[发明专利]一种驾驶员面部表情的自动定位和识别系统

权利要求书

1.一种驾驶员面部表情的自动定位和识别系统，其特征在于，包括驾驶员图像采集模块(1)、距离感知模块、自动对正模块(2)、驾驶员面部识别模块、警示模块；

所述驾驶员图像采集模块(1)包括摄像头(11)、夹具(13)和移动平台(15)，用于在实验室和实车环境下的驾驶员面部图像采集，摄像头(11)固定在夹具(13)上，夹具(13)与移动平台(15)连接，可安装在车辆驾驶员和实验室操作台上；跟据车型的不同和实验室驾驶模拟器的空间大小确定驾驶员图像采集模块的安装位置，保证在不同环境下均可以正常工作；

所述距离感知模块根据驾驶员图像采集模块采集的驾驶员面部表情，采用改进后的积分投影算法定位出驾驶员眼睛、鼻子、嘴巴和耳朵的位置，从而确定摄像头与驾驶员面部中心的距离与角度；改进后的积分投影算法为：

距离感知模块通过处理驾驶员的面部图像的灰度值，使驾驶员眼睛、鼻子和嘴巴的特征区域的灰度值相近，以面积微元为最小单位，在二维平面内采用积分与微分投影结合的算法计算出同一灰度值区域的中心位置二维坐标(x,y)来定位驾驶员面部表情中特征区域：眼睛、鼻子、嘴巴和耳朵的中心位置，公式如下：

Δσ＝f(x+Δx,y+Δy)-f(x,y)

式中，为计算图像区域灰度函数的积分投影值，为计算图像区域的微分投影法的累加值，k为权值系数，调整k的取值可以调整两种计算算法的权重，使算法更精确；权值系数k通过在人脸图像库中随机抽取1000个人的面部图像，对它们进行基于C均值的模糊聚类分类，不断优化出最优的权值系数k；当驾驶员为同一个人时，记录驾驶员的面部图像并对个人图像进行分类，针对他的数据来调整权重系数k，使算法对个人的识别准确率更高；

根据计算出的驾驶员眼睛、鼻子、嘴巴和耳朵的中心位置，确定出驾驶员面部中心与驾驶员面部识别模块之间的距离；

所述自动对正模块(2)包括Y轴水平移动机构(21)、Y轴旋转机构(22)、Z轴旋转机构(23)；Y轴水平移动机构(21)、Y轴旋转机构(22)、Z轴旋转机构(23)均由步进电机(2x1，x＝1,2,3)和减速机构构成；自动对正模块(2)根据距离感知模块计算出的驾驶员图像采集模块(1)与驾驶员面部中心的距离与角度，在三个自由度上控制步进电机(2x1)，改变驾驶员图像采集模块(1)的位置，使驾驶员的鼻子区域在摄像头中心区域，起到与驾驶员面部对正的效果，保证驾驶员图像采集模块可以准确的采集驾驶员面部信息；

所述驾驶员面部识别模块用于处理驾驶员的面部图像，采用K近邻法的算法将驾驶员的面部特征分类，识别出驾驶员的面部表情，并将驾驶员正常操控车辆时的表情定义为正常；驾驶员面部识别模块实时识别出驾驶员的面部表情，并根据驾驶员面部表情显露出表情的清晰程度不同，将驾驶员的面部表情分成轻度表情和明显表情；

所述警示模块在驾驶员面部识别模块识别出驾驶员面部的表情时，根据驾驶员的面部表情的类型和表情的清晰程度不同，分成不同的模式分别对驾驶员做出相应的提醒与警示，采用多种应对措施提醒驾驶员行车安全。

2.根据权利要求1所述的一种驾驶员面部表情的自动定位和识别系统，其特征在于，所述驾驶员图像采集模块的摄像头(11)采用单目广角摄像头，在摄像头(11)与夹具(13)之间设有转向销轴(12)；转向销轴(12)与Y轴旋转机构通过与Y轴旋转锥齿轮(215)啮合，具体由Y轴旋转步进电机(211)通过Y轴减速齿轮(212、213、214)、Y轴旋转锥齿轮(215)调整Y轴转角；Z轴旋转机构与夹具(13)由Z轴旋转锥齿轮啮合齿轮(225)连接，具体由Z轴旋转步进电机(221)通过Z轴减速机构(222、223、224)、Z轴旋转锥齿轮(225)调整夹具的Z轴转角；夹具(13)由水平轴承(14)连接移动平台(15)；移动平台可直接放置在实验室驾驶模拟器实验台上，也可以在底部加装吸盘，由吸盘将驾驶员图像采集模块固定在实车的挡风玻璃上，并对准驾驶室；Y轴水平移动机构通过Y轴水平移动斜齿圆柱齿轮(235)与移动平台(15)连接，具体由Y轴水平移动步进电机(231)通过Y轴水平移动减速机构(232、233、234)、Y轴水平移动斜齿圆柱齿轮(235)调整移动平台的Y轴水平位置。