是睁开还是闭合，若搜索失败，系统自动重新开始搜索。

上述国内外的各种方法和系统在对疲劳驾驶进行监测和报警的系统方面有了很大的发展，但都或多或少存在以下三个问题：1、往往只考虑了某一个疲劳特征。而实际上由于不同驾驶员个人差异很大，且每一种疲劳测评方法的侧重点不同，因此只考虑一个疲劳特征的各种特定方法不是对所有的驾驶员都可靠的。如果考虑到驾驶室内环境条件的复杂性，如：白天、黑夜、黎明、黄昏、阳光、阴影等，只考虑一个疲劳特征的特定检测方法的效果就更差了。2、未能将疲劳检测的重点放在夜晚。夜晚是疲劳的高发时间段，而计算机视觉的检测手段和方法在晚上和白天是有区别的。3、基本上还处于实验室阶段，未经过驾驶室环境的考验，如：冷、热、潮湿、震动等。

发明内容

针对以上技术缺陷，本发明提供一种基于图象处理和信息融合技术的驾驶员疲劳监测系统及方法，该系统及其方法能够准确、实时、全天候、非接触式地监测驾驶员驾驶疲劳程度，以此判断驾驶员是否处于疲劳状态，如监测出疲劳驾驶，能够及时报警，有效地减少了因疲劳驾驶引起的交通事故隐患。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是，设计一种基于图象处理和信息融合技术的驾驶员疲劳监测系统，由嵌入式系统和外部设备组成，所述外部设备包括一个摄像头(1)、照明光源(2)和报警器(4)；所述嵌入式系统(3)包括嵌入式微处理器及由CPU控制的FLASH、RAM，嵌入式系统(3)通过USB接口与摄像头(1)连接，通过GPIO与照明光源(2)和报警器(4)相连接；所述嵌入式系统还包括存储于FLASH在RAM中运行的图象分析系统和计算机控制处理系统，其中图象分析系统包括图象采集模块、图象处理模块和报警控制模块，计算机控制处理系统采用嵌入式LINUX。

进一步说，图象采集部分采用了CMOS感光材料的摄像头和与摄像头配套的近红外线发光管做光源，其中根据照明情况，嵌入式系统自行决定是否打开红外光源。

其中上述摄像头和红外光源安装在驾驶室内驾驶员正面方向盘位置附近或在驾驶员头部前上方。

一种基于图象处理和信息融合技术的驾驶员疲劳监测方法，其监测步骤包括：

A、由摄像头采集连续的数字图象信号，通过图象处理模块对采集到的数字图象信号进行运算处理，检测到人脸位置，进而确定眼睛、瞳孔、嘴巴的位置和大小；