双模式汽车驾驶员驾驶状态检测平台

1.一种双模式驾驶员驾驶状态检测平台，所述检测平台包括脑电波检测头盔、瞳孔图像拍摄设备、瞳孔直径识别设备和数字信号处理设备，所述脑电波检测头盔用于检测驾驶员的脑电波特征，所述瞳孔图像拍摄设备和所述瞳孔直径识别设备分别用于拍摄驾驶员的瞳孔图像和识别所述瞳孔图像中的瞳孔特征，所述数字信号处理设备分别与所述脑电波检测头盔和所述瞳孔直径识别设备连接，基于所述脑电波特征和所述瞳孔特征确定驾驶员的实时驾驶状态；
其特征在于，所述检测平台还包括：
无线收发器，与数字信号处理设备连接，用于将与睡眠状态信号、疲惫状态信号或清醒状态信号对应的文字提醒信息无线发送到驾驶员所在单位局域网和驾驶员所在单位负责人的移动终端；
供电设备，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关分别与所述太阳能供电器件和所述蓄电池连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；
移动硬盘，用于预先存储瞳孔直径阈值、β波占据百分比阈值、瞳孔上限灰度阈值和瞳孔下限灰度阈值，所述瞳孔上限灰度阈值和所述瞳孔下限灰度阈值用于将图像中的瞳孔和背景分离；
所述脑电波检测头盔包括：
接地电极，放置于驾驶员的头前部中点，用于排除干扰；
参考电极，作为驾驶员身体相对零电位点的电极，采用双耳垂接法放置于驾驶员的耳垂上；
作用电极，放置于驾驶员的头皮上；
信号接收器，分别与所述接地电极、所述参考电极和所述作用电极连接，将所述作用电极接收到的信号减去所述参考电极接收到的信号以作为脑电波信号输出，所述脑电波信号的采样频率为256Hz；
单片机，与所述信号接收器连接，从所述脑电波信号中解析出其中β波，所述β波的频率范围为14-30Hz，计算所述脑电波信号中的β波功率占据所述脑电波信号总功率的百分比并作为β波占据百分比输出；
所述瞳孔图像拍摄设备包括：
CCD传感器，对驾驶员的瞳孔部位进行拍摄以获得瞳孔图像；
辅助光源，为所述CCD传感器的拍摄提供照明辅助光，所述照明辅助光的强度与所述辅助光源周围环境的光线亮度成反比；
所述瞳孔直径识别设备包括：
小波滤波单元，连接所述瞳孔图像拍摄设备，采用Harr小波滤波器对瞳孔图像执行小波滤波，以获得滤波图像；
灰度化处理单元，与所述小波滤波单元连接，对所述滤波图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像；
瞳孔分割单元，分别与所述灰度化处理单元和所述移动硬盘连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述瞳孔上限灰度阈值和所述瞳孔下限灰度阈值之间的像素识别并组成瞳孔图案；
瞳孔直径检测单元，与所述瞳孔分割单元连接，基于所述瞳孔图案确定瞳孔图案中的瞳孔直径，并作为实时瞳孔直径输出；
所述数字信号处理设备分别与所述移动硬盘、所述脑电波检测头盔和所述瞳孔直径识别设备连接，当β波占据百分比大于等于β波占据百分比阈值且实时瞳孔直径大于等于瞳孔直径阈值时，输出清醒状态信号，当β波占据百分比小于β波占据百分比阈值且实时瞳孔直径小于瞳孔直径阈值时，输出睡眠状态信号，其他情况时输出疲惫状态信号；
其中，所述小波滤波单元、所述灰度化处理单元、所述瞳孔分割单元和所述瞳孔直径检测单元分别采用FPGA芯片来实现，所述分别采用的FPGA芯片均为XILINX公司的XC3S1000FT256；
其中，将所述瞳孔图像拍摄设备、所述瞳孔直径识别设备和所述数字信号处理设备集成在一块集成电路板上；
所述数字信号处理设备为TI公司的TMS320F2812芯片；
所述检测平台还包括：显示设备，与所述数字信号处理设备连接，用于实时显示与所述睡眠状态信号、所述疲惫状态信号或所述清醒状态信号对应的提醒文字；
音频播放设备，与所述数字信号处理设备连接，用于实时播放与所述睡眠状态信号、所述疲惫状态信号或所述清醒状态信号对应的语音播放文件；
其中，所述数字信号处理设备能够快速地实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别处理，以得到符合人们需要的信号形式，所述数字信号处理设备能够接收高清晰度无线电和卫星无线电，并提供了更多的灵活性和更快的设计周期。

双模式汽车驾驶员驾驶状态检测平台\n[0001] 本发明是申请号为201510179415.4、申请日为2015年4月16日、发明名称为“双模式汽车驾驶员驾驶状态检测平台”的专利的分案申请。\n技术领域\n[0002] 本发明涉及电子识别领域，尤其涉及一种双模式汽车驾驶员驾驶状态检测平台。\n背景技术\n[0003] 当前，在世界的各个国家，汽车的拥有量都是一个庞大的数字，由于自动驾驶汽车尚未普及，汽车仍主要采用人工方式驾驶，这时，驾驶员如果过于疲劳而不自知，仍旧进行驾驶工作，将很容易造成交通事故，给他人和自身带来难以承受的身体伤害，同时还可能造成巨大的经济损失。\n[0004] 为了避免驾驶员疲劳驾驶，各国的交通管理部门都采用了一些惩罚机制对疲劳驾驶的驾驶员进行惩罚，然而，实际上，驾驶员在驾驶过程中，导致疲惫的原因可能有多种，例如前天睡眠不足，或者听音乐入迷，甚至想事情入神等，有时驾驶员是不了解自身的疲劳状态的，因而，光靠惩罚机制和驾驶员自我检查并不足以避免交通事故发生，还需要一些电子检测手段，以仪器的方式进行主动检测。\n[0005] 现有技术中的驾驶员实时状态检测机制都采用一种检测原理进行检测，例如，基于驾驶员瞳孔的检测，基于驾驶员脑电波的检测等，这些过于单一的检测模式，不可避免带来一些内在的误差，影响了检测的效率。因此，需要一种新的驾驶员驾驶状态检测平台，能够有机结合两个以上的检测模式，避免检测误差发生。\n发明内容\n[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种双模式驾驶员驾驶状态检测平台，将基于瞳孔特征检测和基于脑电波特征检测的两种方式有机进行结合，对人员状态进行综合判断，更关键的是，依靠科学的试验数据，提供了两种方式结合的具体实施模式，从而提高检测的准确性。\n[0007] 根据本发明的一方面，提供了一种双模式驾驶员驾驶状态检测平台，所述检测平台包括脑电波检测头盔、瞳孔图像拍摄设备、瞳孔直径识别设备和数字信号处理设备，所述脑电波检测头盔用于检测驾驶员的脑电波特征，所述瞳孔图像拍摄设备和所述瞳孔直径识别设备分别用于拍摄驾驶员的瞳孔图像和识别所述瞳孔图像中的瞳孔特征，所述数字信号处理设备与所述脑电波检测头盔和所述瞳孔直径识别设备分别连接，基于所述脑电波特征和所述瞳孔特征确定驾驶员的实时驾驶状态。\n[0008] 更具体地，在所述双模式驾驶员驾驶状态检测平台中，还包括：无线收发器，与所述数字信号处理设备连接，用于将与所述睡眠状态信号、所述疲惫状态信号或所述清醒状态信号对应的文字提醒信息无线发送到驾驶员所在单位局域网和驾驶员所在单位负责人的移动终端；供电设备，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；移动硬盘，用于预先存储瞳孔直径阈值、β波占据百分比阈值、瞳孔上限灰度阈值和瞳孔下限灰度阈值，所述瞳孔上限灰度阈值和所述瞳孔下限灰度阈值用于将图像中的瞳孔和背景分离；所述脑电波检测头盔包括：接地电极，放置于驾驶员的头前部中点，用于排除干扰；参考电极，作为驾驶员身体相对零电位点的电极，采用双耳垂接法放置于驾驶员的耳垂上；作用电极，放置于驾驶员的头皮上；信号接收器，与所述接地电极、所述参考电极和所述作用电极分别连接，将所述作用电极接收到的信号减去所述参考电极接收到的信号以作为脑电波信号输出，所述脑电波信号的采样频率为256Hz；单片机，与所述信号接收器连接，从所述脑电波信号中解析出其中β波，所述β波的频率范围为14-30Hz，计算所述脑电波信号中的β波功率占据所述脑电波信号总功率的百分比并作为β波占据百分比输出；所述瞳孔图像拍摄设备包括：CCD传感器，对驾驶员的瞳孔部位进行拍摄以获得瞳孔图像；辅助光源，为所述CCD传感器的拍摄提供照明辅助光，所述照明辅助光的强度与所述辅助光源周围环境的光线亮度成反比；所述瞳孔直径识别设备包括：小波滤波单元，连接所述瞳孔图像拍摄设备，采用Harr小波滤波器对瞳孔图像执行小波滤波，以获得滤波图像；灰度化处理单元，与所述小波滤波单元连接，对所述滤波图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像；瞳孔分割单元，与所述灰度化处理单元和所述移动硬盘分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述瞳孔上限灰度阈值和所述瞳孔下限灰度阈值之间的像素识别并组成瞳孔图案；瞳孔直径检测单元，与所述瞳孔分割单元连接，基于所述瞳孔图案确定瞳孔图案中的瞳孔直径，并作为实时瞳孔直径输出；所述数字信号处理设备与所述移动硬盘、所述脑电波检测头盔和所述瞳孔直径识别设备分别连接，当β波占据百分比大于等于β波占据百分比阈值且实时瞳孔直径大于等于瞳孔直径阈值时，输出清醒状态信号，当β波占据百分比小于β波占据百分比阈值且实时瞳孔直径小于瞳孔直径阈值时，输出睡眠状态信号，其他情况时输出疲惫状态信号；其中，所述小波滤波单元、所述灰度化处理单元、所述瞳孔分割单元和所述瞳孔直径检测单元分别采用FPGA芯片来实现，所述分别采用的FPGA芯片均为XILINX公司的XC3S1000FT256；将所述瞳孔图像拍摄设备、所述瞳孔直径识别设备和所述数字信号处理设备集成在一块集成电路板上。\n[0009] 更具体地，在所述双模式驾驶员驾驶状态检测平台中，所述数字信号处理设备为TI公司的TMS320F2812芯片。\n[0010] 更具体地，在所述双模式驾驶员驾驶状态检测平台中，替换地，将所述小波滤波单元、所述灰度化处理单元、所述瞳孔分割单元和所述瞳孔直径检测单元集成到同一块FPGA芯片中。\n[0011] 更具体地，在所述双模式驾驶员驾驶状态检测平台中，还包括：显示设备，与所述数字信号处理设备连接，用于实时显示与所述睡眠状态信号、所述疲惫状态信号或所述清醒状态信号对应的提醒文字。\n[0012] 更具体地，在所述双模式驾驶员驾驶状态检测平台中，还包括：音频播放设备，与所述数字信号处理设备连接，用于实时播放与所述睡眠状态信号、所述疲惫状态信号或所述清醒状态信号对应的语音播放文件。\n附图说明\n[0013] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：\n[0014] 图1为根据本发明实施方案示出的双模式驾驶员驾驶状态检测平台的结构方框图。\n具体实施方式\n[0015] 下面将参照附图对本发明的双模式驾驶员驾驶状态检测平台的实施方案进行详细说明。\n[0016] 人员状态的检测是电子检测中的一项重要分支。通过对人员状态的检测，能够判断待测人员当前的状态是清醒还是疲倦甚至是睡眠状态，从而在疲倦或睡眠状态下及时对相关管理部门进行报警。\n[0017] 在一些需要人为操控的高危行业，或者在一些需要重点监视的全时段监控行业，需要工作人员一直保持着高度的注意力集中，如果稍有走神，很容易造成不可想象的后果，例如，造成巨大的人身伤亡和经济损失，或者放过重要的犯罪嫌疑人等。这些行业比较常见，例如各种交通工具的驾驶员，或者各种监控场所的监控人员。避免从事危险行业的工作人员因为工作状态而导致的事故发生，例如，对于驾驶车辆的驾驶员，对于盯看监视器的监控人员等，都有检测人员状态的必要。\n[0018] 现有技术中的人员状态检测的技术方案，虽然都是采用了电子检测的手段，替换了费时费力的人工检测手段，但所使用的电子检测手段比较单一，或者仅仅基于面部特征的识别，或者仅仅基于脑电波特征的识别等，单一的电子检测手段必然会带来检测的误差，容易造成误报警或者没有及时报警的情况发生，而这两种情况都是相关管理部门不愿意看到的。\n[0019] 为了克服上述不足，本发明搭建了一种双模式驾驶员驾驶状态检测平台，采用脑电波特征检测和瞳孔特征检测相结合的双模式检测机制进行综合检测，替换原有的单一检测机制，减少判断误差，提高了检测的可靠性。\n[0020] 图1为根据本发明实施方案示出的双模式驾驶员驾驶状态检测平台的结构方框图，所述检测平台包括有脑电波检测头盔1、瞳孔图像拍摄设备2、瞳孔直径识别设备3和数字信号处理设备4，所述数字信号处理设备4与所述脑电波检测头盔1、所述瞳孔图像拍摄设备2和所述瞳孔直径识别设备3分别连接，所述瞳孔图像拍摄设备2和所述瞳孔直径识别设备3连接。\n[0021] 其中，所述脑电波检测头盔1用于检测驾驶员的脑电波特征，所述瞳孔图像拍摄设备2和所述瞳孔直径识别设备3分别用于拍摄驾驶员的瞳孔图像和识别所述瞳孔图像中的瞳孔特征，所述数字信号处理设备4用于基于所述脑电波特征和所述瞳孔特征确定驾驶员的实时驾驶状态。\n[0022] 接着，继续对本发明的双模式驾驶员驾驶状态检测平台的具体结构进行进一步的说明。\n[0023] 所述检测平台还包括：无线收发器，与所述数字信号处理设备4连接，用于将与所述睡眠状态信号、所述疲惫状态信号或所述清醒状态信号对应的文字提醒信息无线发送到驾驶员所在单位局域网和驾驶员所在单位负责人的移动终端。\n[0024] 所述检测平台还包括：供电设备，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。\n[0025] 所述检测平台还包括：移动硬盘，用于预先存储瞳孔直径阈值、β波占据百分比阈值、瞳孔上限灰度阈值和瞳孔下限灰度阈值，所述瞳孔上限灰度阈值和所述瞳孔下限灰度阈值用于将图像中的瞳孔和背景分离。\n[0026] 所述脑电波检测头盔1包括以下部件：\n[0027] 接地电极，放置于驾驶员的头前部中点，用于排除干扰；\n[0028] 参考电极，作为驾驶员身体相对零电位点的电极，采用双耳垂接法放置于驾驶员的耳垂上；\n[0029] 作用电极，放置于驾驶员的头皮上；\n[0030] 信号接收器，与所述接地电极、所述参考电极和所述作用电极分别连接，将所述作用电极接收到的信号减去所述参考电极接收到的信号以作为脑电波信号输出，所述脑电波信号的采样频率为256Hz；\n[0031] 单片机，与所述信号接收器连接，从所述脑电波信号中解析出其中β波，所述β波的频率范围为14-30Hz，计算所述脑电波信号中的β波功率占据所述脑电波信号总功率的百分比并作为β波占据百分比输出。\n[0032] 所述瞳孔图像拍摄设备2包括以下部件：\n[0033] CCD传感器，对驾驶员的瞳孔部位进行拍摄以获得瞳孔图像；\n[0034] 辅助光源，为所述CCD传感器的拍摄提供照明辅助光，所述照明辅助光的强度与所述辅助光源周围环境的光线亮度成反比。\n[0035] 所述瞳孔直径识别设备3包括以下部件：\n[0036] 小波滤波单元，连接所述瞳孔图像拍摄设备2，采用Harr小波滤波器对瞳孔图像执行小波滤波，以获得滤波图像；\n[0037] 灰度化处理单元，与所述小波滤波单元连接，对所述滤波图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像；\n[0038] 瞳孔分割单元，与所述灰度化处理单元和所述移动硬盘分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述瞳孔上限灰度阈值和所述瞳孔下限灰度阈值之间的像素识别并组成瞳孔图案；\n[0039] 瞳孔直径检测单元，与所述瞳孔分割单元连接，基于所述瞳孔图案确定瞳孔图案中的瞳孔直径，并作为实时瞳孔直径输出。\n[0040] 所述数字信号处理设备4与所述移动硬盘、所述脑电波检测头盔1和所述瞳孔直径识别设备3分别连接，当β波占据百分比大于等于β波占据百分比阈值且实时瞳孔直径大于等于瞳孔直径阈值时，输出清醒状态信号，当β波占据百分比小于β波占据百分比阈值且实时瞳孔直径小于瞳孔直径阈值时，输出睡眠状态信号，其他情况时输出疲惫状态信号。\n[0041] 其中，所述小波滤波单元、所述灰度化处理单元、所述瞳孔分割单元和所述瞳孔直径检测单元分别采用FPGA芯片来实现，所述分别采用的FPGA芯片均为XILINX公司的XC3S1000FT256；以及，将所述瞳孔图像拍摄设备2、所述瞳孔直径识别设备3和所述数字信号处理设备4集成在一块集成电路板上。\n[0042] 可选地，在所述检测平台中，所述数字信号处理设备4为TI公司的TMS320F2812芯片；可替换地，将所述小波滤波单元、所述灰度化处理单元、所述瞳孔分割单元和所述瞳孔直径检测单元集成到同一块FPGA芯片中；所述检测平台还可以包括：显示设备，与所述数字信号处理设备4连接，用于实时显示与所述睡眠状态信号、所述疲惫状态信号或所述清醒状态信号对应的提醒文字；以及，所述检测平台还可以包括：音频播放设备，与所述数字信号处理设备4连接，用于实时播放与所述睡眠状态信号、所述疲惫状态信号或所述清醒状态信号对应的语音播放文件。\n[0043] 另外，数字信号处理器(DSP，即Digital Signal Processor)，是由大规模或超大规模集成电路心片组成的用来完成某种信号处理任务的处理器。他是为适应高速实时信号处理任务的需要而逐渐发展起来的。随着集成电路技术和数字信号处理算法的发展，数字信号处理器的实现方法也在不断变化，处理功能不断提高和扩大。\n[0044] 数字信号处理器是进行数字信号处理的专用芯片，是伴随着微电子学、数字信号处理技术、计算机技术的发展而产生的新器件。数字信号处理器并非只局限于音视频层面，他广泛的应用于通信与信息系统、信号与信息处理、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器等许多领域。以往是采用通用的微处理器来完成大量数字信号处理运算，速度较慢，难以满足实际需要；而同时使用位片式微处理器和快速并联乘法器，曾经是实现数字信号处理的有效途径，但此方法器件较多，逻辑设计和程序设计复杂，耗电较大，价格昂贵。数字信号处理器DSP的出现，很好的解决了上述问题。\n[0045] DSP可以快速的实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。例如，对于车载主机而言，数字信号处理器DSP目前主要是提供特定的音场或效果，例如剧场、爵士乐等等，有些还能接收高清晰度无线电和卫星无线电等等，以达到最大的视听享受。数字信号处理器DSP增强了车载主机的性能和可用性，提高了音视频质量、提供了更多的灵活性和更快的设计周期。\n[0046] 采用本发明的双模式驾驶员驾驶状态检测平台，针对现有检测平台检测模式因为检测模式的内在缺陷而带来检测误差的技术问题，将基于瞳孔特征的检测模式和基于脑电波特征的检测模式进行有机的结合，依靠有效的实验室数据，提供了两种检测模式结合的具体方式，有效地为相关管理部门和驾驶员本人提供驾驶员当前的驾驶状态，有利于减少交通事故的发生。\n[0047] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。