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基于FPGA的驾驶员疲劳检测系统的设计与实现

作　者: 李栋
导　师: 马洪连
学　校: 大连理工大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: FPGA 疲劳检测机器视觉软硬件协同设计
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 267次
引　用: 1次
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内容摘要

机动车辆作为社会发展、人类文明和科学技术进步的产物,为人类文明的进步和社会经济的发展做出了巨大贡献。然而,随着机动车辆的增加和交通运输业的发展,交通事故的发生也日渐频繁,给人们的生产生活带来了十分严重的影响。无论是国内还是国外的交通事故统计中,疲劳驾驶造成的生命财产损失的数字都是触目惊心的。因此,如何能够有效地检测并预防驾驶员疲劳驾驶,对于减少交通事故的发生有着非常重要的意义。本课题的主要目标是开发一套基于FPGA的自然光下的驾驶员疲劳检测系统。本文分析对比了当前国内外较为流行的各种检测方法,并研究了这些方法的关键和难点,提出了基于机器视觉的、无接触、无生理负荷的驾驶员疲劳检测方法,建立了基于FPGA的实时驾驶员疲劳检测系统,实时采集、处理并显示图像,首先通过肤色建模来定位人脸,然后通过几何特征、灰度水平积分投影、区域生长定位人眼区域,最后通过眼睛状态结合PERCLOS疲劳评测标准及眨眼频率判断驾驶员是否疲劳。系统采用Xilinx的Virtex-ⅡPro FPGA,该芯片内部集成IBM PowerPC405硬核处理器。课题采用软硬件协同设计理念,针对图像处理计算量大的特点,进行合理的软硬件划分,将FPGA灵活的硬件设计和实现与处理器的强大软件功能有机结合,通过硬件对视频图像进行部分处理,大大减轻了嵌入式处理器的负担,将不易于硬件实现的算法处理部分交给PowerPC处理,提高系统检测的实时性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题背景与实际意义  8-9
  1.2 国内外发展现状分析  9-11
    1.2.1 国外研究状况  9-10
    1.2.2 国内研究状况  10-11
  1.3 本文的研究内容与组织结构  11-13
    1.3.1 论文的研究内容  11
    1.3.2 论文的组织结构  11-13
2 疲劳检测系统总体方案设计  13-21
  2.1 疲劳检测方案  13
  2.2 疲劳检测系统  13-15
  2.3 系统软硬件协同的研究  15-18
  2.4 系统总体方案设计  18-21
3 图像采集显示模块的设计与实现  21-25
  3.1 视频采集模块的设计与实现  21-23
  3.2 帧存储的设计与实现  23-24
  3.3 视频显示模块的设计与实现  24-25
4 人脸检测与定位  25-40
  4.1 人脸检测方法的研究与设计  25-27
  4.2 光线补偿模块的设计与实现  27-31
  4.3 肤色检测粗定位人脸区域  31-35
    4.3.1 肤色模型的选择  31-33
    4.3.2 肤色建模标定人脸区域  33-35
  4.4 数学形态学定位脸部区域  35-40
5 眼睛检测与定位  40-50
  5.1 眼睛检测方法的研究与设计  40-42
  5.2 眉眼区域的定位  42-44
  5.3 眉眼区域的中值滤波  44-46
  5.4 眼球的精确定位  46-50
    5.4.1 阈值分割模块的设计与实现  46-47
    5.4.2 区域生长定位眼球中心  47-50
6 疲劳检测的实现  50-56
  6.1 眼部状态数值化  50-51
  6.2 疲劳检测方法的研究  51-52
  6.3 基于PERCLOS与眨眼频率的疲劳检测方法  52-54
  6.4 实验结果  54-56
结论  56-57
参考文献  57-59
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  59-60
致谢  60-61

基于FPGA的驾驶员疲劳检测系统的设计与实现

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