基于OpenCV的疲劳驾驶检测系统的设计与实现

分类号学号M200976083学校代码10487密级硕士学位论文基于OpenCV的疲劳驾驶检测系统的设计与实现学位申请人：侯科学科专业：软件工程指导教师：万琳副教授答辩日期：2012.5.18AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringDesignandImplementationofDriver’sFatigueDetectionSystemBaseonOpenCVCandidate:HouKeMajor:SoftwareEngineeringSupervisor:Assoc.Prof.WanLinHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于I华中科技大学硕士学位论文摘要随着我国经济近年来的飞速`发展，城市以及高速道路的机动车辆保有量正在急剧增加。在全球，每年由于疲劳驾驶而导致交通事故和人员伤亡数以万计，在我国，疲劳驾驶也被交管部门列为导致道路交通事故的三大原因之一，给人民群众的生活带去了十分恶劣的影响。因此在实际情况中，如何采取有效措施来预防或者减少驾驶员疲劳的情况，对于保护人民生命财产安全和减少交通事故的发生便具有非常重大的意义。本文采用CCD摄像头对驾驶室内的驾驶员进行实时的面部图像抓拍，通过图像处理的技术分析人眼的闭合程度，从而判断驾驶员的疲劳程度。PERCLOS是我们的主要评价标准，意为人眼持续闭合时间占特定时间的比率。本文介绍了一种基于Haar特征的AdaBoost级联分类器算法，并根据此算法对目标图像进行人脸检测，然后在分割出的人脸图像中，对人脸图像进行水平投影，并根据水平投影得到的人眼上下眼睑，定位出人眼的位置，而且根据人眼的上下眼睑可以通过事先给出的一定判别标准，判断眼部是否处于疲劳状态，从而达到疲劳检测的目的。当检测出驾驶员处于疲劳时，系统会自动报警，使驾驶员恢复到正常状态，从而尽量规避了行车的安全隐患，并且系统做出预留功能，可以将驾驶员的疲劳状态图片发送给指定的服务器以备查询。本系统采用的核心算法是基于Haar特征的AdaBoost级联分类器算法和水平投影，首先介绍了这两种算法的主要思想及工作原理，然后对驾驶员实际驾驶环境的特点进行了分析并给出需求分析，接着在visualstudio的平台下，使用intel开发的图像处理开发包OpenCV对整个设计进行实现，最后再对YALE人脸数据库和拍摄的人脸集进行测试，并得出实验结果。实验结果显示，基于Haar特征的AdaBoost方法对于人脸检测以及水平投影对于人眼定位的方法，具有精确度高、计算迅速以及鲁棒性强的优点。最后再分析了实验中的不足，并给出了下一步的改进方法。关键词：人眼检测疲劳驾驶OpenCVPERCLOSII华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofChina'seconomyinrecentyears,thecityaswellashigh-speedroadmotorvehicleownershipisincreasingdramatically.IntheworldeveryyearduetodriverfatiguewhichleadstotrafficaccidentsandcasualtiesoftensofthousandsinChina,fatiguedriving,definedbythetrafficcontroldepartmentasoneofthethreemainreasonsofroadtrafficaccidents,affectedthelifeofthepeopleoftheveryseriously.Therefore,howtoeffectivelydetectandpreventdriverfatigueputsextremelyimportancetocontrolandreducetrafficaccidents.Thisarticledescribesthesystemofsensoronthedriver'sfaceimageacquisition.Analysisofthestateofthehumaneyetodeterminethedegreeoffatigue.Themainindicatorstomeasurethedegreeofdriverfatigue:theclosingtimeofthehumaneyecontinuedtoaccountforthespecifictimethetheratioPERCLOS.ThesystemusesGadaboutscascadetombHaarfeaturesclassifieralgorithmtofacedetectionpositioninthefaceareabythetemplatematchingmethodonthebasisofthetombofthedetectedface,thehumaneyetodetecteyestatewhenthesystemdetectedthedriverisinasleepstate,andtimelyalarmtoalertthedriver,andretainthedatauploadedtothegroundcontrolcenter.Inthispaper,basedonHaarfeaturesAdaBoostcascadeclassificationalgorithmandtemplatematchingalgorithm,describedonthebasisofitsprinciplesandspecific,softwareprogramming,andrealizationofthealgorithmtestedbyseveraltestsets.TheexperimentsshowthattheAdaBoostmethodandthetemplatematchingmethod,withdetectionwithhighaccuracy,fastspeedandrobustnesstogoodadvantage.Finally,thelackofthealgorithmexposedinthetest,furtherimprovements.Keywords:EyeDetectionFatigueDrivingOpenCVPerclosIII华中科技大学硕士学位论文目录摘要...............................................................................................................IAbstract...........................................................................................................II1绪论1.1研究背景和意义..................................................................................(1)1.2国内外研究现状..................................................................................(2)1.3主要研究工作......................................................................................(3)1.4组织结构...............................................................................................(4)2相关技术背景2.1疲劳检测的评价标准..........................................................................(5)2.2人脸检测技术概述..............................................................................(8)2.3人眼定位技术概述..............................................................................(9)2.4OpenCV简介.....................................................................................(10)2.5本章小结.............................................................................................(16)3疲劳驾驶检测系统需求分析与概要设计3.1疲劳驾驶检测系统需求分析............................................................(17)3.2疲劳驾驶检测系统概要设计............................................................(18)3.3本章小结.............................................................................................(20)4疲劳驾驶检测系统详细设计与实现4.1视频采集模块....................................................................................(22)4.2人脸检测.............................................................................................(23)4.3图像预处理.........................................................................................(26)4.4二值化.................................................................................................(30)IV华中科技大学硕士学