专利名称：司机工作状态实时监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种监测系统，具体涉及一种火车或汽车司机工作状态实时监测系统。
背景技术：
随着铁路快速发展，高速铁路投入运营，列车运行安全越来越受到人们的重视。为了确保列车运行的安全，铁路部门规定机车乘务员在列车行驶过程中，应对列车运行方向进行不间断地瞭望。目前，机车牵引交路，实行长交路跨段、跨局轮乘，操作区段长，且单岗作业，容易因疲劳而发生精力不集中，间断瞭望等情况，由此引发的事故时有发生。因此，研制一种能够有效、实时地监测机车乘务员是否处于不间断瞭望的工作状态，并在间断瞭望时进行报警、提示的装置，就显得很有实际意义和必要性。目前，国、内外尚无针对机车乘务员工作状态进行实时监测的技术。现有技术，主要是采用机车无人警惕装置，例如，LKJ机车的无人警惕装置；HX型机车无人警惕装置；CRH 系列动车组的ASB无人警惕装置等。其原理是在一定时间周期内O分钟)对警惕按钮或开关进行一次按压，以确认机车乘务员处于工作状态。一旦未按时间周期按压警惕按钮，装置将立即强迫列车停车。这几种方法的特点在于强制性，虽然有效，但仍然不是对机车乘务员处于非工作状态的事前防范和及时提醒。而且，高速运行列车在长达2分钟时长内机车乘务员的处于无监测状态，存在重大的安全隐患和安全管理盲点。目前有些列车运行速度已达到160km/h，每分钟约沈40米；高铁动车组运行速度已达350km/h，每分钟约5820米，而在这2分钟内现有的无人警惕装置处于无监控周期内， 一旦在此周期内机车乘务员出现瞌睡；间断瞭望，加之运行区段内出现障碍物、区间占用信号不正常等突发情况时，必定构成瞭望性事故。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种采用非介入方式，无需强制司机定时按“警惕按钮”，无需佩戴任何传感器，不受司机个体差异、驾驶习惯的影响，可以实现机车乘务员在不同驾驶姿势、不同照明状况以及戴眼镜、墨镜等情况下的工作状态实时监测，并在机车乘务员出现间断瞭望、打盹时进行语音报警提示，同时将报警时的图象进行存储，存储的图像必要时可进行过程追述的司机工作状态实时监测系统。本实用新型的技术方案一种司机工作状态实时监测系统，它包括带通滤波器，红外线主动光源，CCD摄像机，视频解码器，语音报警器，图像预处理器，图像存储器，报警图像存储器，程序存储器，多媒体数字存储器，100M网口和零时速处理器，C⑶摄像机上设置有带通滤波器，红外线主动光源设置在CXD摄像机上方，CXD摄像机与视频解码器连接，视频解码器与图像预处理器连接，图像预处理器分别与语音报警器、图像处理器、报警图像处理器、多媒体数字存储器连接，多媒体数字存储器分别与程序存储器、100M网口连接，零时速处理器分别与多媒体数字存储器、图像预处理器连接。[0007]所述带通滤波器为中心波长940nm、半带宽IOnm的滤波器。所述的红外线主动光源为中心波长940nm的主动光源。带通滤波器，红外线主动光源和CXD摄像机组成视频采集装置，视频采集装置实时采集机车乘务员的脸部图像并输出。本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果1、采用非介入的监测方法，不受机车乘务员个体差异、驾驶习惯、驾驶姿势的影响，也不干扰乘务员的正常工作状态；2、采用红外线主动照明和红外线滤光的方法，可以有效消除外界各种光线干扰， 有效消除墨镜干扰，且不会对机车乘务员有任何干扰。同时有很好的背景抑制作用，滤除了进入CCD摄像机的大部分环境光线，同时也滤除了大部分的背景图像，减少了外界环境的干扰，降低了图像处理的复杂程度；3、采用眼睛匹配算法、帧间关联算法和红外线在瞳孔上形成的反射光线对眼睛进行定位，提高了处理速度；使用基于伪彩色的图像变换算法，以消除不同曝光强度的影响；4、采用自适应阀值二值化处理获得面部图像，已经二值化的图像经过扫描投影算法可以获得面部的边界，可以对不同面部姿势、取向和尺度进行监测；使用神经网络判别算法，具有很好的实时性。5、采用零时速处理器，可在列车速度为零时，使装置处于待机状态停止报警监测， 列车速度大于设定时，装置进入工作状态，进行监测。
图1是本实用新型的结构框图；图2是本实用新型实施例的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图对本实用新型作进一步描述一种司机工作状态实时监测系统，它包括带通滤波器1，红外线主动光源2，C⑶摄像机3，视频解码器4，语音报警器5，图像预处理器6，图像存储器7，报警图像存储器8，程序存储器9，多媒体数字存储器10，100M网口 11和零时速处理器12，CXD摄像机3上设置有带通滤波器1，红外线主动光源2设置在CXD摄像机3上方，CXD摄像机3与视频解码器 4连接，视频解码器4与图像预处理器6连接，图像预处理器6分别与语音报警器5、图像处理器7、报警图像处理器8、多媒体数字存储器10连接，多媒体数字存储器10分别与程序存储器9、100M网口 11连接，零时速处理器12分别与多媒体数字存储器10、图像预处理器 6连接。如图1所示，由中心波长940nm、半波带宽IOnm带通滤光器1 ；中心波长940nm的主动红外线光源2 ；红外线CXD摄象机3组成装置的视频图像采集系统，实时采集机车乘务员的脸部图像，并将采集的模拟视频信号输出至视频解码器4，视频解码器将来自采集系统的模拟视频信号转换为标准的数字视频信号输出至图像预处理器6，图像预处理器完成图像变换、人眼状态识别等处理工作，由多媒体数字处理器10读入图象存储器7，进行人眼识别、分割后判断眼睛是否闭眼和面部姿态、是否朝向列车行驶方向，闭眼时间或面部未朝向列车行驶方向时间达到阀值是，均认定为间断瞭望，由报警器5发出语音报警，同时由报警存储器8存储报警时前10秒和后10秒共计20秒的视频图像，由软件、硬件并行处理。红外主动光源对机车乘务员面部照明，中心波长940nm的带通滤波器1安装在CXD 摄像机3的镜头上，滤除了大部分外界干扰光线，消除了墨镜的影响；CCD摄像机3实时采集机车乘务员的脸部特征图像信号，该视频图像信号通过TVP5150视频解码4实现模拟视频信号转换为符合标准的数字视频信号，送入由)(C3S1000构成的图象预处理器6，然后由 TMS320DM642构成的多媒体处理器10读入内存，进行人眼识别、分割后，用神经网络根据脸部的姿态；眼睛的眨动频率和眼睛闭合时间的综合参数，判断机车乘务员是否疲劳和间断瞭望，当监测到，就及时由APR9600构成的语音报警器5发出报警，同时，将该时段图像存入由HY27UH08构成的报警图象存储器8，需要时可通过系统中的百兆网口读出。列车机车时速为零时，允许司机进行活动、休息或离开驾驶位置。此时，不能认为间断瞭望而报警。当时速为零时监测装置自动进入待机状态，存储器记录待机的时间，时速大于零时监测装置在本处理单元的指令下进入监测状态。本实用新型的工作状态判别工作流程如图2所示，首先对各变量进行初始化，然后读取视频数据，采用三种方法协同对眼睛进行定位、识别。1)首先根据红外线在瞳孔形成的反射光线(亮眼球)对眼睛定位，定位成功进行帧间关联做为下一帧的预测位置，帧间关联失败后再进行眼睛匹配寻找。2)眼睛匹配法当采用反射光线定位失败后，如果是第一帧，直接进入眼睛匹配方法寻找眼睛。首先将视频采集系统获得的帧图像以及眼睛模板进行伪彩色变换后，读入内存，然后计算这两个变换后图像的匹配距离，距离最小的分割图像作为预选眼睛，由识别模块完成识别分类。为了提高眼睛定位速度，如果识别成功，下一帧缩小搜索空间，否则进行全视场重新搜索。3)帧间关联对于读入的图像首先根据前几帧已判断为眼睛的位置，进行眼睛位置预测来定位眼睛，然后由识别模块进行识别分类，如果识别成功，则作为下一帧的预测位置。上述三种方法的协同使用，极大的提高了眼睛定位识别的速度和准确率，经检测准确率大于90%。定位眼睛后，计算眼睛瞳孔面积单位时间内变化的帧数，当这一变化帧数达到设定阀值后报警。4)采用自适应阀值二值化处理获得面部图像，采用人工神经网络对面部姿态和朝向进行判断识别。由于装置的主动红外照明主要集中在司机面部，因此，面部通常是图像中亮度最大的区域，而且外部干扰信息少，二值化后的图像基本上只剩下面部区域。已经二值化的图像经过扫描投影算法可以获得面部的边界，分割出面部图像。通过人工神经网络对分割的面部图像进行判断，如果不是面部图像，进行下一帧处理，否则，对判断为人面部的图像进行面部边界提取，聚类后定位可能的面部特征，包括双眼、鼻子和嘴巴等的位置，这些面部特征的几何关系是近似确定的。通过这些几何关系可以滤除很多伪特征。同时利用这些特征计算面部的姿态朝向等，对于非正常面部姿态和朝向的图像帧进行计数，如果单位时间内这种计数超出阀值，说明没有向机车行驶的方向进行瞭望，系统启动报警。
权利要求1.一种司机工作状态实时监测系统，它包括带通滤波器(1)，红外线主动光源(2)，CXD 摄像机(3)，视频解码器，语音报警器( ，图像预处理器(6)，图像存储器(7)，报警图像存储器(8)，程序存储器(9)，多媒体数字存储器(10)，100M网口(11)和零时速处理器 (12)，其特征是CXD摄像机C3)上设置有带通滤波器(1)，红外线主动光源( 设置在CXD 摄像机C3)上方，CXD摄像机C3)与视频解码器(4)连接，视频解码器(4)与图像预处理器 (6)连接，图像预处理器(6)分别与语音报警器(5)、图像处理器(7)、报警图像处理器(8)、 多媒体数字存储器(10)连接，多媒体数字存储器(10)分别与程序存储器(9)、100M网口 (11)连接，零时速处理器(1 分别与多媒体数字存储器(10)、图像预处理器(6)连接。
2.根据权利要求1所述的机车司机工作状态实时监测系统，其特征是所述带通滤波器 (1)为中心波长940nm、半带宽IOnm的滤波器。
3.根据权利要求1所述的机车司机工作状态实时监测系统，其特征是所述的红外线主动光源( 为中心波长940nm的主动光源。
4.根据权利要求1所述的机车司机工作状态实时监测系统，其特征是带通滤波器(1)， 红外线主动光源( 和CXD摄像机C3)组成视频采集装置，视频采集装置实时采集机车乘务员的脸部图像并输出。
专利摘要本实用新型涉及一种司机工作状态实时监测系统，CCD摄像机(3)上设置有带通滤波器(1)，红外线主动光源(2)设置在CCD摄像机(3)上方，CCD摄像机(3)与视频解码器(4)连接，视频解码器(4)与图像预处理器(6)连接，图像预处理器(6)分别与语音报警器(5)、图像处理器(7)、报警图像处理器(8)、多媒体数字存储器(10)连接，多媒体数字存储器(10)分别与程序存储器(9)、100M网口(11)连接，零时速处理器(12)分别与多媒体数字存储器(10)、图像预处理器(6)连接。本实用新型可实现机车乘务员在不同驾驶姿势、不同照明状况以及戴眼镜、墨镜等情况下的工作状态实时监测，并在机车乘务员出现间断瞭望、打盹时进行语音报警提示。
文档编号G08B21/00GK202217366SQ20112027770
公开日2012年5月9日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者安永琳, 杨李成, 杨荣国, 江国强 申请人:山西智济电子科技有限公司