一种基于结构光的三维驾驶员识别系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于结构光的三维驾驶员识别系统，包括面部特征信息采集模组和驾驶员识别硬件装置，所述信息采集模组包括结构光红外线发射器、红外线接收镜头和RGB摄像头，所述驾驶员识别硬件装置包括三维图像处理器、RGB图像处理器、第一数据存储器、中央处理器、CAN通信、Ethernet通信和第二数据存储器。本发明专利技术利用了主动发射的红外结构光，在黑暗环境下仍然保持高精度识别性能，避免了暗光使用环境的制约，采用三维红外图像与二维RGB图像相结合的模式，避免了强光使用环境的制约，将驾驶员识别精度提升到99.8%；两种识别模式，既满足了个人和家庭用户的使用需求，又满足了企业等大客户的使用需求，增强了产品的灵活性，增加了潜在客户。

A 3-D Driver Recognition System and Method Based on Structured Light

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构光的三维驾驶员识别系统及方法
本专利技术涉及交通安全
，具体是一种基于结构光的三维驾驶员识别系统及方法。
技术介绍
智能汽车是新一轮科技革命背景下的新兴技术，集中运用了现代传感技术、信息与通信技术、自动控制技术、计算机技术和人工智能等技术，代表着未来汽车技术的战略制高点，是汽车产业转型升级的关键，也是目前世界公认的发展方向。开发高效、安全、舒适、节能的汽车是全球各大整车企业争夺市场的筹码。驾驶员识别系统可显著增强车辆的防盗安全性和操作舒适性，是吸引客户的有效买点。相关专利有多个汽车企业已经提出，基本方案主要分两大类，第一类是通过移动通信设备（如手机）间接获取驾驶员信息（专利名称：基于智能手机的汽车驾驶员识别方法，申请号：CN201710452450.8）。该方案先通过手机端的摄像头扫描用户面部信息完成注册，在用户使用时通过无线通讯的形式将用户信息传输到云端和车载终端并完成身份识别；第二类是利用车载摄像头识别驾驶员信息（专利名称：基于三维人脸识别的驾驶员识别仪申请号：CN201410790555.0）。该方案利用RGB双目摄像头获取驾驶员的身份，用于监控驾驶员开车的过程合法性。第一类利用移动通信设备的方案实现过程比较简单，成本低廉，主要缺点是依赖手机的性能，在信号不佳的地方，功能失效概率高，如果采用近场通信模式（如蓝牙，wifi）又会造成功耗过大、操作繁杂的弊病。第二类利用常规RGB车载摄像头的方式识别驾驶员信息。该方法能有效避免通信场地受限和功耗过大的缺陷，但是该方案属于一种被动式图像采集系统，在暗光环境下识别度低，（目前最高识别率约90%），只适用于汽车后装市场的车队管理或驾驶员疲劳监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于结构光的三维驾驶员识别系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于结构光的三维驾驶员识别系统，包括面部特征信息采集模组和驾驶员识别硬件装置，所述信息采集模组包括结构光红外线发射器、红外线接收镜头和RGB摄像头，所述驾驶员识别硬件装置包括三维图像处理器、RGB图像处理器、第一数据存储器、中央处理器、CAN通信、Ethernet通信和第二数据存储器，所述结构光红外线发射器发射的是一组红外激光点阵，在发射器内部，由半导体激光器产生单束红外激光，利用分光透镜和散射透镜将单束激光转换成激光点阵散斑并投射到驾驶员面部；所述红外线接收镜头用于捕获从驾驶员面部反射的红外点阵图像，RGB图像处理器结合红外点阵深度图像和可见光图像来提取驾驶员脸部特征；所述三维图像处理器是驾驶员三维图像数字模型重建的处理中心，三维图像处理器控制结构光红外线发射器的点阵图A，并保存到第一数据存储器中，然后对红外线接收镜头捕获的带有驾驶员面部深度信息的点阵进行解析，获得点阵图B，通过对比A与B两个点阵图建立驾驶员脸部三维模型；所述RGB图像处理器将RGB摄像头获取的二维彩色图像数字化，并发送给三维图像处理器和中央处理器，所述中央处理器是驾驶员识别系统的控制中心，中央处理器用于运行人脸识别算法，判断图像传感器获取的驾驶员身份是否合法。作为本专利技术再进一步的方案：所述RGB摄像头是常规的红、绿、蓝三原色摄像头，用于获取人脸的二维平面彩色图像。作为本专利技术再进一步的方案：所述中央处理器还需要运行嵌入式操作系统，底层硬件驱动、诊断和通信的基础程序。作为本专利技术再进一步的方案：所述CAN通信包括CAN控制器和CAN收发器两部分，实现整车CAN网络与驾驶员识别系统的通信，驾驶员身份识别一旦判定为合法，系统将发送指令给CAN网上的车身控制模块，允许驾驶员接管车辆。作为本专利技术再进一步的方案：所述Ethernet通信包括Ethernet控制器和Ethernet收发器，实现与车载通信模块T-BOX通信，以获得后台云端的驾驶员信息。作为本专利技术再进一步的方案：所述第二数据存储器内部设置隔离区，隔离区存储合法注册的驾驶员信息，所述信息是车主或驾驶员事先注册时保存在隔离区的信息。作为本专利技术再进一步的方案：所述的基于结构光的三维驾驶员识别系统的识别方法，包括以下步骤：1）驾驶员一旦触发驾驶员识别系统，系统首先控制结构光红外线发射器发射红外点阵图，然后对传感器获取的红外点阵图与RGB图像进行软件滤波与校正，包括线性校正、噪点去除、曝光校正、坏点修补、白平衡校正和颜色插值的处理步骤；2）RGB图像处理器将RGB摄像头获取的二维彩色图像数字化，并发送给三维图像处理器和中央处理器，RGB二维图像是三维模型建立的辅助信息源，主要用途是提升三维人脸模型的质量，在强光环境下，RGB二维图像的辅助参考权重将显著增加；3）经过滤波与校正的图像信号，即可用来重建三维模型，红外点阵包含驾驶员深度信息，采用三角深度测量算法重建人脸模型；4）三维模型一旦重建，系统进一步对比传感信息与合法存储信息的匹配程度以识别驾驶员信息；驾驶员识别系统具备两种识别模式，一种是本地识别模式，另一种是云端识别模式；5）首先调用本地第二数据存储器内部的驾驶员信息，将图像传感器获取的驾驶员身份信息与之对比，如果匹配成功，则通过CAN网络发出认证通过的指令；如果匹配不成功，则请求云端信息；6）云端识别模式是将图像传感器获取的驾驶员身份信息与云端传输的驾驶员身份信息对比，如果匹配成功，则通过CAN网络发出认证通过的指令；如果匹配不成功，测试系统识别认证失败，云端信息是车载通信模块通过Ethernet发送到该驾驶员识别系统中。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术利用了主动发射的红外结构光，在黑暗环境下仍然保持高精度识别性能，避免了暗光使用环境的制约。2、本专利技术采用三维红外图像与二维RGB图像相结合的模式，在强日光环境下仍然保持高精度识别性能，避免了强光使用环境的制约，将驾驶员识别精度提升到99.8%。3、本专利技术属于车载设备，不依赖外部终端信息设备，规避了通信场地局限与功耗大的缺陷。4、本专利技术设置了本地和云端两种驾驶员识别模式，既满足了个人和家庭用户的使用需求，又满足了企业等大客户的使用需求，增强了产品的灵活性，增加了潜在客户。附图说明图1为基于结构光的三维驾驶员识别系统中面部特征信息采集模组的结构示意图。图2为基于结构光的三维驾驶员识别系统中驾驶员识别硬件装置的结构示意图。图3为基于结构光的三维驾驶员识别方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1～2，本专利技术实施例中，一种基于结构光的三维驾驶员识别系统，包括面部特征信息采集模组和驾驶员识别硬件装置，所述信息采集模组包括结构光红外线发射器1、红外线接收镜头3和RGB摄像头4，驾驶员识别硬件装置包括三维图像处理器5、RGB图像处理器6、第一数据存储器7、中央处理器8、CAN通信9、Ethernet通信10和第二数据存储器11。所述结构光红外线发射器1发射的是一组红外激光点阵，在发射器内部，由半导体激光器产生单束红外激光，利用分光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构光的三维驾驶员识别系统，包括面部特征信息采集模组和驾驶员识别硬件装置，其特征在于，所述信息采集模组包括结构光红外线发射器（1）、红外线接收镜头（3）和RGB摄像头（4），所述驾驶员识别硬件装置包括三维图像处理器（5）、RGB图像处理器（6）、第一数据存储器（7）、中央处理器（8）、CAN通信（9）、Ethernet通信（10）和第二数据存储器（11），所述结构光红外线发射器（1）发射的是一组红外激光点阵，在发射器内部，由半导体激光器产生单束红外激光，利用分光透镜和散射透镜将单束激光转换成激光点阵散斑并投射到驾驶员面部（2）；所述红外线接收镜头（3）用于捕获从驾驶员面部（2）反射的红外点阵图像， RGB图像处理器（6）结合红外点阵深度图像和可见光图像来提取驾驶员脸部特征；所述三维图像处理器（5）是驾驶员三维图像数字模型重建的处理中心，三维图像处理器（5）控制结构光红外线发射器（1）的点阵图A，并保存到第一数据存储器（7）中，然后对红外线接收镜头（3）捕获的带有驾驶员面部（2）深度信息的点阵进行解析，获得点阵图B，通过对比A与B两个点阵图建立驾驶员脸部三维模型；所述RGB图像处理器（6）将RGB摄像头（4）获取的二维彩色图像数字化，并发送给三维图像处理器（5）和中央处理器（8），所述中央处理器（8）是驾驶员识别系统的控制中心，中央处理器（8）用于运行人脸识别算法，判断图像传感器获取的驾驶员身份是否合法。...

【技术特征摘要】
1.一种基于结构光的三维驾驶员识别系统，包括面部特征信息采集模组和驾驶员识别硬件装置，其特征在于，所述信息采集模组包括结构光红外线发射器（1）、红外线接收镜头（3）和RGB摄像头（4），所述驾驶员识别硬件装置包括三维图像处理器（5）、RGB图像处理器（6）、第一数据存储器（7）、中央处理器（8）、CAN通信（9）、Ethernet通信（10）和第二数据存储器（11），所述结构光红外线发射器（1）发射的是一组红外激光点阵，在发射器内部，由半导体激光器产生单束红外激光，利用分光透镜和散射透镜将单束激光转换成激光点阵散斑并投射到驾驶员面部（2）；所述红外线接收镜头（3）用于捕获从驾驶员面部（2）反射的红外点阵图像，RGB图像处理器（6）结合红外点阵深度图像和可见光图像来提取驾驶员脸部特征；所述三维图像处理器（5）是驾驶员三维图像数字模型重建的处理中心，三维图像处理器（5）控制结构光红外线发射器（1）的点阵图A，并保存到第一数据存储器（7）中，然后对红外线接收镜头（3）捕获的带有驾驶员面部（2）深度信息的点阵进行解析，获得点阵图B，通过对比A与B两个点阵图建立驾驶员脸部三维模型；所述RGB图像处理器（6）将RGB摄像头（4）获取的二维彩色图像数字化，并发送给三维图像处理器（5）和中央处理器（8），所述中央处理器（8）是驾驶员识别系统的控制中心，中央处理器（8）用于运行人脸识别算法，判断图像传感器获取的驾驶员身份是否合法。2.根据权利要求1所述的基于结构光的三维驾驶员识别系统，其特征在于，所述RGB摄像头（4）是常规的红、绿、蓝三原色摄像头，用于获取人脸的二维平面彩色图像。3.根据权利要求1所述的基于结构光的三维驾驶员识别系统，其特征在于，所述中央处理器（8）还需要运行嵌入式操作系统，底层硬件驱动、诊断和通信的基础程序。4.根据权利要求1所述的基于结构光的三维驾驶员识别系统，其特征在于，所述CAN通信（9）包括CAN控制器和CAN收发器两部分，实现整车CAN网络与驾驶员识别系统的通信，驾驶员身份识别一旦判定为合法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：文谢，归寅，
申请(专利权)人：上海蓥石汽车技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31