數(shù)字圖像處理背景下的疲勞駕駛檢測研究,數(shù)字圖像處理論文

數(shù)字圖像處理背景下的疲勞駕駛檢測研究,數(shù)字圖像處理論文內(nèi)容摘要：隨著社會的發(fā)展,中國汽車保有量不斷增加,但與此同時交通事故發(fā)生的頻率也在逐步增大。據(jù)統(tǒng)計,疲憊駕駛導(dǎo)致的死亡人數(shù)占交通事故死亡人數(shù)的總數(shù)的20%30%。從此看來,疲憊駕駛嚴重危害著我們的人身和財產(chǎn)安全,即使如此,大部分司機卻仍然對疲憊駕駛不夠重視,甚至仍然在疲憊的情況下堅持駕駛。因而,研究并設(shè)計出一款用于提醒疲憊駕駛?cè)藛T及時休息的準確靈敏的疲憊駕駛檢測系統(tǒng)對我們的生活有著重要的意義。當(dāng)前駕駛員疲憊監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)有了較大進展,但是檢測的靈敏程度和可靠程度仍然達不到較高水平。本文使用數(shù)字圖像處理技術(shù)進行疲憊檢測,系統(tǒng)以攝像頭采集駕駛員的面部信息,經(jīng)過圖像預(yù)處理,通過一段時間內(nèi)駕駛員的眨眼頻率、眼部大小變化、哈欠次數(shù)、低頭幅度及頻次等特征,綜合斷定駕駛?cè)藛T能否處于疲憊駕駛的狀態(tài)。本系統(tǒng)基于傳統(tǒng)疲憊駕駛檢測系統(tǒng)進行優(yōu)化改良,將多種疲憊特征綜合后進行判定。通過檢測方式的多樣性,進而設(shè)計出一款安全便捷而又準確靈敏的疲憊駕駛檢測系統(tǒng)。本文關(guān)鍵詞語：疲憊駕駛;圖像處理;人臉檢測;一、引言(一)課題背景及研究意義隨著當(dāng)代交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展,我們國家的汽車數(shù)量也在不斷增加,在汽車帶給了我們眾多便利的同時,交通事故也逐步增加,在所有引發(fā)交通事故的因素中,最重要的因素是人為因素,而疲憊駕駛就是華而不實之一。交通事故數(shù)量的增長以及它所導(dǎo)致的人員傷亡和財產(chǎn)損失逐步成為了一個社會普遍關(guān)注的問題。然而國家固然對此有了足夠的重視,但由于檢測的困難程度,對疲憊駕駛的懲罰措施無法特別有效地到位。在這一方面,不僅僅僅是中國,世界上各個國家都是如此,因而,疲憊駕駛檢測方面的研究也遭到了來自各個國家研究人員的關(guān)注。怎樣高效準確地檢測駕駛員的疲憊狀態(tài),對于有效保障駕駛?cè)藛T和其他有關(guān)人員的生命財產(chǎn)安全有著特別積極重要的社會意義。(二)國內(nèi)外疲憊駕駛檢測現(xiàn)在狀況國外的疲憊駕駛檢測系統(tǒng)起步相對國內(nèi)較早,華而不實一些典型的實驗性產(chǎn)品和研究思路如下:1、美國研制了一款疲憊駕駛檢測系統(tǒng),采用多普勒雷達以及信號處理的方式方法,檢測駕駛員的某些煩躁不安的情緒活動這樣一些與疲憊有關(guān)的參數(shù)來檢測駕駛員的疲憊程度。2、沃爾沃推出了一項駕駛員警示系統(tǒng),它通過監(jiān)控車輛在陸地上的行駛經(jīng)過判定該車輛能否處于有效的控制狀態(tài)。我們國家的疲憊駕駛檢測產(chǎn)品的研究還處于剛剛起步的階段,對于疲憊駕駛檢測系統(tǒng)的研究也相對較少。吉林大學(xué)的千承輝等人,建立了人眼長寬比值Q與疲憊狀態(tài)的關(guān)聯(lián)模型,并結(jié)合人眼辨別和定位對疲憊程度進行檢測,在加快了檢測速度的同時,也提高了檢測的準確程度。(三)本產(chǎn)品的創(chuàng)新點1、相對于傳統(tǒng)的疲憊駕駛檢測產(chǎn)品,被產(chǎn)品最大的創(chuàng)新點在于沒有拘泥于單一的檢測方式方法,而是將多種方式方法進行融合,使其效果在一個產(chǎn)品上得以具體表現(xiàn)出,進而提高了檢測的準確程度。2、本產(chǎn)品不需要駕駛員進行任何操作,只需放置于車輛內(nèi)的適宜位置即可自行開場工作,省去了冗雜的操作步驟,同時也保證駕駛員了不會在駕駛經(jīng)過中由于調(diào)整設(shè)備而分散注意力。本產(chǎn)品通過這些優(yōu)化創(chuàng)新。在一定程度上改善了傳統(tǒng)疲憊駕駛檢測系統(tǒng)的弊端,一路為駕駛?cè)藛T的生命財產(chǎn)安全保駕護航。二、相關(guān)數(shù)字圖像處理技術(shù)介紹(一)人臉辨別與定位顏色模型是在某個三維顏色空間中的一個可見光的子集,包括了某個顏色域的所有顏色。HSI顏色模型中,H表示色調(diào);S表示飽和度,I表示強度或亮度。當(dāng)我們觀察一個彩色物體的時候,一般會用色調(diào)、飽和度和亮度來描繪敘述這個物體的顏色。色調(diào)是圖像色彩的一種總體的趨勢,飽和度表示了圖像色彩的鮮艷程度,亮度無法測量,具體表現(xiàn)出了無色的強度概念,也是描繪敘述彩色感覺的一項關(guān)鍵參數(shù)。該模型的優(yōu)點就是它能夠去除圖像中亮度的干擾。本系統(tǒng)使用了基于人臉特征的方式方法,采用HIS彩色空間膚色模型對人臉進行檢測,這樣能夠在去除光照干擾的情況下將人臉與背景分離開來,減小了后期的計算量,愈加方便了后面系統(tǒng)對圖像的處理。(二)圖像預(yù)處理1、噪聲處理。一般來講,數(shù)字圖像系統(tǒng)中有兩種常見的噪聲:一種是高斯噪聲,一種噪聲是椒鹽噪聲。噪聲處理的作用就是將這些影響圖像質(zhì)量的噪聲點去除,這一操作效果的好壞將直接影響到后續(xù)的圖像處理。這一操作主要由濾波來實現(xiàn),常見的濾波有均值濾波和中值濾波。均值濾波是一種線性濾波,它能夠?qū)⒛康南袼氐南袼刂涤媚０逯兴邢袼氐钠骄祦泶?。中值濾波與均值濾波不同,它是一種非線性濾波,它會將目的像素的像素值用模板中所有像素的中位數(shù)來代替。本系統(tǒng)在噪聲處理方面選擇的是中值濾波,它對于椒鹽噪聲的抑制效果很好,并且相較于其他濾波來講,它在抑制隨機噪聲的同時,還能夠降低處理過后圖像的模糊程度。2、直方圖平衡化。直方圖平衡化是加強圖像比照度的一種圖像處理方式方法,它會通過直接拉伸比照度來對直方圖進行調(diào)整,進而擴大前景和背景之間灰度的差異不同。直方圖的平衡化對于背景、前景過亮或者過暗的圖像很有用,它能夠更好地具體表現(xiàn)出曝光過度或者曝光缺乏照片中的細節(jié)。它還有一個優(yōu)點在于,它不僅相當(dāng)?shù)刂庇^,而且還是一個可逆的操作,當(dāng)我們知道了平衡化處理操作時使用的平衡化函數(shù)時,我們就能夠通過一定的計算量,去恢復(fù)圖像原始的直方圖。在本文介紹的系統(tǒng)中,為了加強辨別效果,系統(tǒng)會對圖像進行直方圖平衡化處理,將圖像像素的像素值進行重新分配,使像素數(shù)量一定灰度范圍內(nèi)大致均勻分布。在直方圖平衡化處理之后,圖像的比照度就會大大提高,圖像中的人臉特征也會愈加明顯,以便于獲得更好的辨別效果。3、圖像加強。在噪聲處理和直方圖平衡化之后,圖像可能會變得較為模糊,所以本系統(tǒng)會在這里基礎(chǔ)上對圖像進行加強,將處理經(jīng)過中變得模糊的圖像重新變得清楚明晰。圖像加強是一種強調(diào)某些我們所需要的圖像特征,抑制次要的圖像特征,加強圖像的清楚明晰度,加強圖像的判讀效果的圖像處理方式方法。它能夠讓處理后的圖像愈加合適某種特定的應(yīng)用,以知足我們對圖像的選擇性要求。圖像加強能夠分為兩大類:空間域加強和頻率域加強。空間域加強是對圖像的像素直接處理,可將空間域加強分為三類:基于點的操作,基于鄰域的操作,基于圖像集的操作。頻域加強把圖像看成一種二維信號,對圖像進行基于二維傅里葉變換的信號加強。4、圖像二值化。圖像的二值化是將圖像中所有的點的灰度置為0或255的一種操作,通過這項操作能夠使圖像完全變?yōu)楹谏桶咨?。本系統(tǒng)人為地設(shè)置一個了閾值T,以此來將圖像分為兩個部分,一部分是灰度值小于T的像素點,另一部分是灰度值大于T的像素點,系統(tǒng)會將前者的灰度值設(shè)置為0,也就是黑色;將后者的灰度值設(shè)置為255,也就是白色,進而使圖像變成黑白。(三)人眼和嘴部定位以上處理后會對圖像進行分割,系統(tǒng)會將采集到的圖像中的駕駛員的眼睛和嘴巴定位,以便于后期對面部某一特征進行疲憊狀態(tài)的斷定。對于人臉面部器官定位的方式方法有:1、模板匹配法。模版匹配法就是先從人臉庫中進行選取,然后做出人臉各個器官的模版,再使用這個模板在采集到的圖像中進行匹配,類似點最大的位置就是我們所要定位的器官。2、灰度投影法?；叶韧队胺▽θ四樆叶葓D像進行在水平方向和垂直方向上的投影,在人臉的主要器官,比方眼睛和嘴巴區(qū)域較暗,所以能夠根據(jù)灰度投影的分布信息來定位人臉器官?？紤]到現(xiàn)實場景中對定位的速度和準確度的要求,系統(tǒng)采用了灰度投影法來定位人臉的眼睛和嘴巴,并對其進行下文的疲憊駕駛狀態(tài)斷定。(四)疲憊駕駛的斷定一般地,我們能夠通過駕駛員的眼睛的運動狀態(tài)或者是一些面部表情來斷定該駕駛員能否處于疲憊狀態(tài)。本系統(tǒng)根據(jù)眨眼的頻率、眼睛的閉合程度、打哈欠動作及低頭的幅度及頻率對駕駛員的疲憊程度進行斷定。本系統(tǒng)對單位時間內(nèi)的每一幀圖像進行檢測,假如駕駛員的眨眼頻率超過了設(shè)定的閾值,或者是眼睛閉合的程度大于設(shè)定的閾值,或者是有打哈欠的動作,本系統(tǒng)都會觸發(fā)蜂鳴器,并且,考慮到忽然的警報會對駕駛?cè)藛T的駕駛行為造成影響,所以報警的聲音是從較弱漸強,這樣就能在不影響駕駛的情況下給駕駛?cè)藛T發(fā)出警報,提醒駕駛?cè)藛T停車休息。三、產(chǎn)品功能(1)斷定駕駛司機能否處于疲憊駕駛狀態(tài)。(2)為避免駕駛員因忽然的警報而遭到影響,采取漸強警報。(3)若駕駛員沒有采納提醒,本系統(tǒng)會持續(xù)警報,直到系統(tǒng)檢測到駕駛員停車休息。四、總結(jié)行車在路上,生命財產(chǎn)的安全永遠都是第一位的,本系統(tǒng)即時對駕駛員的駕駛狀態(tài)進行檢測,而其檢測方式方法的多樣性也保障了檢測的精準度,一些人性化的設(shè)計也給了駕駛者較為舒適的使用體驗。相信在本系統(tǒng)普及之后,疲憊駕駛現(xiàn)象一定會大大減少,我們的道路也一定會愈加安全。以下