河南理工大學電氣學院 金谷香 張宏偉

在進行司機面部動態(tài)識別時拍攝整體頭部頭像的同時進行人景分離，將人臉圖像進行預處理之后提取特征量，通過不同特征向量與第一個閾值進行比對，超過閾值則進行語音提醒。檢測車輛的偏航角時結合司機面部動態(tài)檢測模塊來排除司機主觀換道因素。若偏航角超過所設的第二個閾值，無論是否是司機主觀換道，都應提醒司機注意行車安全。通過檢測司機的腦電波，將電信號轉化為數字信號進行處理，根據程序算法來檢測人腦的活躍程度，若低于第三個閾值，則進行實時語音提醒。針對之前所提及的三個檢測模塊，通過賦予不同比例的權重來設定第四個閾值，若檢測到的三個模塊均超過所設閾值，則觸發(fā)語音模塊報警，并對預先設置的用戶進行實時數據傳輸，提醒司機在就近服務區(qū)停靠休息。

相較于市面上的防疲勞駕駛系統(tǒng)，該防疲勞駕駛系統(tǒng)所考慮的因素更全面，算法也更為精確。基于原有的算法之上，運用多重分類的思想，不僅綜合了多方面的因素，還增加了分度等級表，根據不同的危險等級，發(fā)出不同的警報聲，更加具備用戶友好性。

1 傳統(tǒng)方法檢測疲勞駕駛存在的問題

目前關于檢測疲勞駕駛的研究方法已經比較準確，但是由于這些方法一般是在駕駛前或者駕駛后測量的，均有不同程度的超前或滯后，而非實時性檢測。除此之外，在駕駛室有限的空間內安裝檢測儀器也具有不小的難度；況且司機在進入或離開駕駛室的精神狀態(tài)呈現波動，使用精確的儀器測量出的結果也會大打折扣。關于檢測疲勞駕駛的系統(tǒng)中：基于生理現象的檢測技術，其檢測的準確性優(yōu)良，但在檢測心率、脈搏以及皮膚電壓等的變化實用性較差；基于操控行為的檢測技術，其可擴展性較差；基于行駛條件的檢測技術，其檢測的準確性較差。目前的防疲勞駕駛設計中，大多數是以面部識別、眼部識別、嘴部識別、壓力傳感器與檢測車輛是否偏離車道線為主，很少有對行車路況的檢測。而在實際應用中，人們更傾向于車載、實時非接觸式、能進行實時信息傳輸的疲勞檢測裝置。

2 改進措施

2.1 車輛偏移量檢測

針對市面上行車時計算偏離車道線的算法，本裝置加入面部檢測裝置，排除司機主觀換道因素后計算車輛的偏航角。若偏航角過大，無論是否是司機主觀換道，都應提醒司機注意行車安全。偏航角較大時，如果閾值設定過大，在車速較快的情況下駕駛人將無法及時調整車輛方向；如果閾值設定過小，為保證預警實時性，檢測幀數很少，則會影響預警系統(tǒng)準確性。算法計算得出將大偏航角設定為10°較合理。如果此時的偏航角小于0°，則當前車輛行駛狀態(tài)為左偏，反之為右偏。如果連續(xù)2幀圖像的檢測結果顯示車輛位置處于大偏航角狀態(tài)，即偏航角絕對值大于10°，則立即提醒。偏航角較小時，將閾值設定3°，車輛位置處于小偏航角狀態(tài)時，如果連續(xù)15幀圖像檢測結果顯示車輛偏航角絕對值大于3° 且處于持續(xù)增大過程，則觸發(fā)提醒。

2.2 面部動態(tài)檢測

主要檢測司機頭部傾斜程度、頭部下垂度、眼睛閉合頻率等的變化。人臉和背景存在灰度差異，包括毛發(fā)等都歸類為背景，拍攝整體頭部圖像后分離人臉，去除干擾后通過定位、采點、標記、計算和提取特征量將灰度值地的圖像轉化為數字信號，與正常值進行比對。若采取到的數值在預先設置的容許偏移量之間，則不觸發(fā)提醒；反之，進行智能語音播報。

2.3 腦電波檢測

腦電波檢測是通過檢測人的腦電波來判別人的疲勞程度，將人的腦電波這種電信號轉化為數字信號，處理后根據程序算法的計算來檢測人腦的活躍程度。當發(fā)現司機處于疲勞駕駛時，通過用戶預先設定的人聲進行智能語音播報，以提醒司機需要適時休息。若司機當時處于疲勞狀態(tài)，但離下一個服務區(qū)距離較近，則可通過該模塊進行實時數據傳輸獲知信息，以便進行分析判斷是否應就近服務區(qū)進行?？啃菹?。

2.4 智能語音提醒與家人防擔憂系統(tǒng)

現在市面上的普通系統(tǒng)都是冰冷的機器音，不僅會讓人感到不適，還無法有效的提醒車主。因此采用了溫暖的親人語音提醒，只需提前錄入幾段語音，就可以自動進行提醒，司機即使身在外，也依然能感受到家人的溫暖，來自親人的親切話語也會使得司機駕駛時更加的小心，從而降低事故發(fā)生率。與此同時，家人防擔憂模塊還能夠將車主駕駛時的信息實時傳輸給他的家人，讓家人們不再擔心并且能第一時間了解到司機的狀況。

3 工作原理

設計開發(fā)智能親人語音提醒軟件系統(tǒng)，方法利用計算機語音合成技術合成人聲語音，通過計算機音箱提醒。具體流程圖如圖1所示：

圖1 語音提醒模塊流程圖

系統(tǒng)采用 STC89C51 單片機作為控制芯片、麥克風和NE5532組成的放大電路，其中帶通濾波器和A/D模數轉換器則負責語音信號采集，D/A轉換器和揚聲器將負責語音回放，外部存儲器負責語音存儲，而 LED 點陣顯示屏即負責呈現提示信息，另有單片機自帶鍵盤可負責控制語音錄入和回放。

當按下錄入鍵，語音信號由MIC錄入，經過放大和濾波后，送入A/D轉換器轉換為語音數字信號，在單片機的控制下，就將語音數字信號存儲在外部存儲器中。當按下回放鍵，單片機提取相應的數字信號，再經D/A轉換為模擬信號，而經濾波和功率放大后，將由揚聲器輸出，同時屏幕在單片機控制下，將會顯示語音信息的編號。

本系統(tǒng)以STC89C51單片機為核心控制芯片進行控制，負責錄音、放音、對于中斷命令的響應和對外部存儲器RAM進行讀寫操作?？刂菩酒刂茀f調各部分電路，將語音模擬信號轉換為數字信號，并存儲到外部存儲器; 當收到回放請求，則調出數字信號并轉換為模擬信號輸出。

存儲器采用隨機存儲器RAM。這是一種存儲單元的內容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關的存儲器，因此選取此類外部存儲芯片就大大提高了系統(tǒng)的靈活性。

本裝置加入了智能親人語音提醒模塊與家人防擔憂模塊?，F在市面上的普通系統(tǒng)都是冰冷的機器音，不僅會讓人感到不適，還無法有效的提醒車主。因此我們采用了溫暖的親人語音提醒，只需提前錄入幾段語音，就可以自動進行提醒，讓車主即使身在外，也依然能感受到家人的溫暖，來自親人的親切話語也會使得車主駕駛時更加的小心，從而降低事故發(fā)生率。與此同時，家人防擔憂模塊還能夠將車主駕駛時的信息實時傳輸給他的家人，讓家人們不再擔心并且能第一時間了解到車主的狀況。

行車時檢測前方道路情況時，如果前方道路一路平坦，結合司機行車時間，進行防疲勞檢測，如司機行車時間過長，為防止司機心神疲憊，進行語音提醒；如有服務區(qū)，則提醒距離前方服務區(qū)有多遠距離以及距離下一個服務區(qū)有多遠距離，提醒司機注意休息。目前的防疲勞駕駛設計中，大多數是以面部識別、眼部識別、嘴部識別、壓力傳感器與檢測車輛是否偏離車道線為主，很少有對行車路況的檢測，我們加入這個功能，可能對檢測疲勞駕駛只起到了輔助作用，最大的作用在于預防之上，在容易發(fā)生疲勞駕駛的時刻對司機進行提醒，并對服務區(qū)的距離進行提醒，可以有效防止司機發(fā)生疲勞駕駛的情況。

目前已有的防疲勞駕駛系統(tǒng)針對的只是一個群體，雖然已經考慮到了許多方面的因素，但由于每個人的生活習慣與身體狀況都不一樣，本設置所設計的算法并不是完全精確，因此我們考慮將目前已有的防疲勞駕駛軟件與大數據庫相結合，構造一個可以精確到個人的基于大數據庫下的防疲勞駕駛系統(tǒng)。從車主購買產品時開始計算，將其平時的行為習慣都記錄在內，如果行車時發(fā)現異于平常并符合本設置算法的行為，則可以精確的認定其為疲勞駕駛，然后發(fā)出警報。這也是下一步所要實現的目標。

4 應用前景

目前已有的防疲勞駕駛系統(tǒng)針對的只是一個群體，雖然已經考慮到了許多方面的因素，但由于每個人的生活習慣與身體狀況都不一樣，所設計的算法并不是完全精確，因此考慮將目前已有的防疲勞駕駛軟件與大數據庫相結合，構造一個可以精確到個人的基于大數據庫下的防疲勞駕駛系統(tǒng)。從車主購買產品時開始計算，將其平時的行為習慣都記錄在內，如果行車時發(fā)現異于平常并符合我們的算法的行為，則可以精確的認定其為疲勞駕駛，然后發(fā)出警報。

在目前這個忙碌的社會，工作者們每天都在為生活而奔波。在駕駛車輛時，經常會有疲勞駕駛的狀況發(fā)生。為減少疲勞駕駛所帶來的危害，該系統(tǒng)可以給駕駛員發(fā)送語音或振動信號，及時提醒駕駛員糾正當前的駕駛行為，從而防止事故的發(fā)生。據估計，防疲勞系統(tǒng)可以減少約30%的車道偏離傷亡事故。所提出的算法是基于現有的防疲勞系統(tǒng)實現，因而更容易與現有系統(tǒng)集成，并具有較高的可靠性和應用前景。