汽车的疲劳预警系统的设计论文.doc

汽车的疲劳预警系统的设计 姓名：吕欣 学号 班级：机电硕1203班汽车的疲劳预警系统的设计 一、 绪论 本章首先阐述了课题的研究背景及意义，国内外对该课题的研究现状及常用的方法，指出了目前研究中存在的问题与难点。 1.1课题研究背景及意义 疲劳驾驶是当今交通安全的重要隐患之一。驾驶人在疲劳时，其对周围环境的感知能力、形势判断能力和对车辆的操控能力都有不同程度的下降，因此很容易发生交通事故。统计数据表明，在2007 年至2008 年我国直接由疲劳驾驶导致的死亡人数分别占机动车驾驶人交通肇事总死亡人数的11.35% 、10.91% 和12.5%[1]-[3]， 大约每年有9000 人死于疲劳驾驶。因此，研究开发高性能的驾驶人疲劳状态实时监测及预警技术，对改善我国交通安全状况意义重大。驾驶人疲劳状态监测方法 驾驶人疲劳状态的检测方法可大致分为基于驾驶人生理信号、基于驾驶人生理反应特征、基于驾驶人操作行为和基于车辆状态信息的检测方法。 据图2-1并结合对照课题研究内容将其分为三部分： 1驾驶员人脸图像信息的采集与存储 2图像的处理（包括人脸检测及人眼定位） 3疲劳驾驶判定及预警 系统的流程图如图2-2所示。 2.2图像采集子系统设计框架 该子系统的主要目的是完成图像数据的采集及存储，并实现与主处理器之间的控制信息通信及数据传输。该子系统不需要完成数据处理这一复杂的过程，因而使用逻辑控制器就可以实现这一功能。选用双储存器交替方式，如图2-3所示。 2.3 图像传感器的选择 图像传感器作为整个系统的输入信号，其新性能以及获取的图像质量对后续工作具有决定性影响。目前图像采集主要有两种方式：CCD视频图像信号采集方式和COMS图像传感器图像采集方式。 两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。造成这种差异的原因在于：CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此，必须先放大，再整合各个象素的数据。 由于数据传送方式不同，因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异，这些差异包括： 1.灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。 2.成本差异：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。 3.分辨率差异： 如上所述，CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。 4.噪声差异：由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。 5. 功耗差异：CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到12~18V；因此，CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。 综上所述，虽然CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，但考虑到低成本、低功耗、以及高整合度的要求，COMS传感器更能胜任这个系统图像采集的要求，因此，系统采用美国Omnivision公司研制的OV76