作者 莫长江 李俊宏 骆绮健 陈明波 岭南师范学院 信息工程学院(广东 湛江 524048)
摘要：针对体系对实时图画处理的需求，本文提出了一种依据ZYNQ AP SoC的安全驾驭体系规划计划。本体系由ZYNQ架构中的PL(FPGA)部分担任驱动CMOS摄像头，将收集的图画进行灰度转化，传给PS(ARM)部分运转Adaboost算法，对图画进行人脸检测，然后获取驾驭员的眼睛和嘴巴的坐标值、面积值和打开度，并运用OpenCV的PERCLOS算法拟定疲惫状况规范，给出预警信息。一起，ARM经过USB驱动摄像头，完成行车记载，并经过酒精浓度传感器收集车内酒精浓度，完成酒驾预警。经过试验标明，本体系功能安稳，完成了保证安全驾驭的意图。
导言
疲惫驾驭和酒驾是严峻的交通违法行为，驾驭员疲惫行车时，会形成反应愚钝、疲倦、四肢无力，不能及时发现路面交通状况以采纳准确的驾驭控制办法，极易产生交通事故[1]。据交通部核算，2015年间，由于驾驭员疲惫驾驭导致的交通事故占总数的10.64%，在重特大交通事故中约占45%。在美国，每年与疲惫驾驭相关的事故夺去了15000人的生命。而酒后的驾驭员会呈现视觉妨碍、运动反射神经愚钝、判断力下降。有数据显现，在我国，每年因酒驾导致的交通事故占40%~50%，可见，车辆配备具有疲惫检测和酒驾提示的安全驾驭体系的必要性。
1 硬件体系架构及计划
依据ZYNQ AP SoC(ZYNQ All Programmable SoC)的安全驾驭体系的硬件体系[2]如图1所示，体系主要由高速CMOS图画传感器Ov7725、130万像素USB网络摄像头、Zynq-7000可扩展处理芯片、数据存储单元DDR3、HDMI显现屏、酒精传感器和喇叭等组成。Xilinx公司的Zynq-7000可扩展处理芯片是整个体系的中心，其包括处理体系(Processing System,PS)和可编程逻辑(Programmable Logic,PL)两部分，PS部分集成了最高频率为667GHz的高功能双核ARM Cortex-A9处理器，而PL部分包括28nm工艺的FPGA(Field-Programmable Gate Array)逻辑单元和DSP资源。
PL端经过I2C协议驱动[3]Ov7725摄像头，将摄像头收集的图画数据缓存于一个异步时钟FIFO(First Input First Output)行列中，而FIFO的写时钟由Ov7725摄像头模块供给，异步读时钟由VDMA Engine供给，并在读进程进行灰度图转化，后将数据读入VDMA Engine。
PS端经过AMBA高速总线AXI_HP接口，驱动DDR3控制器，并读取一帧图片数据，并对图片进行脸部辨认等图画处理，得到人脸五官特征值。(3)PS端一起经过USB-Host总线对网络摄像头进行装备，并得到图画数据，在Linux体系下将图画经过HDMI显现器显现，并将图画数据存储到SD存储卡中。(4)PS端在Linux体系下驱动内部集成的12位精度ADC转化器，将酒精传感器收集的模拟信号进行数字转化。
预警提示终究经过调用程序预设的语音组合，由HDMI接口输出到带功放或许音频接口的HDMI显现设备，到达提示驾驭员的意图。
2 软件体系规划
软件体系架构如图2，选用Linaro体系，其是在Linux体系根底下，由ARM、飞思卡尔、IBM、Samsung、ST-Ericsson 及德州仪器 (TI)等半导体厂商联合为嵌入式SoC架构渠道而规划的开源体系。其次，本体系运用开源的OpenCV(Open Source Computer Vision Library)进行图画的高档处理[4]，并选用具有跨渠道优势、易扩展的Qt图形界面开发结构作为软件APP的界面规划与产品封装。如果说体系硬件是骨架和躯体，那么软件算法便是思维和魂灵。编写程序之前，需求搭建好软件开发环境，过程如图3。
3 疲惫检测算法剖析
本体系的疲惫检测流程如图4，体系启动后会对驾驭员的脸部信息[5]进行获取，由于驾驭员在图画中的方位相对固定，经过依据Haar特征的AdaBoost级联分类器[6]，对驾驭员进行人脸检测，得到驾驭员的脸坐标，并提取检测的脸部作为ROI(region of interes)，图画持续对人眼和嘴巴进行定位，得到人眼和嘴巴的特征值图画后，然后进行二值化处理，再经过形态学滤波器，对二值化图画先腐蚀后胀大，消除小物体，在纤细点处别离物体，然后经过OpenCV里边的findcontours算子寻觅并符号概括，然后去除图片中的噪声和图片边际无关物体，准确得到眼睛和嘴巴的概括，然后对该概括核算收敛的面积、高度和宽度。经过上述过程后，便得到了驾驭员的脸部五官坐标之间的间隔份额关系。之后，实时地对获取摄像头的图画数据，依照得到的脸部坐标对图画进行切割，并进行AdaBoost人脸辨认处理，再依据初始化时得到的人眼坐标，进一步切割图画，进步运算速度，进行人眼辨认，得到实时的人眼坐标，经过人脸五官的散布份额，定位到嘴巴，然后核算人眼和嘴巴的张开度、打哈欠数、闭眼持续时间，依据PERCLOS算法[7]拟定的规范，对驾驭员进行疲惫提示。
