【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机视觉领域，尤其涉及驾驶员疲劳状态检测。
技术介绍
1、近些年，驾驶辅助系统取得了很大的进步，并且逐渐在汽车中得到应用。驾驶员疲劳驾驶检测系统是驾驶辅助系统中的重要组成部分，因为驾驶员疲劳驾驶是导致交通事故的主要原因之一。通过使用驾驶员疲劳驾驶检测系统，能够及时识别驾驶员的疲劳状态，并向驾驶员发出报警提示，进而可以避免交通事故的发生。
2、现有的驾驶员疲劳驾驶检测系统所采用的驾驶员疲劳状态检测方法主要有三大类：基于视频图像的疲劳状态检测方法；基于生理信号的疲劳状态检测方法；基于汽车行驶状态的疲劳状态检测方法。
3、(一)基于视频图像的疲劳状态检测方法
4、使用摄像机实时拍摄驾驶员的面部图像，然后利用数字图像处理和人工智能技术检测驾驶员的眨眼频率和视线方向，识别驾驶员打哈欠和点头等行为，进而确定驾驶员是否处于疲劳状态。
5、(二)基于生理信号的疲劳状态检测方法
6、驾驶员在疲劳状态下，一些生理指标会偏离正常的数值范围。因此，通过实时采集、记录、检测和分析驾驶员的生理信号，是可以确定驾驶员是否处于疲劳状态的。可用的生理信号有脑电信号、心电信号、肌电信号、眼电信号和脉搏信号等。
7、(三)基于汽车行驶状态的疲劳状态检测方法
8、当驾驶员呈现疲劳状态时，在一定程度上会影响其驾驶汽车的行为。比如，操纵方向盘的幅度、对方向盘施加的力度、车辆速度变化情况、以及车身摇摆状态等。因此通过传感器实时测量方向盘转角、驾驶员对方向盘施加的扭力、汽车运动
9、现有的驾驶员疲劳状态检测方法各有优点和缺点。比如，基于视频图像的疲劳状态检测方法简单、容易实现，但是准确率无法保障；基于生理信号的疲劳状态检测方法准确率较高，但是使用不方便，因为需要把生理信号传感器安装在驾驶员的身体上；基于汽车行驶状态的疲劳状态检测方法受驾驶员驾驶习惯的影响比较大。
技术实现思路
1、当驾驶员处于疲劳状态时，最显著的一个特点是眼球移动缓慢，其注视点(fixation point)相对于车体的分布范围小。因此本专利技术的目的是提供一种基于注视点三维坐标测量的驾驶员疲劳状态检测系统及其方法，即根据驾驶员三维注视点相对于车体的分布情况判断驾驶员是否处于疲劳状态。
2、实现本专利技术目的之一采用的技术方案是：一种驾驶员疲劳状态检测系统，包括：三维视线跟踪模块、头部位姿测量模块、车载电源模块、车载数据处理单元和报警提示模块，所述三维视线跟踪模块固定在驾驶员头部，所述三维视线跟踪模块包括三维视线跟踪器和固定装置。
3、优选地，所述三维视线跟踪器包括：2个或2个以上的摄像机，2个或2个以上的点光源，所述2个或2个以上的点光源都指向驾驶员的眼部，所述2个或2个以上的摄像机都指向驾驶员的眼部，所述2个或2个以上的摄像机构成1个或1个以上的立体视觉测量系统。
4、优选地，所述头部位姿测量模块包括：3个或3个以上的指示标记和1个立体视觉测量系统，所述指示标记固定在驾驶员头部，所述立体视觉测量系统安装在车体上并指向所述指示标记，所述立体视觉测量系统通过导线与所述车载数据处理单元电连接。
5、优选地，所述车载数据处理单元包括：用于确定驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标的凝视点坐标获得模块；用于确定相对于车体的驾驶员头部位姿参数数值的头部位姿参数获得模块；用于将所述驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标转换为相对于车体的三维坐标的凝视点坐标变换模块；用于计算驾驶员注视点三维坐标的注视点坐标计算模块；用于根据注视点三维坐标分析驾驶员疲劳状态的驾驶员疲劳状态分析模块。
6、优选地，所述凝视点坐标获得模块包括：用于在所述摄像机拍摄的驾驶员眼部图像中，分别确定包含左眼和右眼的图像区域的位置和大小的人眼检测模块；用于分别在所述包含左眼和右眼的图像区域中确定瞳孔中心位置的瞳孔定位模块；用于分别在所述包含左眼和右眼的图像区域中确定普尔钦亮斑中心位置的普尔钦亮斑定位模块；用于根据所述左眼和右眼的瞳孔中心和普尔钦亮斑中心在所述眼部图像中的坐标，计算驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标的凝视点坐标计算模块。
7、优选地，所述头部位姿测量模块包括：头载惯性测量模块和车载惯性测量模块，所述头载惯性测量模块固定于驾驶员头部，所述车载惯性测量模块固定于车体上，所述头载惯性测量模块包括1个三轴陀螺仪和1个三轴加速度计，所述车载惯性测量模块包括1个三轴陀螺仪和1个三轴加速度计。
8、优选地，所述的驾驶员疲劳状态检测系统，还包括头载数据处理模块，所述头载数据处理模块包括可充电电池、数据处理电路、射频信号发送和接收电路，所述可充电电池通过导线与所述数据处理电路、射频信号发送和接收电路、三维视线跟踪模块电连接，所述数据处理电路通过导线与所述三维视线跟踪模块电连接，所述射频信号发送和接收电路通过导线与所述数据处理电路电连接，所述车载数据处理单元包含射频信号发送和接收电路。
9、实现本专利技术目的之二采用的技术方案是：一种驾驶员疲劳状态检测方法，包括以下步骤：
10、步骤801：测量驾驶员凝视点相对于车体的三维坐标；
11、步骤802：如果已测量的所述驾驶员凝视点三维坐标的数量小于n，执行步骤801，否则执行步骤803。其中n是一个人为设定的整数；
12、步骤803：由最新测量的n个所述驾驶员凝视点的三维坐标，确定最近一段时间内驾驶员注视点的数量，以及所述注视点的三维坐标；
13、步骤804：如果所述驾驶员注视点的数量大于m，执行步骤805，否则执行步骤809，其中m是一个人为设定的整数；
14、步骤805：计算时间上相邻的注视点之间的距离；
15、步骤806：计算所述时间上相邻注视点距离的平均值；
16、步骤807：如果所述时间上相邻注视点距离的平均值大于d，执行步骤808，否则执行步骤809，其中d是一个人为设定的整数；
17、步骤808：认为驾驶员没有处于疲劳状态；
18、步骤809：认为驾驶员处于疲劳状态。
19、优选地，所述测量驾驶员凝视点相对于车体的三维坐标，具体包括以下步骤：
20、步骤1001：使用视线跟踪模块，测量驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标；
21、步骤1002：使用头部位姿测量模块，测量驾驶员头部相对于车体的位置和姿态角；
22、步骤1003：由所述驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标和驾驶员头部相对于车体的位置和姿态角，计算驾驶员凝视点相对于车体的三维坐标。
23、优选地，所述用视线跟踪模块测量驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标，具体包括以下步骤：
24、步骤1101：用视线跟踪模块中的点光源照射驾驶员的左眼和右眼，在每个眼睛的角膜上形成2个或2个以上的普尔钦本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，包括：三维视线跟踪模块、头部位姿测量模块、车载电源模块、车载数据处理单元和报警提示模块，所述三维视线跟踪模块固定在驾驶员头部，所述三维视线跟踪模块包括三维视线跟踪器和固定装置。
2.根据权利要求1所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，所述三维视线跟踪器包括：2个或2个以上的摄像机，2个或2个以上的点光源，所述2个或2个以上的点光源都指向驾驶员的眼部，所述2个或2个以上的摄像机都指向驾驶员的眼部，所述2个或2个以上的摄像机构成1个或1个以上的立体视觉测量系统。
3.根据权利要求1所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，所述头部位姿测量模块包括：3个或3个以上的指示标记和1个立体视觉测量系统，所述指示标记固定在驾驶员头部，所述立体视觉测量系统安装在车体上并指向所述指示标记，所述立体视觉测量系统通过导线与所述车载数据处理单元电连接。
4.根据权利要求1所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，所述车载数据处理单元包括：用于确定驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标的凝视点坐标获得模块；
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6.根据权利要求1所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，所述头部位姿测量模块包括：头载惯性测量模块和车载惯性测量模块，所述头载惯性测量模块固定于驾驶员头部，所述车载惯性测量模块固定于车体上，所述头载惯性测量模块包括1个三轴陀螺仪和1个三轴加速度计，所述车载惯性测量模块包括1个三轴陀螺仪和1个三轴加速度计。
7.根据权利要求1所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，还包括头载数据处理模块，所述头载数据处理模块包括可充电电池、数据处理电路、射频信号发送和接收电路，所述可充电电池通过导线与所述数据处理电路、射频信号发送和接收电路、三维视线跟踪模块电连接，所述数据处理电路通过导线与所述三维视线跟踪模块电连接，所述射频信号发送和接收电路通过导线与所述数据处理电路电连接，所述车载数据处理单元包含射频信号发送和接收电路。
8.一种驾驶员疲劳状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的驾驶员疲劳状态检测方法，其特征在于，所述测量驾驶员凝视点相对于车体的三维坐标，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的驾驶员疲劳状态检测方法，其特征在于，所述用视线跟踪模块测量驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标，具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，包括：三维视线跟踪模块、头部位姿测量模块、车载电源模块、车载数据处理单元和报警提示模块，所述三维视线跟踪模块固定在驾驶员头部，所述三维视线跟踪模块包括三维视线跟踪器和固定装置。
2.根据权利要求1所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，所述三维视线跟踪器包括：2个或2个以上的摄像机，2个或2个以上的点光源，所述2个或2个以上的点光源都指向驾驶员的眼部，所述2个或2个以上的摄像机都指向驾驶员的眼部，所述2个或2个以上的摄像机构成1个或1个以上的立体视觉测量系统。
3.根据权利要求1所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，所述头部位姿测量模块包括：3个或3个以上的指示标记和1个立体视觉测量系统，所述指示标记固定在驾驶员头部，所述立体视觉测量系统安装在车体上并指向所述指示标记，所述立体视觉测量系统通过导线与所述车载数据处理单元电连接。
4.根据权利要求1所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，所述车载数据处理单元包括：用于确定驾驶员凝视点相对于驾驶员头部的三维坐标的凝视点坐标获得模块；
5.根据权利要求4所述的驾驶员疲劳状态检测系统，其特征在于，所述凝视点坐标获得模块包括：用于在所述摄像机拍摄的驾驶员眼部图像中，分别确定包含左眼和右眼的图...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰春，赵丽萍，乔宇阳，杨峰，娄铖，王柳欢，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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