楊柳松李　翔王軍宇

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040）

基于眼部識別技術(shù)在疲勞駕駛上的應(yīng)用

楊柳松李翔王軍宇

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040）

摘要：隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)代人生活節(jié)奏加快，尤其是司機(jī)的工作強(qiáng)度增加，疲勞駕駛的現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。為了保證人們安全駕駛，減少交通事故的發(fā)生，本文設(shè)計了利用樹莓派基于眼部特征識別技術(shù)來判斷是否疲勞駕駛的裝置，在檢測過程中以人體生理特征為基礎(chǔ)進(jìn)行實時跟蹤檢測，有效地對駕駛員的疲勞駕駛發(fā)出預(yù)警信號，最大程度地防止交通事故的發(fā)生。

圖像采集信息處理；控制及報警模塊；眼部特征識別

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車越來越成為人們出行首選的交通工具。然而，每年發(fā)生交通事故的概率居高不下，其中，很多是由于疲勞駕駛導(dǎo)致的。但是市場上很少有對疲勞駕駛進(jìn)行監(jiān)控的裝置，本文就此設(shè)計漏洞設(shè)計出一款可以監(jiān)測、提醒司機(jī)疲勞駕駛的裝備，盡可能地減少交通事故發(fā)生，保證駕駛員及他人的生命財產(chǎn)安全。我國汽車保有量只占全世界的2%～3%，但事故死亡人數(shù)卻占全世界的20%左右，已成為世界上道路交通事故最為嚴(yán)重的國家，也是死亡人數(shù)最多的國家。引發(fā)交通事故的原因有多種，根據(jù)我國交通部門的相關(guān)統(tǒng)計，疲勞駕駛是絕對的頭號殺手，每年造成數(shù)萬人的死亡和傷殘，為無數(shù)家庭帶來巨大痛苦。

一、圖像采集技術(shù)簡介

圖像采集技術(shù)是用于獲取駕駛員面部特征并完成對眼部的跟蹤定位的一項技術(shù)。圖像采集技術(shù)主要利用攝像頭采集司機(jī)的面部特征及信息，選用高速A/D；TVP5150PBS解碼芯片將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進(jìn)行處理運算。將轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號根據(jù)人臉器官的形狀描述以及他、它們的距離特性進(jìn)行模板化處理，然后利用眼睛、嘴巴、鼻子等部分之間的幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系，與基本的人臉幾何模板進(jìn)行對比，當(dāng)相似度超出某一閾值，則進(jìn)行輸出確認(rèn)其為人臉。再將自然光照下膚色濾波器連接至人眼感應(yīng)定位器，將數(shù)據(jù)傳送至人眼定位器，人眼定位器先采用二值化進(jìn)行圖像處理，利用眼睛在人臉中的區(qū)域灰度來定位眼睛，先用直方圖閾值法將圖像二值化，然后根據(jù)其中黑色區(qū)域的面積形狀以及相對位置等級和特征確定出瞳孔位置，之后采用基于活動輪廓模型的方法擬合上眼瞼邊緣，集中研究上眼瞼與下眼瞼的高度判斷眼睛狀態(tài)。利用Canny算法提取單像素的邊緣，確定內(nèi)眼角的位置，利用外眼角點的模板匹配法在眼睛圖像中匹配最合適的區(qū)域作為外眼角。在對眼角點位置和上眼瞼提取之后，對眼睛模型進(jìn)行定位。眼睛正面模被定義為紡錘形，中間是虹膜，左右端點為內(nèi)外眼角，上下圓弧為上下眼瞼，再將定位后的數(shù)據(jù)傳送給眼部特征識別模塊。

二、眼部特征識別技術(shù)

疲勞參數(shù)提取包括PERCLOS提取、Eye Closure Time提取、Blink Frequency提取、眼瞼閉合程度檢測和目光停滯時間檢測。PERCLOS是指眼睛閉合時間占給定時間段的百分比，是國際上公認(rèn)的與疲勞程度相關(guān)性最高的參數(shù)；Eye Closure Time提取是計算每次眼睛閉合到睜開所用時間，每分鐘統(tǒng)計最大值，得到這一分鐘內(nèi)的最大ECT，如果駕駛員眼睛閉合時間達(dá)到一定的值就意味著他沒有認(rèn)真地看著路況，這說明駕駛員正處于疲勞駕駛狀態(tài)，就極有可能引發(fā)交通事故；Eye Blink Frequency提取就是提取駕駛員的眨眼頻率，即記錄每分鐘眨眼次數(shù)，將提取數(shù)據(jù)與正常狀態(tài)下駕駛員眨眼頻率進(jìn)行對比，若眨眼頻率明顯提高，則為疲勞駕駛狀態(tài)；眼瞼閉合程度檢測，是利用Canny算法進(jìn)行單像素的邊緣提取，確定內(nèi)外眼角的位置以及上下眼瞼最大寬度，從而測量出△Y/△X的值（內(nèi)眼角與外眼角之間的最大距離為△X，上眼瞼與下眼瞼之間的最大距離為△Y），由于人在疲勞的狀態(tài)會本能地將上下眼瞼進(jìn)行閉合，我們監(jiān)測閉合程度能以最直接的方法判斷是否疲勞；目光停滯時間檢測，目光停滯是指駕駛員在駕駛時眼睛正常睜開但是已經(jīng)進(jìn)入走神或者睜眼睡眠狀態(tài)，這種狀態(tài)會導(dǎo)致駕駛員無法對行駛狀態(tài)、行駛路況進(jìn)行判斷，易發(fā)生交通事故，將所提取到的所有參數(shù)送給信息處理模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理。

三、信息處理技術(shù)

將所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即將提取到的眼睛閉合時間占給定時間段的百分比A、眼睛閉合到睜開所用時間T1、眨眼頻率f、眼瞼閉合程度B以及目光停滯時間T2等檢測數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)所得數(shù)據(jù)庫中給定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析判斷，從而確定駕駛員是否處于疲勞駕駛狀態(tài)，并將分析判斷后的結(jié)果傳送給控制判斷系統(tǒng)，由控制判斷系統(tǒng)判定駕駛員是否處于疲勞狀態(tài)。所謂機(jī)器學(xué)習(xí)是指將采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理、畫折線圖或者柱狀圖處理分析，最終擬合出此類數(shù)據(jù)的基本參考值，再將這些基本參考值都集中存儲到一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中。在判斷樣本是否符合標(biāo)準(zhǔn)時，只要從此數(shù)據(jù)庫中直接檢索就可以獲得所需的基本參考值，再將樣本數(shù)據(jù)與基本參考值進(jìn)行對比即可知道樣本是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

四、控制及報警模塊

利用Raspberry Pi作為控制及報警模塊的核心將信息處理模塊所分析得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換，利用高速D/A：SAA7121H解碼芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量輸出至報警模塊，通過警報器實現(xiàn)警示的作用。

結(jié)語

本設(shè)計利用人體的生理特征進(jìn)行分析，提供了一種基于機(jī)動車駕駛員眼部特征的防止疲勞的駕駛警報系統(tǒng)。它不受天氣狀況以及路況等外界因素的干擾，對司機(jī)疲勞程度作出準(zhǔn)確判斷，向司機(jī)本人發(fā)出報警信息，提醒司機(jī)對危險狀態(tài)作出及時處置，克服了現(xiàn)有基于機(jī)動車運動狀態(tài)的改變來防止疲勞駕駛設(shè)備的錯判率高、實時性差的問題，與現(xiàn)在有的防止疲勞駕駛設(shè)備相比，有裝置體積小，不影響駕駛員正常駕駛，能夠有效地防止交通事故的發(fā)生等優(yōu)點。

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