[发明专利]基于光线感应的驾驶员眼动特征切换检测与跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像检测与跟踪方法，尤其涉及一种驾驶环境下的驾驶员人眼检测与眼动跟踪方法。

技术背景

随着科学技术和社会经济的快速发展，全世界汽车保有量在飞速增加的同时，恶性道路交通事故也呈同步增加趋势。据欧美各国的交通事故统计分析表明：在众多的交通事故中，有80～90％是驾驶员人为因素造成的，而疲劳驾驶又是其中最容易造成重大交通事故的“第一杀手”。美国国家公路交通安全署的统计，每年由于司机在驾驶过程中进入睡眠状态而导致的美国公路交通事故大约有10万起，其中约有1500起直接导致死亡，7.1万起事故导致人身伤害。据中国交通事故年鉴统计，我国因驾驶员人为原因造成的交通事故发生尤为严重，在2005年竟然达到92.69％，给我国国家财产和人民生命财产带来巨大损失，几乎等于整个教育科研经费的支出，相当于当年GDP的2～3％。通过理论研究表明，人类感知客观世界有90％以上的信息是通过眼睛获取的，而驾驶员的眼动过程(包括因脸部运动导致的整个眼睛的运动；以及眼睛本身的运动，如注视、扫视、闭眼、眨眼)直接反映了驾驶员的注意力状态。因此，开展基于驾驶员眼动视频跟踪、分析驾驶员注意力状况，评判驾驶员注意力是否集中、是否为疲劳驾驶已成为降低交通事故的主流技术，是汽车主动安全领域的前沿性课题之一。总之，进行驾驶环境下的人眼定位及眼动视频跟踪，是分析驾驶员驾驶状态，有效防止驾驶员疲劳驾驶、降低交通事故和人员伤亡率的必要前提。

目前，已有研究人员对驾驶员进行视频人眼定位及眼动跟踪，进行了一些研究，并取得了一定的成果。主要有基于运动的方法、基于特征和模板的眼动跟踪算法和基于非线性滤波理论的眼动跟踪算法。它们在实际应用中均暴露出以下一些亟待解决的问题：1、在夜间的光照条件下眼动跟踪困难；2、实际驾驶环境下眼动跟踪算法的复杂度高、计算时间长，实时性差；3、驾驶员的正常应急操作往往导致眼动跟踪失败，其鲁棒性和正确率较差。因此，有必要发明一种不受光照影响、计算复杂度小、能够适应驾驶员正常应急操作反应的高鲁棒性的眼动跟踪方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光线感应的驾驶员眼动特征切换检测与跟踪方法，该方法不受光照影响、计算复杂度小、能够适应驾驶员正常应急操作反应，具有较高的鲁棒性和正确率。

本发明的目的是这样实现的：基于光线感应的驾驶员眼动特征切换检测与跟踪方法，其步骤如下：

a、特征提取方法切换及定位：

驾驶过程中，采用USB摄像头获取驾驶员面部图像，并用光线感应器检测驾驶环境的光照度；

当检测到的光照度≥4Lux(勒克斯)且保持1分钟以上时，电脑启动Harr人眼检测方法定位，即：根据水平方向和垂直方向上相互独立的Harr特征，利用积分图像方法快速计算出获取的驾驶员面部图像的特征值，再根据特征值，用人眼区域分割法快速定位人眼；

当光线亮度＜4Lux(勒克斯)且保持1分钟以上时，电脑则启动二维正交Log-Gabor人眼检测方法定位，即：采用二维正交Log-Gabor滤波的相位编码方法，对驾驶员面部图像提取其人眼的正交相位特征，定位人眼；

b、眼动跟踪：在匀速模型的基础上增加跟踪系统噪声和观测噪声的尺度参数，并将增加的两个尺度参数做对数变换，进行眼动建模；采用UKF(无迹卡尔曼滤波)滤波算法，将渐消因子调整UKF滤波的系统过程噪声和观测噪声方差阵，并采用n+2个Sigma点采样策略(n为无迹卡尔曼滤波的维数)，对驾驶环境下的驾驶员进行眼动跟踪。

以上的眼动跟踪方法，申请人将其命名为采样强跟踪非线性滤波方法。

与现有技术相比，本发明的收益效果是：

一、能够有效地实现全天候、各种光照条件下的驾驶员人眼定位：

在人眼检测预处理阶段采用光线感应进行光照切换处理，在光照度≥4Lux(勒克斯)且保持1分钟以上(通常为白天)时，启动Harr人眼检测方法能够快速有效地进行驾驶员人眼定位，实时性好，正确率高；

在光线亮度＜4Lux(勒克斯)且保持1分钟以上(通常为夜晚)时，启动二维正交Log-Gabor人眼检测算法，利用二维Log-Gabor滤波器总是没有直流分量(DC)，提取的特征不受光照条件的影响，且通过提取人眼图像的正交相位特征，而不用多个方向滤波的计算，既能有效地避免光照对驾驶员人眼检测的影响，又具有较高的实时性、鲁棒性和正确率。

二、眼动跟踪阶段，本发明提出一种新的采样强跟踪非线性滤波方法，能有效进行驾驶员非线性眼动跟踪。