[发明专利]利用智能手机扬声器和麦克风的驾驶员吸烟行为检测方法

权利要求书

1.利用智能手机扬声器和麦克风的驾驶员吸烟行为检测方法，包括以下步骤：

步骤1：分析驾驶员吸烟行为包含的动作模式，包括：驾驶员左手或右手持烟，抬手将烟放在嘴上，把烟吸入嘴中，放下烟，驾驶员通过吸气把嘴中的烟吸入肺中，驾驶员通过呼气把烟呼出；

步骤2：计算驾驶员不同身体部位与手机之间的距离变化序列：

步骤2.1：采集驾驶员在驾驶时的动作数据；

在驾驶员驾驶的车辆内放置智能手机，手机扬声器按固定时间间隔发出超声波信号；

超声波信号经过正在运动的人体反射后，被手机麦克风接收；同时，通过车内放置的录像设备，收集驾驶员真实的动作信息；

步骤2.2：确定步骤2.1接收到的超声波信号的开始位置；

步骤2.3：经过步骤2.2找到开始点后，计算反射超声波信号的物体与手机之间的距离；

其中，接收信号包含手机周围各种物体反射的信号；为找到驾驶员的手臂和胸腔反射的信号，需监测不同距离上物体的移动；为监测物体的移动，从接收信号的开始点计算与发射信号的相关性；

步骤3：在距离变化序列中，识别与驾驶员吸烟相关的胸腔起伏；

为监测驾驶员的呼吸情况，首先确定哪些序列与胸腔运动有关，在经过步骤2得到每个物体的移动距离变化序列后，选择振幅变化范围小于2.4cm的序列；然后，对选择的序列进行快速傅立叶变换，找出主要频率在0.16Hz-0.6Hz之间的序列；该序列所处的距离即为驾驶员胸腔所处的位置，能够通过智能手机连续对胸腔运动进行检测；

为区分正常呼吸、深呼吸和吸烟呼吸，必须获得每次呼吸的深度、吸气和呼气的时长；为区分正常呼吸和吸烟呼吸，首先根据距离变化序列的均值和标准差设置一个阈值，过滤掉大于阈值的波谷；为区分深呼吸和吸烟呼吸，分别计算波谷两侧1s内的距离变化序列的斜率；两个斜率绝对值的差值代表吸气时长和呼气时长的时间差，如果差值大于设定的阈值，则认为当前的一次呼吸是吸烟呼吸；

步骤4：在距离变化序列中，识别与驾驶员吸烟相关的手臂动作；

首先从距离变化序列中过滤掉振幅变化范围小于2.4cm的序列和持续时间小于2s的序列；

过滤后距离变化序列是一个二维的矩阵，该矩阵视为二维的黑白图像；为识别图像中是否存在吸烟时的手臂运动，采用深度学习方法对图像进行分类；首先，采用5s的滑动窗口对图像进行分割；然后，根据录像设备收集的真实动作信息，标记出每个图像真实所属的动作类别，包括吸烟时的手臂动作和其他动作，作为该图像的标签；之后，利用吸烟时的手臂动作和其他动作的图像和标签，训练出一个卷积神经网络，该神经网络能够识别出驾驶员吸烟时的手臂动作；

步骤5：综合分析驾驶员的胸腔起伏和手臂动作；

当利用步骤4中的算法检测到驾驶员手部存在吸烟动作后，选择这段时间前后的音频信号进行步骤3中的呼吸检测；如果在选定的信号中，检测到吸烟呼吸，则认为驾驶员完成了一次吸烟动作；随后进行周期性分析，以检测在第一次吸烟动作之后是否还有吸烟动作，且连续两次吸烟动作的时间间隔是否相似，最终判断出驾驶员是否存在吸烟行为。

2.如权利要求1所述的利用智能手机扬声器和麦克风的驾驶员吸烟行为检测方法，其特征在于，步骤2.1中，超声波信号的长度设置为1.33ms，时间间隔为8.33ms。

3.如权利要求1所述的利用智能手机扬声器和麦克风的驾驶员吸烟行为检测方法，其特征在于，步骤2.2的实现方法如下：

首先，采用带通滤波器过滤掉所需频率之外的信号；对于滤波后的信号，采用一个滑动窗口方法，比较发出的超声波信号和窗口内接收信号的相似性，然后窗口向后滑动，直到找到相似性最大的时间点，这个时间点定义为开始点。