本系統(tǒng)是針對現(xiàn)有市場上銷售的車輛多注重于事故發(fā)生時(shí)對人身安全的保障(如安全氣囊等)，忽略了防范事故于未然的考慮而提出的。基于FPGA的司機(jī)眼球跟蹤疲勞報(bào)警系統(tǒng)可以很好的解決上述問題，且相較于傳統(tǒng)的DSP實(shí)現(xiàn)具有集成度高、處理速度快、功能更強(qiáng)大、方便改進(jìn)內(nèi)部設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)。
Abstract:
The system is proposed because we usually place more emphasis on the human body protection in road accidents, e.g. airbag protection, but ignore to guard against accidents in the first place of the concerns. The driver fatigue detection eyeball tracking alarm system based on FPGA can help solve this problem, while having the advantage over traditional DSP design with high integration, processing speed, more powerful and convenient to improve the interior design, etc.
1、研究意義
視頻實(shí)時(shí)跟蹤作為一個(gè)應(yīng)用性研究方向，其應(yīng)用愈加廣泛，如軍事、航空、防盜、視頻會(huì)議等場合，特別是重要場合的安檢系統(tǒng)成為新的應(yīng)用領(lǐng)域。本系統(tǒng)將視頻實(shí)時(shí)跟蹤應(yīng)用于對疲勞駕駛的司機(jī)報(bào)警，以避免交通事故的發(fā)生。“交通事故猛于虎”。近年來，國民擁有私家車的數(shù)量不斷提高，與此同時(shí)交通事故的發(fā)生率也不斷上升，車輛與安全問題已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。而其中疲勞駕駛引發(fā)的交通事故占事故總數(shù)的20%左右，占特大交通事故的40%以上;日本的一項(xiàng)事故調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，因疲勞產(chǎn)生的事故約占1%~1.5%;法國國家警察總署事故報(bào)道，因疲勞瞌睡而發(fā)生車禍的，占人身傷害事故的14.9%，占死亡事故的20.6%;美國國家公路交通安全管理局保守估計(jì)，每年因?yàn)槠隈{駛而導(dǎo)致的車禍大約有10萬起?？梢哉f疲勞已成為安全行車的大敵。
現(xiàn)有市場上銷售的車輛多注重于事故發(fā)生時(shí)對人身安全的保障(如安全氣囊等)，忽略了防事故于未然的考慮。司機(jī)眼球跟蹤疲勞報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以很好的解決上述問題。傳統(tǒng)的視頻跟蹤的圖像處理過程采用DSP實(shí)現(xiàn)，首先在外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)上具有很高的布線復(fù)雜度，且測量精度受布線影響較大，其次設(shè)計(jì)調(diào)試具有很高的難度，在實(shí)際車內(nèi)空間內(nèi)往往需要更改某些參數(shù)設(shè)計(jì)等，這在實(shí)際使用中會(huì)受到較大的限制。為了克服以上缺點(diǎn)，急需研制一種功能強(qiáng)大、集成度高、方便更新內(nèi)部器件的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
司機(jī)眼球跟蹤疲勞報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用視頻實(shí)時(shí)跟蹤原理，實(shí)時(shí)跟蹤捕捉司機(jī)眼球(通過臉部圖像跟蹤和眼球識別)，分析司機(jī)眼睛的睜閉情況并計(jì)算閉合時(shí)間，以此判斷是否提出報(bào)警。本系統(tǒng)由攝像頭及視頻解碼模塊、顯示器、LCD顯示模塊、開發(fā)板四部分組成。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，我們以FPGA器件作為硬件基礎(chǔ)，運(yùn)用Xilinx的MicroBlaze嵌入式軟核處理器，結(jié)合圖像處理和動(dòng)態(tài)目標(biāo)識別算法，輔以必要的外圍電路完成整個(gè)系統(tǒng)的搭建。為了提高系統(tǒng)處理速度，所有的主要處理過程都通過硬件方式實(shí)現(xiàn)，其中包括視頻圖像的實(shí)時(shí)采集、中值濾波器與FIR濾波器、相關(guān)圖像處理算法等很多內(nèi)容。
本設(shè)計(jì)主要適用于經(jīng)常需要長途開車的司機(jī)，也可以面向各品牌的汽車制造商或一些交通安全保障部門。
2、系統(tǒng)原理
系統(tǒng)可分為四個(gè)模塊：圖像采集、特征提取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、人機(jī)交互界面
(1)面部圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集
通過攝像頭獲得的視頻流經(jīng)過外部的一個(gè)視頻解碼芯片，實(shí)現(xiàn)模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號的轉(zhuǎn)換，使其能夠送入到FPGA內(nèi)部做進(jìn)一步的處理。
(2)圖像處理功能
實(shí)現(xiàn)眼部特征的提取是本設(shè)計(jì)的核心算法部分，根據(jù)獲得的眼部特征判斷眼睛的閉合狀態(tài)。利用MicroBlaze強(qiáng)大的運(yùn)算能力，大部分算法由此軟核運(yùn)行C代碼實(shí)現(xiàn) 。
(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
FPGA內(nèi)部的用戶自定義模塊可以將眼睛閉合時(shí)間超過設(shè)定門限值時(shí)的視頻信息存儲(chǔ)到CF卡中，在發(fā)生交通意外的情況下這些數(shù)據(jù)可以作為分析事故原因的重要資料。用戶還可以通過選擇，將存儲(chǔ)在CF卡中視頻信息在顯示器中顯示出來。
(4)人機(jī)交互界面
設(shè)計(jì)中使用高分辨率彩色LCD屏，實(shí)現(xiàn)可視化操作界面，根據(jù)用戶需要，在發(fā)生報(bào)警時(shí)可以顯示提示信息。同時(shí)利用觸控屏，對界面進(jìn)行功能選擇，例如控制視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等。
