防疲劳驾驶的图像处理预警系统申报书

作品全称防止疲劳驾驶的图像处理预警系统

（A）A.机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控

制、工程、交通、建筑等）

B.信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）

C.数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）

作品分类

D.生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健

康、卫生、食品等）

E.能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化

工、生态、环保等）

随着社会经济的发展，机动车辆与日俱增，随之而来的行车安全问题

越来越受到人们关注。根据英国汽车协会统计，英国车祸的死亡事故中，

有10%是因司机疲劳驾驶引起的。同时有资料表明，高速公路发生的交通

事故中，有50%以上是由于长时间疲劳驾驶或所见目标单调使司机注意力

不集中、甚至打瞌睡等原因造成的。疲劳驾驶可能影响驾驶员的警觉和安

全驾驶能力，从而让交通安全事故发生的机会大大增加。

作品设计、发明

要降低交通意外发生的几率，最重要的一个途径就是防匚驾驶员疲劳

的目的和基本思

驾驶。而要防止疲劳驾驶，最重要的一点是要时刻监测着驾驶员的精神状

路，创新点，技

况。从人体疲劳特征的研究结果看，疲劳驾驶的典型反应包括：眼帘的频

术关键和主要技

繁眨动；瞳孔逐渐变小，甚至闭合；哈欠增多；头部前倾或后仰；方向盘

术指标

微调，驾车左右摇摆；反应能力下降等。

目前，已有一些简单实用的疲劳测评方法，如脑电图EEG、肌电图EMG、

眼动图EOG、瞳孔测量计等，但这些方法都是接触式的疲劳检测方法，势

必会给驾驶员造成一定的影响。为了尽量减少对驾驶员的影响，采取的疲

劳检测方法最好是非接触式的。通过摄像头捕捉驾驶员的动作特征来检测

驾驶员的精神状况，则是最好的非接触式检测方法，因为在车厢内安装监

控摄像头对驾驶员几乎是没有影响的。

以下是本作品整体设计框图

模块一

驾驶员疲劳

程度检测判别

从上图可见，本作品研究内容分为两大模块：驾驶员眼疲劳程度

检测判别模块，报警、提示、自动减速模块。

自

跟声

动

音

疲

踪减

报

眨获

速

婺

眼取

定劳

、

情

分

状

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况

析

子

态

驾智

屏

驶

判

驶提

员

别

员示

系

眼统

睛

如上图所示，本设计是通过在视频中对人脸进行自动跟踪，找出眼部

图像，然后利用DSP进行一系列图像处理，最后得到眼睛的二值化图像，

从而判断出眼睛开合状态。根据采集的数据判断出驾驶员是否出现疲倦，

并在出现疲倦特征的时候做出警告。警告是高音量的声音提醒，以便驾驶

员听到。如果在多次警告后驾驶员的精神状态依然没有改善的情况下，系

统会自动降低车速，并通过汽车后窗上的电子屏以文字“疲劳驾驶，正在

减速，请您留意”提示，以保证行车安全。同时，系统还会持续地发出警

告，直到驾驶员重新复位系统。

最后，该系统还具有行车记录功能，每秒钟都会把当前行车的部分数

据，如当前时间、车速、驾驶员眨眼次数、精神状况等记录下来。相当于

汽车的“黑匣子”。

本作品较为突出的难题有以下匚点：

（1）人脸的自动跟踪

本作品所介绍的防止疲劳驾驶测试系统是以车速作为触发的。当车速

低于70kn）/h时，系统处于休眠模式，不会对人眼进行监测。当车速超过这

个阀值时，系统就会进入检测模式，开始对驾驶员的精神状态进行监视。

驾驶员的脸不可能一直保持在同一个位置，所以监视时如何自动找到跟踪

人脸便是疲劳检测的首要解决的问题。初步确定可利用Kalman自动跟踪人

脸。

（2）人眼开合状态的检测判别

作品的科学性先

虽然根据眼睛在脸部的相对位置基本能找出眼睛的位置，但系统要有

进性（必须说明

普遍适用性，所以对于不同驾驶员的眼睛来说，根据相关文献，用模式识

与现有技术相

别的话分类得到的结果起伏比较大，稳定性不好，所以要找到稳定性好的

比、该作品是否

识别方法。同时检测速度要快，因为眨眼时间很短，容易漏判。所以也要

具有突出的实质

求检测判别要快。

性技术特点和显

（3）汽车自动减速

著进步。请提供

当几次声音预警提示后，驾驶员精神状态仍未改善的话，系统进入车

技术性分析说明

速自动控制模式。通过控制模块将车速自动减慢到60km/h。减速要做到及

和参考文献资

时，而且不能减到低于60km/h,因为高速公路上车速最低为60km/h,再低

料）

容易出交通事故。

本作品的技术性特点在于以下几个方面

（1）利用Kalman自动跟踪人脸；

（2）利用PERCLOS法,检测判别人眼开合状态；

（3）根据驾驶员的疲劳度，自动发出声音警告或者控制车速；

（4）实时行车记录，时刻对驾驶员精神状况进行跟踪记录。

参考文献资料：

徐建君，张玉平，朱金陵.基于DSP的疲劳驾驶实时检测算法实现

作品在何时、何

地、何种机构举

行的评审、鉴定、

评比、展示等活

动中获奖及鉴定

结果

(A)A实验室阶段B中试阶段C生产阶段

作品所处D________(自填)

阶段

技术转让方式

作品可展示的团实物、产品□模型□图纸□磁盘团现场演示口

形式图片□录像□样品

随着经济发展，交通问题越来越受关注，疲劳驾驶问题尤其受关注,

本作品将目前正处于研究热门的数字图像处理技术应用到疲劳驾驶检

使用说明及该作

测判别，并根据判别结果进行预警处理，很有创新性，同时也能有效的

品的技术特点和

防止疲劳驾驶，提高交通安全，很有社会意义。

优势，提供该作

本作品从跟踪定位脸部眼睛入手，利用图像处理技术通过对驾驶员

品的适应范围及

眨眼情况进行监测，发现疲劳驾驶时进行报警提示，没效果后再自动减

推广前景的技术

慢系统速度，并利用报警声音及车窗显示屏显示来提示其他驾驶员，从

性说明及市场分

而保证交通安全通畅，同时将行车相关信息记录备用。循序渐进，理论

析和经济效益预

实际结合，考虑周全，很有科学性。

测

本作品利用Kalman自动跟琮人脸，利用PERCLOS法检测判别人眼

开合状态，根据驾驶员的疲劳度自动发出声音警告或者控制车速，实时

行车记录时刻对驾驶员精神状况进行跟踪记录。所使用相关知识和技术

都有用关理论基础，只需将理论应用改进便可实现相应功能，所以本作

品可行性高。

目前市场上缺乏成熟的汽车防疲劳检测系统，该作品致力于开发一

种小型精巧的疲劳检测系统，方便与汽车的系统连接起来，大大降低驾

驶员因疲劳而出现交通意外的危险，具有较高的经济价值C

团提出专利申报

申报号____________

申报日期年月日

□已获专利权批准

专利申报情况批准号_______________

批准日期年月日

□未提出专利申请

科研管理部门

签章

年月日

C.当前国内外同类课题研究水平概述

(1)国外防疲劳驾驶研究现状

①2008年初沃尔沃集团下属机构向外界公布，将投资澳大利亚视觉机器公司(SceingMacnincs)的最新

防疲劳驾驶系统。该技术能够通过摄像头跟踪驾驶员的面部表情变化，包括跟踪头部和眼睛的活动情况来判

断司机是否出现疲劳驾驶。其有点在于，取代之前的角膜反射技术，利用立体相机组将检测到的数据送到数

据处理中心，反应便捷，不受天气和路况影响。

②希腊科技研究中心和发展中心正在研究一种新型的驾驶疲劳警示装置，预计将在未来5年内投产。该

装置包括在汽车里安装的微型摄像头，计算司机眨眼的次数;在方向盘、座位及车顶部位安装的感应器，通过

检测司机手上的压力、汽车行走的路线与周围汽车的距离来判断司机是否疲劳驾驶，然后计算相关参数，如

果是疲劳驾驶，则通过语音或振动蜂鸣声来提醒司机。

③2007年奔驰汽车在“梅赛德斯・奔驰2007安全技术全球巡演”中也显示了自己的防疲劳驾驶技术。

系统通过一个对准驾驶员头部的红外线摄像机持续地记录其眨眼频率及每次的闭眼时间，根据其中的规律，

一旦发现闭眼超时，就能做出判断，驾驶室内就会响起警告。

④2006年澳大利亚墨尔本奥斯汀医院唾眠专家马克•霍华德科研小组研制的眼睛式疲劳警示器。它利用

的是人在疲劳早期，对其他车辆和红灯等刺激反应缓慢，为此这种眼镜式的警示器里安装了红外线传感器，

能测审眼脸的活动和眨眼的速度，在司机还未意识到自己已经疲劳的时候对他们进行警示。

⑤2005年英国Loughborough大学睡眠研究中心的科学家研制出司机疲劳报警系统，该系统以一此常见

因素作为参考系数，如因疲劳驾驶造成的事故的高发时段、车辆行驶状况，以及司机持续驾驶的时间等。一

旦司机昏昏欲睡，声音和图像警示器将对他们提出警告。

⑥2004年FI本先锋公司推出了一个防磕睡系统，它可通过心跳速度的变化(研究表明，人在打磕睡之前

心跳会减慢)，监测司机是否打磕睡，在睡意来临几分钟前提醒司机注意。该系统通过安装在方向盘上的纸状

心跳感应器，每10秒检测一次司机的心跳速度来实现。

⑦2002年，美国研制的打磕睡驾驶员侦探系统DDs(ThoDrowsynrivcrnetcctionSystem',该技术采用

多普勒雷达和复杂的信号处理来测量驾驶员打磕睡或睡着的活动，包括烦躁不安的情绪活动、眨眼频率、眨

眼的持续时间和眼皮的活动。该系统能过做成外形较小的仪器，固定在驾驶室驾驶员头顶上方。

(2)国内防疲劳驾驶研究现状

我国对疲劳驾驶检测的研究可以追溯到60年代，目前我国存在的疲劳警示报警器，主要有以下三种：

①中国亿龙科技有限公司生产的驾驶疲劳预警系统，该系统外形类似普通手表，

佩戴与使用者腕部。人在睡觉前皮肤静电会出现减弱的情况，通过监测人体皮肤静电信息的曲线变化来

检测驾驶员的精神状态。一旦驾驶员精神状态下滑或进入浅层睡眠，该系统就会依据驾驶者模神状态指数分

别给出：语音提示，振动提醒，电脉冲警示。

②江苏省江都县长江无线电厂研制的耳勾式的警钟牌磕睡报警器，经各地驾驶员使用后，认为它有一定

的效果。

③郑州机务南段工程师董世衍采用近红外线光电技术研制成功一种防止驾驶员打磕睡的警报装置。该装

置分为主机和眼镜框架两部分。戴上这副眼镜，打磕睡或眼毛运动变化，传感器就迅速将信息报告给主机，

发出警报。如当驾驶员昏昏欲睡，眼睛刚闭上，主机就发出“滴滴滴”的报警声。若驾驶员继续磕睡，主机

就“通知”相联装置采取自动停车措施。

(3)目前研究存在的问题

尽管国内外各种防疲劳驾驶系统都有其先进之处，并且有的已经在商用车领域小范围应比，但有许多不

完善之处，存在以下几方面的问题：(1)目前大部分监测用的传感器都为接触性的，如:脑电、心电、肌电的测

展一般需要在人体上粘粘电极，监测驾驶员头部运动装置也需要在驾驶员脸上或头部做标记，在行车过程中

这会造成驾驶员不适，在一定程度上影响驾驶员操作。

(2)现今的车载疲劳报警装置，或者检测效果不理想，或者成本太高，由于性价比过高，都没有得到广泛

的推广。

(3)由我国的防疲劳驾驶系统发展现状可以看出，我国目前这没有可以推广的自主产权的有效的防疲劳报

警设备.

1、项目研究的选题意义

随着经济发展，交通问题越来越受关注，疲劳驾驶问题尤其受

关注，本项目将目前正处于研究热门的数字图像处理技术应用到疲

劳驾驶检测判别，并根据判别结果进行预警处理，很有创新性，同

时也能