專利名稱：基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學與電子領(lǐng)域，特別涉及一種基于光學人眼檢測的汽車防疲勞
駕駛的裝置。
背景技術(shù)：
有資料表明，高速公路發(fā)生的交通事故中，有50%以上是由于長時間疲勞駕駛或 所見目標單調(diào)使司機注意力不集中、甚至打瞌睡等原因造成的。 基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的方法與裝置是指利用人眼晶狀體的光束 會聚及視網(wǎng)膜的反射特性，能檢查到正常情況下人眼的方位角以及開閉狀態(tài)，可應(yīng)用到汽 車防疲勞駕駛裝置、立體顯示技術(shù)、視頻會議、人臉定位、軍事視覺制導(dǎo)、機器人視覺導(dǎo)航等 領(lǐng)域。例如，基于光學人眼檢測應(yīng)用于汽車防疲勞駕駛裝置，它涉及人眼的識別與定位，根 據(jù)人眼所處的范圍以及閉合頻率判斷司機是否睡眠、開小差等，系統(tǒng)根據(jù)不同情況給出警 告，比如拉緊安全帶、發(fā)出報警聲、緊急剎車等。這樣能極大地減少交通事故的發(fā)生率，因此 汽車防疲勞駕駛裝置引起了廣泛關(guān)注。在關(guān)于人眼識別與定位系統(tǒng)中，有很多種方法可以 檢測到人眼。比如利用圖像處理技術(shù)；利用瞳孔在近軸和遠軸紅外光分別照射下的不同 狀態(tài)，得到眼睛的候選區(qū)域；采用粒子濾波器跟蹤人眼等。這些方法大致可以分為兩大類 基于特征分析的人眼狀態(tài)識別和基于模式分類的人眼狀態(tài)識別?；谔卣鞣治龅娜搜蹱顟B(tài) 識別，眼睛狀態(tài)主要是由內(nèi)外眼角、上下眼瞼、虹膜和鞏膜等特征決定的，有以下三種典型 的方法灰度模板匹配法、虹膜和眼白提取法、Hough變換檢測瞳孔法，這些都對人眼區(qū)域 的像素精度要求較高，適用范圍受到限制?；谀Ｊ椒诸惖娜搜蹱顟B(tài)識別，是根據(jù)樣本自動 學習規(guī)則或知識的方法判斷出人眼的狀態(tài)，目前主要有特征眼、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、SVM、HMM等方法， 該類方法一般需要對圖像進行縮放、旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜的歸一化處理，運算量大，而且對你素精度 也有一定要求。由于目標本身的信息較多，如不加簡化，將不可避免地帶來信息匹配時的大 量運算。傳統(tǒng)的方法對像對輸入圖像具有較高的要求，計算量往往較大，定位準確率不高 等。傳統(tǒng)的灰度投影法對人臉圖像進行水平和垂直方向的投影，根據(jù)波峰波谷的分布信息 來定位眼睛，這種方法定位速度較快，但波峰波谷的分布對不同的人臉和姿態(tài)的變化非常 敏感，定位精度較差；模板匹配法也是經(jīng)常使用的方法，建立眼睛模板后在圖中尋找與模板 匹配程度最大的部分作為眼睛區(qū)域。這種方法的缺點在于模板的參數(shù)不好確定，且對于傾 斜的人臉定位往往不準確。當眼睛沒有完全睜開或眼白與眼球的對比不明顯時，定位準確 率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術(shù)不足的問題，提出了一種基于光學人眼檢測的汽車防疲勞
駕駛的裝置，可實現(xiàn)快速實時判別人眼范圍及閉合頻率等狀態(tài)，有效防止疲勞駕駛。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，包括燈
罩、紅外光源、會聚透鏡、小孔光闌、紅外分光鏡、紅外濾光片、紅外光電檢測器件、人眼光學系統(tǒng)，紅外光源發(fā)出紅外光，經(jīng)過位于紅外光源前面的燈罩反射和會聚透鏡會聚成一點，在
成像處小孔光闌濾除高頻光束；從小孔光闌發(fā)出的光進入紅外分光鏡，經(jīng)透射進入人眼光
學系統(tǒng)，光束在人眼視網(wǎng)膜上產(chǎn)生漫反射，所產(chǎn)生的漫反射的光經(jīng)過人眼晶狀體按原路返
回到紅外分光鏡，再次經(jīng)過反射的光束進入紅外濾光片濾光后，進入紅外光電檢測器件。 所述紅外分光鏡與紅外光源光軸成45度角，大小能覆蓋光源發(fā)出的光。 所述紅外濾光片和紅外光電檢測器件的感光面同軸，其中心的垂直線通過原光軸
和紅外分光鏡的交點。 所述會聚透鏡為短焦距正透鏡，材料為紅外材料。
所述小孔光闌中心孔為圓形或方形，中心位于光軸上。 所述紅外光電檢測器件可為對紅外感應(yīng)的紅外面陣CCD、紅外線陣CCD或紅外光 電二級管。 本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，可 以實現(xiàn)以光學的方法對人眼方位和狀態(tài)的檢測，對背景光無限制，對于入射光束要求低，系 統(tǒng)應(yīng)用范圍廣；可以實現(xiàn)實時信號輸出，定位精度高，使用便利，穩(wěn)定性和可靠性高；從紅 外光電檢測器件上輸出信號直接為人眼狀態(tài)的信號，經(jīng)過簡單處理可對汽車電子系統(tǒng)傳輸 指令，效率高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。


圖1為本發(fā)明基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置工作原理框圖； 圖2為本發(fā)明基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置中紅外面陣CCD上的圖像。
具體實施例方式
如圖1所示基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置工作原理框圖，選取紅外 光源，可為紅外LED，或者紅外激光器，或者是紅外白熾燈。從紅外光源2發(fā)出的紅外光經(jīng)人 眼狀態(tài)檢測系統(tǒng)10到人眼光學系統(tǒng)8、9反射到紅外光電檢測器件7上，紅外光電檢測器件 7上的參數(shù)傳送給信號分析與處理系統(tǒng)20，判斷人眼的狀態(tài)。由不同的人眼狀態(tài)可把相應(yīng) 的指令傳輸給警示信號產(chǎn)生系統(tǒng)21或者汽車控制系統(tǒng)22。 如圖2所示結(jié)構(gòu)示意圖，包括燈罩1、紅外光源2、會聚透鏡3、小孔光闌4、紅外分 光鏡5、紅外濾光片6、紅外光電檢測器件7、人眼光學系統(tǒng)8、9，紅外光源2發(fā)出紅外光，經(jīng) 過前面的燈罩1反射和會聚透鏡3會聚成一點，在成像處加入小孔光闌4濾除高頻光束；從 小孔光闌4發(fā)出的光進入紅外分光鏡5，紅外分光鏡5與光軸成45度角，大小能覆蓋光源 發(fā)出的光，由此進入的紅外光的大部分光能透射，進入人眼光學系統(tǒng)8、9，其中人眼光學系 統(tǒng)9位于光源所在的光軸上，人眼光學系統(tǒng)8位于離軸位置上，由人眼晶狀體會聚在視網(wǎng)膜 上；光束在人眼視網(wǎng)膜上產(chǎn)生漫反射，所產(chǎn)生的漫反射的光經(jīng)過人眼晶狀體按原路返回到 紅外分光鏡5，由此進入的紅外光的大部分光能反射；光束進入紅外濾光片6，只讓紅外光 源2發(fā)出特定波長的光通過，把其余雜光濾除；光束進入紅外光電檢測器件7，可檢測出人 眼狀態(tài)。
紅外濾光片6和紅外光電檢測器件7的感光面同軸，其中心的垂直線通過原光軸 和紅外分光鏡5的交點，紅外濾光片6位于紅外光電檢測器件7前，紅外光電檢測器件7與 小孔光闌4關(guān)于紅外分光鏡5的鏡像有一定距離；紅外濾光片6和紅外光電檢測器件7處 于經(jīng)過人眼反射回來的光經(jīng)紅外分光鏡5反射的一側(cè)；燈罩l為對紅外光反射校正的燈罩， 能使紅外光源發(fā)射的一部分光反射到原光源處，提高光能利用率；會聚透鏡3為短焦距正 透鏡，材料為紅外材料；小孔光闌4中心孔為圓形或方形，中心位于光軸上；紅外分光鏡5 為紅外材料，而且只用一片，從光源2發(fā)出的光經(jīng)過紅外分光鏡5后大部分光能透射到達人 眼，從人眼視網(wǎng)膜反射的光經(jīng)同一紅外分光鏡5后大部分光能反射到紅外濾光片6 ;紅外濾 光片6只可通過一定波長的紅外光，濾除其余波長的光；紅外光電檢測器件7可為對紅外感 應(yīng)的紅外面陣CCD、紅外線陣CCD或紅外光電二級管。 如圖3所示紅外面陣CCD上的圖像，由于紅外面陣CCD的位置與小孔光闌關(guān)于紅 外分光鏡的鏡像有一定距離，因此對于不同方向角上的人眼反射回來的紅外光成像于紅外 面陣CCD上的不同位置。人眼光學系統(tǒng)8、9所反射回來的光在紅外面陣CCD7圖像上分別 是11、12。顯然根據(jù)從人眼光學系統(tǒng)反射回來的光在紅外面陣CCD7上的成像位置易得出人 眼的方位角。
權(quán)利要求
一種基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，其特征在于，包括燈罩(1)、紅外光源(2)、會聚透鏡(3)、小孔光闌(4)、紅外分光鏡(5)、紅外濾光片(6)、紅外光電檢測器件(7)、人眼光學系統(tǒng)(8、9)，紅外光源(2)發(fā)出紅外光，經(jīng)過位于紅外光源(2)前面的燈罩(1)反射和會聚透鏡(3)會聚成一點，在成像處小孔光闌(4)濾除高頻光束；從小孔光闌(4)發(fā)出的光進入紅外分光鏡(5)，經(jīng)透射進入人眼光學系統(tǒng)(8、9)，光束在人眼視網(wǎng)膜上產(chǎn)生漫反射，所產(chǎn)生的漫反射的光經(jīng)過人眼晶狀體按原路返回到紅外分光鏡(5)，再次經(jīng)過反射的光束進入紅外濾光片(6)濾光后，進入紅外光電檢測器件(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，其特征在于， 所述紅外分光鏡(5)與紅外光源(2)光軸成45度角，大小能覆蓋光源發(fā)出的光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，其特征在于， 所述紅外濾光片(6)和紅外光電檢測器件(7)的感光面同軸，其中心的垂直線通過原光軸 和紅外分光鏡(5)的交點。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，其特征在于， 所述會聚透鏡(3)為短焦距正透鏡，材料為紅外材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，其特征在于， 所述小孔光闌(4)中心孔為圓形或方形，中心位于光軸上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，其特征在于， 所述紅外光電檢測器件(7)可為對紅外感應(yīng)的紅外面陣CCD、紅外線陣CCD或紅外光電二級 管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光學人眼檢測的汽車防疲勞駕駛的裝置，從紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)人眼狀態(tài)檢測系統(tǒng)到人眼光學系統(tǒng)反射到紅外光電檢測器件上，紅外光電檢測器件上的參數(shù)傳送給信號分析與處理系統(tǒng)，判斷人眼的狀態(tài)。由不同的人眼狀態(tài)可把相應(yīng)的指令傳輸給警示信號產(chǎn)生系統(tǒng)或者汽車控制系統(tǒng)。此裝置可以實現(xiàn)以光學的方法對人眼方位和狀態(tài)的檢測，對背景光無限制，對于入射光束要求低，系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣；可以實現(xiàn)實時信號輸出，定位精度高，使用便利，穩(wěn)定性和可靠性高；從紅外光電檢測器件上輸出信號直接為人眼狀態(tài)的信號，經(jīng)過簡單處理可對汽車電子系統(tǒng)傳輸指令，效率高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
文檔編號A61B3/14GK101744604SQ20091020109
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者丁左紅, 莊松林, 滿忠勝, 翁曉羽, 藍景恒, 郭漢明 申請人:上海理工大學