基于A(yíng)RM+DSP的駕駛員眼部疲勞視覺(jué)檢測算法設計

如何為駕駛員提供一個(gè)有效實(shí)用的安全輔助駕駛系統是車(chē)輛安全駕駛的一個(gè)重要課題?；跈C器視覺(jué)的疲勞駕駛檢測技術(shù)已在國內外開(kāi)展了廣泛研究，其中以駕駛員眼部特征的檢測最為廣泛。

本文以低成本、低功耗、高實(shí)時(shí)性為設計原則，以ARM+DSP構成硬件平臺，并移植了嵌入式操作系統Windows CE 5.0，設計了一套基于駕駛員眼部特征的疲勞駕駛檢測算法，對駕駛員駕駛過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和報警，從而提高駕駛的安全性與舒適性。

1 硬件平臺設計

系統硬件平臺選用三星公司ARM9架構的S3C2440作為核心處理器，利用TI公司的TMS320DM642作為視頻采集處理模塊，其結構框圖如圖1所示。DSP平臺主要負責采集圖像、圖像算法處理，ARM平臺主要完成整個(gè)系統的控制處理，兩者之間通過(guò)網(wǎng)口實(shí)現通信和同步。在系統運行過(guò)程中，ARM平臺可實(shí)時(shí)顯示采集到的視頻以及相應眼部疲勞特征識別的結果，同時(shí)用戶(hù)可通過(guò)觸摸屏交互界面對系統進(jìn)行設置和控制。為保證系統平臺具有高的可靠性以實(shí)現復雜的系統調度，在設計過(guò)程中對本系統各平臺進(jìn)行了操作系統移植，DSP平臺移植了DSP/BIOS系統，ARM平臺移植了Wince操作系統。

S3C2440是一款基于A(yíng)RM92OT核的16/32 bit RSIC結構的嵌入式微處理器，主頻為400 MHz，最高可達533 MHz；片內外資源豐富，具有強大的處理能力。系統存儲擴展了64 MB的NANDFlash、64 MB的SDRAM；另外還有2 MB的NORFalsh，用于存放系統引導加載程序[1]。

TMS320DM642芯片[2]能夠實(shí)時(shí)高速地完成大數據量的數字視頻編解碼處理，是強大的高性能單片多媒體處理器，具有高質(zhì)量、多通道、優(yōu)越的視頻處理性能，以及完整的軟件可編程特性；基于C64x系列VelociTI.2DSP 架構的設計，與TI公司其他的C64x數字信號處理器代碼相兼容，擁有500/600 MHz時(shí)鐘頻率，性能高，其傳輸速率達4 000/4 800 MIPS；不僅具有C64x系列芯片的主要特征，還高度集成了音視頻等外部設備的接口，方便多媒體應用開(kāi)發(fā)。

2 圖像識別算法

2.1 總體檢測流程

首先，根據臉部膚色的聚類(lèi)特性檢測駕駛員臉部位置，在人臉檢測的基礎上，根據眼睛在人臉上的幾何位置分布，確定眼睛的大概位置，縮小眼部檢測的區域范圍；其次，在縮小的眼部搜索區域范圍內，利用Sobel邊緣檢測算法對眼部區域進(jìn)行邊緣檢測，提取眼部的邊緣信息，并對其進(jìn)行二值化處理；再對二值化后的眼部區域進(jìn)行連通成分分析，采用基于區域連通的二值圖像濾波方法去除眼部周?chē)鷪D像噪聲點(diǎn)的干擾；然后根據改進(jìn)的積分投影算法，計算左右眼角和上下眼瞼的距離，確定駕駛員眼睛的睜閉狀態(tài)；最后，定義眨眼頻率，并據此實(shí)現疲勞駕駛的檢測。具體的算法流程如圖2所示。


2.2 基于膚色聚類(lèi)的人臉檢測

膚色對面部表情、頭部旋轉以及圖像尺度的變化不敏感， 但是人臉檢測的一個(gè)重要特征。在HSV 顏色空間， 圖像的照度和色度是分離的，膚色聚類(lèi)更緊密， 不易受周?chē)饩€(xiàn)的影響。因此， 本文采用基于RGB 和HSV 顏色空間的膚色聚類(lèi)算法對駕駛員臉部進(jìn)行檢測。從攝像頭采集的圖像為RGB 格式， 可以利用式(1)實(shí)現從RGB 顏色空間到HSV 空間的轉換[ 3]。



2.3 眼部感興趣區域確定

假設檢測出的人臉區域長(cháng)度為HF、寬度為WF， 在豎直方向上， 眼睛大概位于臉部二分之一以上、頭頂以下
HF/5 的區域。在水平方向上， 眼部邊界區域被定位于距離臉部左邊界WF/8 處開(kāi)始到距離臉部右邊界WF/8 處
的區域。根據上述原則， 初始眼部檢測區域為如圖3 中所示的矩形EFGH 區域。