【摘要】：隨著機(jī)動車保有量和駕駛?cè)藛T數(shù)量持續(xù)增長,交通安全也面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。疲勞駕駛是引發(fā)交通事故的主要因素之一,給人類的生命和財(cái)產(chǎn)帶來巨大的傷害,因此設(shè)計(jì)一種功耗低、體積小、檢測準(zhǔn)確率高,實(shí)時性好的駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)具有重要意義和實(shí)用價值。本文在認(rèn)真研究現(xiàn)有的國內(nèi)外駕駛員疲勞檢測技術(shù),并分析比較各種方法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,選用基于視覺方法對眼睛和嘴巴疲勞特征參數(shù)提取,通過眼睛和嘴巴的開合頻率來判斷駕駛員的疲勞狀態(tài)。本文以Xilinx Zynq SOC為核心,采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法,將駕駛員圖像采集、眼睛和嘴巴疲勞特征參數(shù)提取及駕駛員疲勞狀態(tài)判斷、HDMI高清顯示、音頻報(bào)警集成在一個嵌入式系統(tǒng)中。在ZedBoard開發(fā)板上完成系統(tǒng)測試,其搭載的Zynq系列XC7Z020芯片集成了高性能的雙核ARM Cortex-A9處理器和Xilinx 7系列FPGA邏輯資源。系統(tǒng)充分利用ARM在控制和搭載操作系統(tǒng)方面的優(yōu)勢,又結(jié)合FPGA強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力,實(shí)現(xiàn)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。本文主要工作有:(1)使用Vivado搭建系統(tǒng)硬件工程,包括添加自定義硬件加速IP核、視頻圖像直接存儲器存取(Video Direct Memory Access,VDMA)IP核、視頻顯示模塊、音頻報(bào)警模塊和AXI Interconnect IP并進(jìn)行IP間的連接及參數(shù)配置。(2)使用 Vivado 高層次綜合工具(High-Level Synthesis,HLS)設(shè)計(jì) Zynq可編程邏輯(Programmable Logic,PL)即FPGA部分的自定義硬件加速IP核,主要包括圖像灰度線性變換、Sobel邊緣檢測、最大類間方差法(Otsu)二值化、形態(tài)學(xué)閉操作,使用C++編寫Adaboost人臉檢測算法文本,進(jìn)行Vivado HLS仿真和硬件工程測試,實(shí)現(xiàn)了 Adaboost算法人臉檢測硬件IP模塊。(3)在Zynq處理器系統(tǒng)(Processing System,PS)即ARM部分實(shí)現(xiàn)了包括駕駛員圖像采集,膚色特征結(jié)合Adaboost算法的人臉檢測,卡爾曼結(jié)合Mean Shift算法的人臉跟蹤,橢圓擬合和積分投影算法的眼睛、嘴巴疲勞特征參數(shù)提取,基于PERCLOS原理和嘴巴開合頻率的駕駛員疲勞狀態(tài)判斷,VDMA IP核和硬件加速IP核的驅(qū)動及Qt界面顯示等。在實(shí)際駕駛環(huán)境下和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了系統(tǒng)測試,結(jié)果表明本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了駕駛員疲勞檢測及時發(fā)出疲勞預(yù)警,具有功耗低、體積小、實(shí)時性好、界面友好等特點(diǎn)。
【圖文】：

像采集、人臉檢測、人臉跟蹤、硬件加速ＩＰ核驅(qū)動、疲勞特征提取、疲勞判定等，逡逑ＰＬ部分實(shí)現(xiàn)算法硬件加速ＩＰ核（灰度線性變換、Ｓｏｂｅｌ邊緣檢測、Ｏｔｓｕ二值化、逡逑形態(tài)學(xué)閉操作）、ＨＤＭＩ顯示模塊、語音報(bào)警模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖２．１所示。逡逑ＰＳ部分邐ＤＤＲ３控制器邐—－－．外部ＤＤＲ３逡逑邐＾邐１邐Ｉ邋１邐：逡逑－逡逑－攝像卜操逡逑雙核Ｃｏｒｔｅｘ？－Ａ９處理器逡逑ＳＤ邋Ｃａｒｄ邋ｐ＝邐＾邐駕駛員疲勞檢測程序逡逑邐ｓｚ邐逡逑ＡＸＩ互聯(lián)接口逡逑＂ＺＺＺＴ邋１Ｔ￣邐＾邐￣邐邐逡逑ＶＤＭＡ＿１邐ＶＤＭＡ＿０邐音頻控制邏輯邐ＡＤＡＵ１７６１卩揚(yáng)聲器逡逑ｔ邐邐邋邐逡逑硬件加速ＩＰ核邐ＨＤＭＩ控制邏輯邐ＡＤＶ７５１１邐顯示器逡逑Ｉ邐邐邐Ｉ邋邐邐邐逡逑ＰＬ部分逡逑圖２．１系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑該系統(tǒng)分為九大模塊：駕駛員圖像采集模塊、人臉檢測模塊、人臉跟蹤模塊、逡逑算法硬件加速模塊、特征提取模塊、疲勞判定模塊、ｉｐ核驅(qū)動及界面設(shè)計(jì)模塊、逡逑ＨＤＭＩ顯示模塊、語音報(bào)警模塊。各模塊具體介紹如下：逡逑（１）駕駛員圖像采集模塊，ＡＲＭ端打開攝像頭實(shí)時采集駕駛員圖像，該攝逡逑像頭型號為羅技Ｃ１７０

像采集、人臉檢測、人臉跟蹤、硬件加速ＩＰ核驅(qū)動、疲勞特征提取、疲勞判定等，逡逑ＰＬ部分實(shí)現(xiàn)算法硬件加速ＩＰ核（灰度線性變換、Ｓｏｂｅｌ邊緣檢測、Ｏｔｓｕ二值化、逡逑形態(tài)學(xué)閉操作）、ＨＤＭＩ顯示模塊、語音報(bào)警模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖２．１所示。逡逑ＰＳ部分邐ＤＤＲ３控制器邐—－－．外部ＤＤＲ３逡逑邐＾邐１邐Ｉ邋１邐：逡逑－逡逑－攝像卜操逡逑雙核Ｃｏｒｔｅｘ？－Ａ９處理器逡逑ＳＤ邋Ｃａｒｄ邋ｐ＝邐＾邐駕駛員疲勞檢測程序逡逑邐ｓｚ邐逡逑ＡＸＩ互聯(lián)接口逡逑＂ＺＺＺＴ邋１Ｔ￣邐＾邐￣邐邐逡逑ＶＤＭＡ＿１邐ＶＤＭＡ＿０邐音頻控制邏輯邐ＡＤＡＵ１７６１卩揚(yáng)聲器逡逑ｔ邐邐邋邐逡逑硬件加速ＩＰ核邐ＨＤＭＩ控制邏輯邐ＡＤＶ７５１１邐顯示器逡逑Ｉ邐邐邐Ｉ邋邐邐邐逡逑ＰＬ部分逡逑圖２．１系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑該系統(tǒng)分為九大模塊：駕駛員圖像采集模塊、人臉檢測模塊、人臉跟蹤模塊、逡逑算法硬件加速模塊、特征提取模塊、疲勞判定模塊、ｉｐ核驅(qū)動及界面設(shè)計(jì)模塊、逡逑ＨＤＭＩ顯示模塊、語音報(bào)警模塊。各模塊具體介紹如下：逡逑（１）駕駛員圖像采集模塊，ＡＲＭ端打開攝像頭實(shí)時采集駕駛員圖像，，該攝逡逑像頭型號為羅技Ｃ１７０
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U463.6;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 張建明;汪大慶;;基于Adaboost算法的多姿態(tài)人臉實(shí)時視頻檢測[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2010年18期

2 王榮本,郭克友,儲江偉;一種基于Gabor小波的駕駛員眼部狀態(tài)識別方法的研究[J];中國圖象圖形學(xué)報(bào);2003年09期

本文編號：2605638