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基于圖像識別與雷達測距技術的開車看手機安全預警系統

人氣指數: 發布時間:2018-01-31 08:49  來源:http://www.ppgxke.icu  作者:胡智超,呂亮
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  摘要:隨著交通運輸業的發展,交通事故已成為當前世界各國所面臨的嚴重問題,而因開車看手機造成的交通事故正在逐年增加。針這一現象,提出一套基于圖像識別與雷達測距技術的開車看手機安全預警系統。本系統采用基于opencv的圖像處理技術用于檢測駕駛員是否在看手機,利用雷達測距用于對外部障礙物數據的采集,根據相應算法判斷其是否存在危險,最后根據兩者結果綜合判斷,建立相應安全等級,輔助駕駛保障駕駛員行車安全。
 
  關鍵詞:開車看手機安全預警圖像識別雷達測距系統開發
 
  中圖分類號:U471.1文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2017)11(b)-0016-02
 
  隨著智能手機的普及,除了給人們的生活帶來許多便利以外,還影響著人們的日常生活。目前,許多司機在開車時都養成了看手機的習慣,然而因為這一壞習慣所引發的交通事故逐年增多。據上海市的不完全統計,2014年1至10月,本市共發生致人死亡交通事故690起,其中由開車接聽電話、玩微信等“其他妨礙安全行車的違法行為”引發的死亡事故高達204起,占到了總數的29.6%。
 
  目前有些國家也研發了一些技術來預防因為開車看手機而造成的交通事故,例如英國一家企業開發的一款手機應用能夠監測用戶的開車速度,當時速達到6km時自動關閉撥出電話、收發短信和電子郵件、社交軟件等會分散司機注意力的功能。國外對于開車玩手機主要通過手機應用層面來限制手機的使用,這種做法過于被動不適于我國國情,通過主動輔助安全駕駛在我國是更容易被接受。而國內對于開發車內監測駕駛員開車看手機預警系統并沒有太多的研究成果。
 
  1系統的實際構成及工作流程
 
  1.1系統模塊
 
  如圖1所示,本系統總共分為4個模塊,分別是看手機狀態監測模塊、行駛障礙物雷達測距模塊、嵌入式系統模塊(包括潛在事故風險綜合判斷模塊和音頻報警模塊)、通信供電模塊。
 
  1.2工作流程
 
  當汽車在道路上行駛時,周圍的環境都是不確定的。本系統是通過檢測駕駛員的駕駛狀態,并判斷他此時是否在玩手機,同時啟動RPLIDAR雷達測距儀來檢測周圍的道路環境。雷達將檢測到的數據發送給潛在事故風險綜合判斷模塊,經過所設定的一系列程序處理之后,在綜合開車看手機狀態監測結果進行綜合風險判斷。如果判斷出處于危險情況下,則將所得的結果發送給音頻報警模塊進行報警:只檢測到駕駛員在看手機為一級警報,只檢測到存在危險障礙物為二級警報,同時檢測到這兩種情況為三級警報,危險等級依次上升,音頻警報頻率依次上升。工作流程圖如圖2所示。
 
  2關鍵技術
 
  2.1看手機狀態監測模塊
 
  看手機狀態監測模塊是以圖像識別作為解決方法,利用opencv語言的圖像處理,對攝像頭設置定時抓拍的照片進行處理,利用手機屏幕反光和發光其周圍光點多的情況,首先運用opencv中的canny算法進行圖像的邊緣檢測,在利用findcontours函數獲取到圖像的所有輪廓,然后通過增大閾值將背景干擾輪廓進行進一步的過濾,得到預處理后的圖像;得到圖像會有比較散碎的輪廓,為了進一步的將輪廓提取出來,對該圖像進行膨脹操作,將相鄰的零星線條集中在一起得到膨脹圖,最后運用外接圓或者外接矩形的方法進行處理,為了能夠進一步的篩選提高準確率,通過設置最小外接矩形的寬度以及長寬比得到最終的檢測圖像,將手機識別出來。
 
  2.2行駛障礙物雷達測距模塊
 
  該模塊采用的是RPLIDAR雷達測距儀。RPLIDAR采用了激光三角測距技術,再配合高速視覺采集處理機構,每次測距過程中,RPLIDAR將發射經過調制的紅外激光信號,該激光信號在照射到目標物體后產生的反光將被RPLIDAR的視覺采集系統接收,然后經過嵌入在RPLIDAR內部的DSP處理器實時解算,被照射到的目標物體與RPLIDAR的距離值以及當前的夾角等信息將從通訊接口中輸出。
 
  2.3嵌入式系統模塊
 
  2.3.1潛在事故風險綜合判斷模塊
 
  本模塊對障礙物進行風險判斷,同時結合開車看手機狀態檢測模塊結果進行綜合風險判斷。障礙物風險判斷從橫向距離和縱向距離兩個指標來進行判斷。開車看手機會明顯增大車輛的偏離車道次數,因此為保證安全設定橫向安全距離。對于大于橫向安全距離的障礙物可以看作是安全的,而對于橫向安全距離內的障礙物再通過縱向距離來進行判斷。縱向距離風險判斷是基于車輛性能下的制動模型的,根據道路的實際情況,實時通過車速,制動減速度等參數計算出安全距離,再與測得的實際縱向距離比較進行風險判斷(本模塊有具體核心算法)。
 
  2.3.2音頻報警模塊
 
  本模塊所采用的主要元器件是蜂鳴器,根據危險等級的高低發出不同頻率的警報。
 
  3系統硬件構成
 
  系統的硬件部分主要由攝像頭、RPLIDAR雷達、STM32F407單片機構成。攝像頭采用一般高清攝像頭,能夠清楚的拍到駕駛員開車時的實時狀。RPLIDAR是激光掃描雷達,輸出頻率為5.5Hz,測距的精度可達到0.2cm,測量范圍是360°,可以清楚的檢測到周圍的道路環境。集成開發板的核心芯片是基于ContexM4內核的STM32F407單片機,正常工作頻率為168MHz,含有SERISE,CAN,I?C,USB等通信接口,由于設計對傳輸距離要求不高,采用串口作為數據通信(配置為波特率115200,一位停止位,無校驗)。獲取雷達數據時采用串口的DMA模式傳輸,與RPLIDAR進行的通訊采用非文本形式的二進制數據報文進行,且每個數據報文均具有統一的報頭數據格式。
 
  4應用前景
 
  隨著信息化時代的飛速發展,越來越多的人們出行離不開手機,而隨著汽車的普及,越來越多的人們出行會選擇開車。人們在開車的時候又時常與手機進行“交流”,一旦發生突發狀況,不僅不利于自身的安危,也會影響道路交通的正常秩序。如果該系統應用成功并且普及,便可以有效避免因開車看手機發生的安全事故,做到真正的安全出行、和諧交通。
 
  參考文獻
 
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