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防疲劳驾驶的图像处理预警系统

摘要

随着社会经济的发展，机动车辆与日俱增，由驾驶疲劳引起的交通问题越来越受到人们的关注。因此，为减少疲劳驾驶而引起的交通事故和保障人们的人身安全，研究有效的方法来实时检测驾驶员的疲劳状态是非常必要和具有重要意义的。

尽管目前已有一些简单的防疲劳驾驶的检测方法，但是具有非接触式的、实时性的、高灵敏度和可靠性防疲劳驾驶的监测方法至今在国内尚未得到很好的解决。

本文主要研究了疲劳驾驶的预警问题。本文针对疲劳驾驶检测技术的难点，提出防疲劳驾驶图像处理预警系统的合理性能指标（友好性、实时性、可靠性、鲁棒性）；根据系统的性能指标确定疲劳驾驶检测方法、图像处理器和图像处理算法的方案，此方案是基于DSP的具有非接触性、实时性等特点防疲劳驾驶数字图像预警系统；最后，介绍系统的实现原理与功能。

本设计是通过在视频中使用Kalman法对人脸进行自动跟踪，找出眼部图像，然后利用DSP进行一系列图像处理，最后得到眼睛的二值化图像，从而判断出眼睛开合状态或眨眼频率。根据采集的数据，结合PERCLOS法来判断驾驶员是否出现疲倦，并在出现疲倦特征的时候做出警告。如果在多次警告后驾驶员的精神状态依然没有改善的情况下，系统会自动降低车速，并通过汽车后窗上的电子屏以文字“疲劳驾驶，正在减速，请您留意”提示，以保证行车安全。同时，系统还会持续地发出警告，直到驾驶员重新复位系统。而且，该系统还具有行车记录功能，每秒钟都会把当前行车的部分数据，如当前时间、车速、驾驶员眨眼次数、精神状况等记录下来。

本文的亮点在于：所设计的系统具有非接触性，实时性等特点，而且具有行车记录功能，且汽车后窗上用电子屏显示提醒后面的司机，共同注意疲劳驾驶，很人性化。

关键词：疲劳驾驶人脸自动跟踪疲劳判DSP预警系统

1前言

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%，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。

在智能化技术迅猛发展的今天，汽车驾驶也在朝着智能化、安全化的方向发展，对驾驶员的疲劳状态的检测已成为汽车智能辅助驾驶的关键技术。

1.1疲劳驾驶检测技术的研究难点

疲劳驾驶检测技术的难点主要表现在：车祸往往发生在一瞬间，要避免交通事故，需要迅速、准确、及时地对处于疲劳驾驶状态的司机发出警告，因此，疲劳驾驶报警装置应具有很好的实时性；由于大部分监测传感器为接触性的，在行车过程中会造成驾驶员不适或影响驾驶员操作，因此，检测驾驶员的精神状况，最好是用非接触式检测方法；另外，性能良好的疲劳报警装置应具有很高的灵敏度、可靠性以及良好的性价比。所以，软件方面，如何改进已有的疲劳检测方法，在保证监测结果准确性的同时提高算法的运算速度是目前所要解决的主要问题。硬件方面则需要对装置的性价比和硬件速度等方面进行改进。

1.2本作品较为突出的难题

（1）人脸的自动跟踪

本作品所介绍的防止疲劳驾驶测试系统是以车速作为触发的。当车速低于70km/h时，系统处于休眠模式，不会对人眼进行监测。当车速超过这个阀值时，系统就会进入检测模式，开始对驾驶员的精神状态进行监视。驾驶员的脸不可能一直保持在同一个位置，所以监视时如何自动找到跟踪人脸便是疲劳检测的首要解决的问题。初步确定可利用Kalman

（2）人眼开合状态的检测判别

眼睛在脸部的相对位置基本能找出眼睛的位置，但系统要有普遍适用性，所以对于不同驾驶员的眼睛来说，根据相关文献，用模式识别的话分类得到的结果起伏比较大，稳定性不好，所以要找到稳定性好的识别方法。同时检测速度要快，因为眨眼时间很短，容易漏判。所以也要求检测判别要快。

（3）汽车自动减速

当几次声音预警提示后，驾驶员精神状态仍未改善的话，系统进入车速自动控制模式。通过控制模块将车速自动减慢到60km/h。减速要做到及时，而且不能减到低于60km/h，因为高速公路上车速最低为60

2系统功能与指标

2.1功能介绍

本设计是通过在视频中对人脸进行自动跟踪，找出眼部图像，然后利用DSP进行一系列图像处理，最后得到眼睛的二值化图像，从而判断出眼睛开合状态。根据采集的数据判断出驾驶员是否出现疲倦，并在出现疲倦特征的时候做出警告。警告是高音量的声音提醒，以便驾驶员听到。打瞌睡报警反应时间是2-3秒（高速路2秒，市区路3秒），报警次数为3次长声，其他情况（如看后视镜时间过长