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基于ARM的非接触式安全驾驶预警系统

作者:时间:2016-10-22来源:网络收藏

0 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201610/309906.htm

随着居民汽车拥有量的逐年增加以及人们生活节奏的加快,因疲劳驾驶导致的交通事故数也逐年增加。全世界每年因交通事故而导致的死亡人数达60万,直接经济损失约125亿美元,这些事故中57%的灾难性事故与驾驶员疲劳驾驶有关。因此,研究和开发一套疲劳驾驶监测系统有着非常大的社会现实意义。

1 系统硬件设计

本预警系统主要由微控制器、图像数据采集模块、LED预警模块、通信接口以及电源模块五大部分组成,如图1所示。根据处理速度和精度的要求,采用32位处理器。为了减小对驾驶员的影响,更好地实现,本文选用了300万像素的CMOS摄像头OV3640模块,与CCD相比,CMOS具有灵敏度高、分辨率高、低功耗以及成本低廉等优势。

基于ARM的非接触式安全驾驶预警系统

由于Rea16410开发板上没有蜂鸣器等发声的装置,并且蜂鸣器发声和LED发光的原理类似,所以本文使用LED发光报警。图2是开发板内LED的原理图。只要给后面的引脚一个低电平就能使LED发出耀眼的红光,从而报警。在这里再简单介绍下蜂鸣器发声的原理,原理图如图3所示给P1引脚低电平就能使蜂鸣器发声。

2 系统软件设计

2.1 开发环境的搭建

如果说系统硬件是骨架和躯体,那么软件算法就是思想。编写程序之前需要先建立好软件开发环境。软件开发环境的搭建流程图如图4所示。

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2.2 Adaboost算法

Adaboost算法的基本思想就是利用大量的分类能力一般的弱分类器(weak classifier)通过一定的方法叠加起来构成一个具有很强分类能力的强分类器(strong classifier)。

Adaboost算法的实现,采用的是输入图像的矩形特征,也叫Haar特征。脸部的一些特征可以由矩形特征简单地描绘。用图5示范。

上图中两个矩形特征,表示出人脸的某些特征。比如中间一幅表示眼睛区域的颜色比脸颊区域的颜色深,右边一幅表示鼻梁两侧比鼻梁的颜色要深。同样,其他目标,如眼睛等,为了得到眼睛图像的信息,必须进行眼睛定位。现有的眼睛定位方法很多,基于肤色模型的方法、灰度投影法、基于模板的方法、基于神经网络的方法、基于特征提取等。本系统利用Adaboost算法构造一个基于类Haar特征的层叠式分类器来进行人眼定位。类Haar特征通常由2~4个矩形组成,如图6所示。

基于ARM的非接触式安全驾驶预警系统

2.3 使用Haar识别人眼

人脸的是一个XML文件,该文件中会描述人脸的Haar特征值。Haar特征还可以描述眼睛嘴唇或其他物体。

已经自带了人脸的。在/usr/locaI/Opencv-2.4.3/data/haarcascades下。haarcascade_frontalface_al t.xml与haarcascade frontalface alt2.xml都是用来检测人脸的Haar分类器, haarcascade_eve.xm l与haarcascade eye tree eyegla sses.xml都是用来检测人眼的Haar分类器,这个haarcascades目录下还有人的全身,嘴唇的Haar分类器。图7是检测到的人脸。

基于ARM的非接触式安全驾驶预警系统

2.4 用阈值法判断疲劳状态

由上述算法定位眼睛并截取下来,使用sobel实现边缘检测再进行二值化处理,将二值化的图像暂存在临时文件夹中,调用临时文件夹中的图片,for循环遍历图片像素点,比较黑色像素点坐标并得到上下最大落差值,据此给定相应的高度阈值。当检测到的眼睛高度值等于或小于设定的眼睛高度阈值就记录下来,若连续五帧眼睛的高度值等于或小于阈值,则系统判定驾驶员处于疲劳状态。整个系统流程如图9所示。

基于ARM的非接触式安全驾驶预警系统

3 系统整体设计方案

3.1 系统设计流程

整个系统设计流程:1)检测摄像头和开发板;2)获取图像。通过摄像头实时地获取驾驶员的头像;3)搭建软件开发环境。移植QpenCV到下,在下安装;4)人眼方面的处理。首先使用里自带的Haar分类器进行眼睛识别定位,然后将提取出来的眼睛区域图像进行二值化处理,最后通过扫描二值化图像的黑像素点,得到眼睛最高点和最低点两个点的坐标,通过坐标差值计算出眼睛的高度值;5)判断疲劳。当检测到眼睛的高度值小于或等于设定的眼睛高度阈值,则记录下来,若连续五帧眼睛的高度值都小于或等于阈值,则判定驾驶员处于疲劳状态;6)报警。LED发光报警;7)编写疲劳驾驶的。流程图如图10所示。

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3.2 系统的设计

在人和计算机的互动过程中,有一层面,即我们所说的界面(interface)。(Graphical User Interface)即图形用户界面,作为一种可视化的用户界面,使用图形界面代替正文界面。它的作用是实现用户和计算机之间的良好的交互。

应用程序的编译环境是Qt Creator,使用疲劳预警系统时,刚打开会出现以下显示begin的一个button,触摸开始按钮系统就会进入疲劳监测程序,监测结束判断疲劳时开发板给led灯以示预警。结束预警系统时,只需轻触界面的“close”键即可返回一开始的begin界面。如图11所示。

基于ARM的非接触式安全驾驶预警系统

轻触eye系统进入主界面后,可以通过界面最下端的显示区域观察。当驾驶员闭眼时,系统最下端则会获取到闭眼状态的图像,当连续五帧图像都是闭眼时,系统就会报警。图12系统界面。

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