汽车驾驶员疲劳实时识别与监测系统研究

论文摘要

机动车辆与日俱增,交通安全越来越受到世人的关注,特别是疲劳驾驶。疲劳影响驾驶员的警觉性和安全驾驶能力,疲劳驾驶导致了许多汽车碰撞事故的发生。因此,许多国家都积极开展有关驾驶疲劳的研究工作。对驾驶员监测技术的研究主要集中在两个方面的研究:基于驾驶员生理参数测量的监测方法和基于车辆参数的监测方法。这两类中有许多方法受到车辆的类型、驾驶员的驾驶经验、驾驶条件以及须接触驾驶员等限制。在现有众多的方法中,PERCLOS是唯一通过美国国家公路交通安全管理局科学验证的,其定义为“在一定时间内眼睛闭合程度为80%-100%的时间占总时间的百分比”。本文选择PERCLOS作为疲劳检测判断标准并基于此设计开发了一种基于计算机视觉的驾驶员安全驾驶状态监测系统。定位人脸是获得眼睛状态的必要条件之一,本文采用灰度图像的帧间差分和背景差分相互结合的方法来定位人脸,然后根据人脸的几何特征确定人眼的粗略定位区,并对此区域在YCbCr色彩空间中进行人眼色块的检测。由色块的几何特征可以计算出眼睛的闭合度,从而获得单位时间内的PERCLOS值。系统以此为依据进行疲劳程度的计算,并在驾驶员出现疲劳状态时给出警告。在人眼状态检测中,本文用色块宽度与过色块在竖直中心线上的像素点的个数之比来描述眼睛状态的变化,比常用的宽高比值的方法拥有更高的准确性。本文根据对实验数据分析的结果,提出了利用倍数阀值来确定判断驾驶员是否疲劳的PERCLOS阀值的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 疲劳及疲劳检测方法
• 1.2.1 疲劳驾驶的表征和原因
• 1.2.2 疲劳驾驶的检测方法及其优缺点
• 1.3 国内外研究状况
• 1.3.1 国外研究状况
• 1.3.2 国内研究状况
• 1.4 目前研究所存在的问题
• 1.5 本研究的主要内容
• 第二章 PERCLOS 疲劳检测理论和现有系统
• 2.1 PERCLOS 定义和计算方法
• 2.2 PERCLOS 有效性可靠性实验
• 2.3 基于PERCLOS 疲劳判断阀值
• 2.4 基于PERCLOS 的疲劳检测系统
• 2.4.1 利用DSP 构成的系统
• 2.4.2 利用PC 机构成的系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 总体方案设计及论证
• 3.1 系统设计思路与原则
• 3.2 系统硬件组成
• 3.2.1 摄像头
• 3.2.2 PC 机
• 3.2.3 帧数比与时间比的关系
• 3.3 系统软件流程
• 3.3.1 用户信息的模块
• 3.3.2 图像获取模块
• 3.3.3 人脸定位模块
• 3.3.4 眼部状态和疲劳判断模块
• 3.4 本章小结
• 第四章 人脸检测
• 4.1 色彩空间知识
• 4.1.1 RGB 空间
• 4.1.2 YCbCr 空间
• 4.2 图像二值化
• 4.2.1 二值图像的定义
• 4.2.2 二值化图像的原因
• 4.2.3 二值化图像的过程
• 4.3 差分法检测人脸
• 4.3.1 背景差分法
• 4.3.2 帧间差分法
• 4.3.3 背景差分和帧间差分结合法
• 4.3.4 人脸位置的确定
• 4.4 本章小结
• 第五章 人眼的定位和状态检测
• 5.1 人脸肤色聚类和分割
• 5.1.1 在RGB 及其线性变化空间中的聚类
• 5.1.2 在YCbCr 中的聚类
• 5.1.3 人脸皮肤分割
• 5.2 图像的测量
• 5.2.1 图像测量的基本概念
• 5.2.2 图像的区域标记
• 5.2.3 图像的区域高、宽以及面积测量
• 5.3 人眼定位
• 5.3.1 粗略定位
• 5.3.2 消除噪声干扰
• 5.3.3 精确定位眼睛
• 5.3.4 较大偏转条件下的定位
• 5.4 状态检测
• 5.4.1 人眼状态检测实验
• 5.4.2 常用检测法
• 5.4.3 本文所采用的检测方法
• 5.4.4 开闭判断
• 5.5 本章小结
• 第六章 疲劳判断实验
• 6.1 视频标定阀值实验
• 6.1.1 实验目的
• 6.1.2 实验设备
• 6.1.3 实验软件
• 6.1.4 实验
• 6.1.5 实验数据与分析
• 6.2 标准仪器确定实验
• 6.2.1 实验目的
• 6.2.2 实验设备
• 6.2.3 实验
• 6.2.4 实验数据与分析
• 6.3 本系统程序功能
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研课题