汽車的疲勞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

汽車的疲勞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)汽車的疲勞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓名 呂欣姓名 呂欣 學(xué)號 學(xué)號 1212131612121316 班級 機(jī)電碩班級 機(jī)電碩 12031203 班班 汽車的疲勞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)汽車的疲勞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一 一 緒論緒論 本章首先闡述了課題的研究背景及意義 國內(nèi)外對該課題的研究現(xiàn)狀及常用 的方法 指出了目前研究中存在的問題與難點(diǎn) 1 1 課題研究背景及意義課題研究背景及意義 疲勞駕駛是當(dāng)今交通安全的重要隱患之一 駕駛?cè)嗽谄跁r(shí) 其對周圍環(huán) 境的感知能力 形勢判斷能力和對車輛的操控能力都有不同程度的下降 因此 很容易發(fā)生交通事故 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明 在 2007 年至 2008 年我國直接由疲勞駕 駛導(dǎo)致的死亡人數(shù)分別占機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)私煌ㄕ厥驴偹劳鋈藬?shù)的 11 35 10 91 和 12 5 1 3 大約每年有 9000 人死于疲勞駕駛 因此 研究開發(fā)高性能 的駕駛?cè)似跔顟B(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測及預(yù)警技術(shù) 對改善我國交通安全狀況意義重大 1 2 駕駛?cè)似跔顟B(tài)監(jiān)測方法駕駛?cè)似跔顟B(tài)監(jiān)測方法 駕駛?cè)似跔顟B(tài)的檢測方法可大致分為基于駕駛?cè)松硇盘?基于駕駛?cè)?生理反應(yīng)特征 基于駕駛?cè)瞬僮餍袨楹突谲囕v狀態(tài)信息的檢測方法 1 3 幾種常見的疲勞駕駛檢測方法的優(yōu)劣幾種常見的疲勞駕駛檢測方法的優(yōu)劣 二 二 疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 駕駛員人臉圖像數(shù)據(jù)的采集是整個(gè)疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ) 為后續(xù)工作 的完成提供硬件平臺與保障 為了便于整個(gè)疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì) 保 證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定正常工作 故駕駛員的人臉圖像的采集和存儲作為一個(gè)單獨(dú) 的子系統(tǒng) 并實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)與主機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸與控制信息的通信 2 1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架如下圖所示 據(jù)圖 2 1 并結(jié)合對照課題研究內(nèi)容將其分為三部分 1 駕駛員人臉圖像信息的采集與存儲 2 圖像的處理 包括人臉檢測及人眼定位 3 疲勞駕駛判定及預(yù)警 系統(tǒng)的流程圖如圖 2 2 所示 2 2 圖像采集子系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架圖像采集子系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架 該子系統(tǒng)的主要目的是完成圖像數(shù)據(jù)的采 集及存儲 并實(shí)現(xiàn)與主處理器之間的控制信息 通信及數(shù)據(jù)傳輸 該子系統(tǒng)不需要完成數(shù)據(jù)處 理這一復(fù)雜的過程 因而使用邏輯控制器就可 以實(shí)現(xiàn)這一功能 選用雙儲存器交替方式 如 圖 2 3 所示 2 3 圖像傳感器的選擇圖像傳感器的選擇 圖像傳感器作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號 其新性能以及獲取的圖像質(zhì)量對后 續(xù)工作具有決定性影響 目前圖像采集主要有兩種方式 CCD 視頻圖像信號采 集方式和 COMS 圖像傳感器圖像采集方式 兩者都是利用感光二極管 photodiode 進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換 將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù) 而其主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同 CCD 傳感器中每一行中每一個(gè) 象素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個(gè)象素中 由最底端部分輸出 再經(jīng)由傳 感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出 而在 CMOS 傳感器中 每個(gè)象素都會鄰接一 個(gè)放大器及 A D 轉(zhuǎn)換電路 用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出 造成這種差異 的原因在于 CCD 的特殊工藝可保證數(shù)據(jù)在傳送時(shí)不會失真 因此各個(gè)象素的 數(shù)據(jù)可匯聚至邊緣再進(jìn)行放大處理 而 CMOS 工藝的數(shù)據(jù)在傳送距離較長時(shí)會 產(chǎn)生噪聲 因此 必須先放大 再整合各個(gè)象素的數(shù)據(jù) 由于數(shù)據(jù)傳送方式不同 因此 CCD 與 CMOS 傳感器在效能與應(yīng)用上也有諸多 差異 這些差異包括 1 靈敏度差異 由于 CMOS 傳感器的每個(gè)象素由四個(gè)晶體管與一個(gè)感光二 極管構(gòu)成 含放大器與 A D 轉(zhuǎn)換電路 使得每個(gè)象素的感光區(qū)域遠(yuǎn)小于象素本 身的表面積 因此在象素尺寸相同的情況下 CMOS 傳感器的靈敏度要低于 CCD 傳感器 2 成本差異 由于 CMOS 傳感器采用一般半導(dǎo)體電路最常用的 CMOS 工藝 可以輕易地將周邊電路 如 AGC CDS Timing generator 或 DSP 等 集成到傳 感器芯片中 因此可以節(jié)省外圍芯片的成本 除此之外 由于 CCD 采用電荷傳 遞的方式傳送數(shù)據(jù) 只要其中有一個(gè)象素不能運(yùn)行 就會導(dǎo)致一整排的數(shù)據(jù)不 能傳送 因此控制 CCD 傳感器的成品率比 CMOS 傳感器困難許多 即使有經(jīng) 驗(yàn)的廠商也很難在產(chǎn)品問世的半年內(nèi)突破 50 的水平 因此 CCD 傳感器的成 本會高于 CMOS 傳感器 3 分辨率差異 如上所述 CMOS 傳感器的每個(gè)象素都比 CCD 傳感器復(fù) 雜 其象素尺寸很難達(dá)到 CCD 傳感器的水平 因此 當(dāng)我們比較相同尺寸的 CCD 與 CMOS 傳感器時(shí) CCD 傳感器的分辨率通常會優(yōu)于 CMOS 傳感器的水 平 4 噪聲差異 由于 CMOS 傳感器的每個(gè)感光二極管都需搭配一個(gè)放大器 而放大器屬于模擬電路 很難讓每個(gè)放大器所得到的結(jié)果保持一致 因此與只 有一個(gè)放大器放在芯片邊緣的 CCD 傳感器相比 CMOS 傳感器的噪聲就會增 加很多 影響圖像品質(zhì) 5 功耗差異 CMOS 傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式 感光二極管所產(chǎn)生 的電荷會直接由晶體管放大輸出 但 CCD 傳感器為被動(dòng)式采集 需外加電壓讓 每個(gè)象素中的電荷移動(dòng) 而此外加電壓通常需要達(dá)到 12 18V 因此 CCD 傳 感器除了在電源管理電路設(shè)計(jì)上的難度更高之外 需外加 power IC 高驅(qū)動(dòng)電 壓更使其功耗遠(yuǎn)高于 CMOS 傳感器的水平 綜上所述 雖然 CCD 傳感器在靈敏度 分辨率 噪聲控制等方面都優(yōu)于 CMOS 傳感器 但考慮到低成本 低功耗 以及高整合度的要求 COMS 傳感 器更能勝任這個(gè)系統(tǒng)圖像采集的要求 因此 系統(tǒng)采用美國 Omnivision 公司研 制的 OV7640 圖像傳感器 OV7640 內(nèi)部集成了圖像傳感器陣列 時(shí)鐘發(fā)生器 模擬信號處理 A D 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)輸出格式控制 數(shù)字視頻端口 SCCB 接口等 功能模塊 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)曝光控制 自動(dòng)白平衡 自動(dòng)增溢控制 自動(dòng)亮度控 制 運(yùn)用傳感器技術(shù) 能夠消除普通的光電干擾 例如噪聲 燈光閃爍等 輸 出清晰穩(wěn)定的圖像 其功能框圖如圖 2 4 所示 包括 圖像數(shù)據(jù)陣列 時(shí)鐘發(fā) 生器 模擬處理塊 A D 轉(zhuǎn)換器 輸出各式器 數(shù)字視頻端口 和 SCCB 接口 圖 2 4OV7640 功能框圖 3 人臉檢測與人眼定位人臉檢測與人眼定位 數(shù)字圖像處理是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分 對采集到的人臉數(shù)據(jù)的處理結(jié)果直 接影響到疲勞駕駛的識別情況 進(jìn)而決定整個(gè)系統(tǒng)的工作情況 系統(tǒng)