基于Android的車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

黃志艷

摘 要隨著移動(dòng)通信、Android系統(tǒng)、智能終端等技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，Android應(yīng)用軟件已經(jīng)在多個(gè)方面得到廣泛普及和使用，取得了顯著的應(yīng)用成效。車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)可以部署在Android系統(tǒng)終端上，將其安裝在汽車上，可以通過攝像頭采集人臉信息，這樣就可以準(zhǔn)確定位人眼睛的位置，判斷人眼的信息狀態(tài)，設(shè)置和處理相關(guān)的駕駛員是否存在嚴(yán)重的疲勞駕駛現(xiàn)象，提醒、幫助駕駛員作出一個(gè)準(zhǔn)確的決策，進(jìn)而可以有效保證駕駛員的生命健康和安全。

【關(guān)鍵詞】Android 車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng) 人臉檢測(cè) 人眼定位

1 引言

汽車已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)、工業(yè)高速發(fā)展的情況下進(jìn)入到了千家萬戶，為每一個(gè)家庭外出旅游、出差等提供方便，但也帶來了每年數(shù)以百萬的交通事故。交通安全調(diào)查報(bào)告結(jié)果顯示，疲勞駕駛是造成交通事故的重要原因?；ヂ?lián)網(wǎng)、多媒體及機(jī)器視覺技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展和改進(jìn)，已經(jīng)在文檔搜索、視頻追蹤、圖像處理、聲音識(shí)別等領(lǐng)域得到廣泛普及和使用，并且在人們的日常生活中開發(fā)了指紋鎖、虹膜保險(xiǎn)柜、聲音門卡等系統(tǒng)，提高了人類生活的便捷性和智能化水平。

汽車駕駛員在行車過程中，由于連續(xù)駕駛會(huì)產(chǎn)生疲憊現(xiàn)象，這樣就很容易為駕駛員帶來生命健康威脅，因此采取模式識(shí)別、機(jī)器視覺、特征檢測(cè)等技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)人臉和人眼識(shí)別系統(tǒng)，判斷駕駛員是否存在疲勞駕駛，及時(shí)為用戶提供一個(gè)狀態(tài)預(yù)警，可以大幅度的降低交通事故的發(fā)生概率。

2 車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)可以采用先進(jìn)的機(jī)器視覺等技術(shù)實(shí)現(xiàn)駕駛員面部表情識(shí)別，以便能夠準(zhǔn)確的檢查駕駛員是否存在疲勞駕駛現(xiàn)象，可以更好的確保駕駛員安全運(yùn)行。車載疲勞駕駛架空系統(tǒng)的主要功能包括以下三個(gè)方面：

2.1 人臉檢測(cè)及跟蹤

汽車行駛過程中，駕駛員一直處于行動(dòng)的狀態(tài)，并且駕駛位與二排后座的人員容易重疊出現(xiàn)在目標(biāo)區(qū)域，因此為了能夠保證拍攝到人臉，系統(tǒng)需要具備一個(gè)人臉檢測(cè)和跟蹤的功能，從復(fù)雜的背景環(huán)境根據(jù)人臉的特征、輪廓將其檢測(cè)出來。目前，常用的人臉檢測(cè)及跟蹤技術(shù)很多，比如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、K均值算法等，這些算法均可以將拍攝到的人臉進(jìn)行灰度化或二值化，更好的過濾掉噪聲數(shù)據(jù)，也即是對(duì)圖像進(jìn)行小波過濾，過濾掉噪聲數(shù)據(jù)之后就可以將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，生成一個(gè)矩陣描述圖像內(nèi)容，然后接著可以使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從海量數(shù)據(jù)中識(shí)別出人臉，并且保持識(shí)別的精確度很高。人臉檢測(cè)及跟蹤模塊可以持續(xù)的對(duì)攝像頭拍攝的駕駛員圖片進(jìn)行處理，并且能夠?qū)Ⅰ{駛員的面部位置標(biāo)識(shí)出來，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的跟蹤定位。

2.2 人眼定位功能

人臉檢測(cè)及跟蹤僅僅可以針對(duì)人臉進(jìn)行粗略定位，這樣就可以縮小人眼檢測(cè)的范圍，更加直接、快速的定位到人眼。通常情況下，人眼處于面部的固定位置，人臉通常是人眼型長(zhǎng)度的五倍，又被人們稱為無眼，人眼的位置通常處于第二眼和第四眼之間，由此，我們可以根據(jù)此分布規(guī)律對(duì)人臉區(qū)域分割，進(jìn)一步縮小人眼檢測(cè)的范圍。人眼定位完畢之后，可以采集駕駛員當(dāng)前的人眼狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡跈z測(cè)模塊。

2.3 疲勞檢測(cè)模塊

疲勞檢測(cè)模塊是系統(tǒng)的核心模塊，其可以根據(jù)采集到的人眼數(shù)據(jù)，將人眼的狀態(tài)劃分為閉合、張開、瞇縫等狀態(tài)，比如，如果人眼露出的面積大于80%，則可以判定駕駛員的眼睛是張開狀態(tài)，意識(shí)處于清醒狀態(tài)，可以安全駕駛汽車；如果人眼露出的面積大于50%且小于80%，則可以判定駕駛員的眼睛是瞇縫狀態(tài)，屬于輕度疲勞狀態(tài)，及時(shí)的發(fā)出警報(bào)聲音提醒駕駛員停車休息或更換駕駛員；如果人眼露出的面積小于50%，則表示駕駛員的眼睛處于閉合狀態(tài)，則可以判定駕駛員是昏睡狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急措施，比如大聲鳴笛、震動(dòng)駕駛位等，喚醒駕駛員，保證駕駛員不會(huì)真正入睡。

具體的，車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從海量的數(shù)據(jù)資源中尋找潛在的知識(shí)信息。基于數(shù)據(jù)挖掘的車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)可以利用管理系統(tǒng)、傳感器等采集數(shù)據(jù)，將采集到的視頻幀進(jìn)行二值化，然后進(jìn)行人臉檢測(cè)和跟蹤，定位和分析人眼狀態(tài)，判斷駕駛員駕駛狀態(tài)，將結(jié)果其輸出到顯示器上，具體的車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)信息處理流程如圖1所示。

3 基于Android的車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)部署于Android操作系統(tǒng)，人們操作系統(tǒng)時(shí)主要針對(duì)電容屏進(jìn)行觸碰，實(shí)現(xiàn)事件的輸入，比如包括控制藍(lán)牙連接攝像機(jī)、鳴笛喇叭和顯示器等，因此可以針對(duì)Android開發(fā)板的發(fā)起藍(lán)牙掃描，Android智能終端等待藍(lán)牙連接。Android開發(fā)板可以根據(jù)需求編輯自己的名稱，等待連接的Android智能終端需要按照開發(fā)板的要求設(shè)置。開發(fā)板可以選擇Android智能終端的設(shè)備名稱可以建立良好的連接，這樣做的好處是手機(jī)端僅需要修改藍(lán)牙設(shè)備名稱即可，然后就可以進(jìn)行連接配對(duì)。開發(fā)板作為掃描設(shè)備時(shí)，自動(dòng)配對(duì)的步驟如下：

（1）根據(jù)需求強(qiáng)制打開藍(lán)牙，此時(shí)藍(lán)牙設(shè)備不需要手動(dòng)打開，也不需要用戶進(jìn)行確認(rèn)即可執(zhí)行第二步。

（2）開發(fā)板自動(dòng)獲取藍(lán)牙適配器，并且開始掃描操作。

（3）掃描到Android智能終端設(shè)備之后，開發(fā)板自動(dòng)發(fā)起連接。

（4）開發(fā)板與Android智能終端能夠自動(dòng)化的進(jìn)行配對(duì)操作，自動(dòng)配對(duì)可以采用PIN碼的模式，此時(shí)就不需要簡(jiǎn)單協(xié)議進(jìn)行操作。

（5）開發(fā)板始終處于一個(gè)等待藍(lán)牙通道傳輸數(shù)據(jù)，這樣就可以從數(shù)據(jù)流中讀取數(shù)據(jù)包。

Android智能終端作為等待連接的機(jī)器設(shè)備，其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E如下：

（1）人工手動(dòng)打開Android智能終端的藍(lán)牙功能。

（2）根據(jù)需求設(shè)置Android智能終端的藍(lán)牙設(shè)備名稱。

（3）等待連接。遙控系統(tǒng)發(fā)起連接的是Android開發(fā)板，因此需要精準(zhǔn)的設(shè)置需要連接智能終端的名稱，以便能夠開發(fā)板更加快速和精準(zhǔn)有效地實(shí)現(xiàn)通信連接。

（4）藍(lán)牙連接成功之后，開始控制指令，通過輸出數(shù)據(jù)流發(fā)送數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通信傳輸。

Android系統(tǒng)、攝像機(jī)、鳴笛喇叭等設(shè)備連接完畢之后，車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)可以采用ESB（企業(yè)服務(wù)總線）、SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）等技術(shù)從物理資源組織方面構(gòu)建共享系統(tǒng)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式不一致的問題。SOA傳輸協(xié)議是新時(shí)期Web Service服務(wù)體系中的一種存在的標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議，SOA協(xié)議定義了一個(gè)完善的邏輯業(yè)務(wù)服務(wù)請(qǐng)求者和邏輯業(yè)務(wù)服務(wù)提供者之間相關(guān)的信息傳輸規(guī)范，因此這些SOA協(xié)議可以促使XML數(shù)據(jù)傳輸?shù)母影踩?，這樣能夠使SOA協(xié)議采用了傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，這樣就可以使HTTP作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行傳輸，這樣就可以為用戶提供一個(gè)格式化的相關(guān)協(xié)議信息，并且能夠承載相關(guān)的HTTP傳輸協(xié)議，這些協(xié)議主要包括SOA封套信息、SOA編碼規(guī)則、SOA RPC進(jìn)行邏輯業(yè)務(wù)處理表示等信息。另外，本文引入了B/S體系架構(gòu)，使得客戶端連接服務(wù)器地址即可系統(tǒng)，即使后期系統(tǒng)運(yùn)行升級(jí)也是在服務(wù)器端進(jìn)行，車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。

B/S架構(gòu)將車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)劃分為三個(gè)層次，分別是表示層、邏輯業(yè)務(wù)處理層和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理層。首先，用戶可以進(jìn)入到表示層，利用鍵盤或電容屏等輸入期望的邏輯業(yè)務(wù)處理信息，這樣就可以將這些信息利用組件發(fā)送到每一個(gè)子系統(tǒng)；邏輯業(yè)務(wù)處理層可以根據(jù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求需求接收處理信息，這樣就可以將邏輯業(yè)務(wù)解析出來，劃分為兩個(gè)組成部分，分別是業(yè)務(wù)請(qǐng)求和數(shù)據(jù)請(qǐng)求，如果用戶信息僅僅包括業(yè)務(wù)請(qǐng)求，邏輯業(yè)務(wù)處理層處理完畢之后就可以將結(jié)果集成、封裝起來，發(fā)送給前臺(tái)表示層，如果用戶信息請(qǐng)求還包括數(shù)據(jù)請(qǐng)求，就可以發(fā)送給數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理。邏輯業(yè)務(wù)處理內(nèi)容執(zhí)行完畢之后，業(yè)務(wù)請(qǐng)求涉及到數(shù)據(jù)信息，就可以通過JavaBean、SOA、ESB或云計(jì)算等工具將這些信息發(fā)送到數(shù)據(jù)層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的插入、修改、刪除和查詢，并且能夠?qū)?shù)據(jù)操作結(jié)果封裝起來反饋給服務(wù)層，服務(wù)層反饋輸出到表示層，實(shí)現(xiàn)前端用戶界面的操作和處理。

4 結(jié)束語

基于Android操作系統(tǒng)的車載疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)可以利用前置攝像頭采集駕駛員的面部圖像，分析駕駛員的眼睛閉合狀態(tài)，判斷駕駛員是否處于疲勞駕駛，并且可以安裝在開源的操作系統(tǒng)上，能夠得到更快更迅速的改進(jìn)，為降低車輛交通事故和保證駕駛?cè)藛T的生命安全作出貢獻(xiàn)，具有重要的作用和意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李翊，陳星，嚴(yán)華.基于多疲勞信息融合的車載疲勞檢測(cè)系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2016，24（01）：16-19.

[2]王浩，韓敏，董杰.基于Android平臺(tái)的車載視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42（06）：121-123.

[3]蔡菁，程雷，王紅霞.基于Kinect的疲勞駕駛綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2015，37（12）：2379-2385.

[4]張華，吳欣，莊志惠.智能控制技術(shù)在汽車疲勞駕駛監(jiān)控中的應(yīng)用研究[J].電氣應(yīng)用，2016，25（08）：100-102.

[5]夏芹，宋義偉，朱學(xué)峰.基于PERCLOS的駕駛疲勞監(jiān)控方法進(jìn)展[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2016（06）：43-46.

作者單位

泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省泰安市 271000