疲劳驾驶检测系统的FPGA设计与硬件实现

发布时间：2017-06-06 18:04

  本文关键词：疲劳驾驶检测系统的FPGA设计与硬件实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：从国家发布的交通事故统计分析表中可知，2001年至2011年中，我国有90万人死于交通事故，2012年，据美国NHTSA给出的数据，有33561人葬身于交通事故。造成车祸的原因是多方面的，在这些原因中疲劳驾驶是交通事故的头号“通缉犯”，而且是重大交通死亡事故的最主要原因。相关科学研究表明，减少疲劳驾驶可以大幅度减少交通事故，，是遏制交通事故的一种重要的手段。 本文在综合考虑国内外现行方法的基础上，设计出一套性价比高的、实用性高的、稳定性高的，以ADV7183B和XC6SLX75芯片为核心控制器的疲劳驾驶检测系统。该系统能够在实际驾驶中监控疲劳状态，减少交通事故的发生率，更好地保护驾驶员及乘车人员的安全。 系统利用人眼在850nm红外光源的照射下产生“亮瞳”效应，提出一种利用图像处理技术，基于FPGA的疲劳驾驶检测系统。此系统由三大模块构成，前端为图像采集模块，中间为片上系统模块，而后端为显示与报警模块。在图像采集模块中采用中心波长为850nm、峰值透射率为91.79%的光学干涉滤光片，配以适当的红外光源以增强CCD传感器的效果，进而得到更好的红外图像。在该系统中，采用改进型的简化PCNN（Pulse Coupled Neural Network）模型，采用硬件描述语言VHDL在FPGA芯片内进行相关的实时处理，实现对“亮瞳”的准确分割，并依据Perclos算法进行相应的计算，判断与得到驾驶员的疲劳状态。最后，通过外接显示模块实时显示出人眼的状态和最终判断结果，在驾驶员处于疲劳时候实时进行警告或进行其他相关处理。 本设计是以FPGA为平台，设计出了一种基于行为学并利用图像处理方法的非接触式疲劳检测系统。通过大量的实验表明，设计可以实现实时、准确、稳定的疲劳判断。而且，该系统具有移植性好和具有较高的集成度等优势，并且为疲劳驾驶检测方向提供了一定的可行性价值，具有一定的实用意义。
【关键词】：Perclos 亮瞳 驾驶疲劳检测 红外图像 FPGA
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U463.6;U492.8;TP274
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 疲劳定义9
• 1.2.2 检测方法9-10
• 1.2.3 国内外研究现状10-11
• 1.3 本文研究内容11-12
• 2 疲劳驾驶检测系统方案设计12-18
• 2.1 双通道方案12-14
• 2.2 单通道方案14-16
• 2.3 本章小结16-18
• 3 FPGA 及硬件设计18-28
• 3.1 软件环境18-24
• 3.1.1 FPGA 简介18-20
• 3.1.2 Xilinx FPGA 开发流程概述20-22
• 3.1.3 硬件描述语言22
• 3.1.4 Modelsim 与仿真22-24
• 3.2 硬件环境24-26
• 3.2.1 设计步骤24-25
• 3.2.2 电磁兼容分析25-26
• 3.3 本章小结26-28
• 4 系统设计28-48
• 4.1 图像采集28-37
• 4.1.1 光源设计28-29
• 4.1.2 信号采集与解码29-33
• 4.1.3 IIC 实现与配置工作33-37
• 4.2 图像存储37-38
• 4.3 RS-232 验证模块38-40
• 4.4 视频显示与报警的实现40-45
• 4.4.1 VGA 接口及电路41-42
• 4.4.2 VGA 时序42-43
• 4.4.3 灰度图像显示43-45
• 4.5 视频采集与显示系统验证45-46
• 4.5.1 硬件开发平台45-46
• 4.5.2 红外图像采集对比结果46
• 4.6 本章小结46-48
• 5 疲劳检测算法与硬件实现48-66
• 5.1 疲劳检测48-49
• 5.1.1 Perclos 原理48-49
• 5.2 图像分割49-50
• 5.2.1 图像分割可行性分析49-50
• 5.3 改进阈值分割算法与验证50-53
• 5.3.1 阈值分割算法50-51
• 5.3.2 阈值分割验证51-52
• 5.3.3 基于 FPGA 的改进阈值分割算法实现52-53
• 5.4 PCNN 分割算法与系统验证53-58
• 5.4.1 阈值分割算法53-56
• 5.4.2 PCNN 算法验证56
• 5.4.3 基于 FPGA 的 PCNN 分割算法实现56-58
• 5.5 总体框图58-59
• 5.6 硬件实现59-64
• 5.6.1 时钟模块60
• 5.6.2 RS232 模块60-61
• 5.6.3 JTAG 模块61-62
• 5.6.4 VGA 模块62
• 5.6.5 电源模块62-63
• 5.6.6 叠层设计63-64
• 5.7 本章小结64-66
• 6 疲劳驾驶检测系统的实验结果及分析66-70
• 6.1 改进型阈值分割算法实现的疲劳检测系统的实验结果66-67
• 6.2 改进型 PCNN 算法实现的疲劳检测系统的实验结果67-69
• 6.3 两种算法实现的疲劳检测系统的实验结果分析69-70
• 7 总结与展望70-72
• 7.1 本文工作总结70
• 7.2 未来研究展望70-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙伟;张小瑞;唐慧强;张为公;;驾驶员眼部疲劳视觉检测算法及其ARM+DSP实现[J];电子技术应用;2012年02期

2 赵峙江,张田文,张志宏;一种新的基于PCNN的图像自动分割算法研究[J];电子学报;2005年07期

3 王建民;曹一江;田晓华;贺训军;梅金硕;;“硬件描述语言”课程改革探索与研究[J];电气电子教学学报;2013年01期

4 蒋敬旗,刘明业;芯片设计方法学的基础——硬件描述语言Verilog——国家标准GB/T18349-2001《集成电路/计算机硬件描述语言Verilog》介绍[J];计算机辅助设计与图形学学报;2002年11期

5 朱奕丹;方怡冰;;基于FPGA的图像采集与VGA显示系统[J];计算机应用;2011年05期

6 李都厚;刘群;袁伟;刘浩学;;疲劳驾驶与交通事故关系[J];交通运输工程学报;2010年02期

7 沈永增;胡立芳;冯继妙;;多源信息融合在驾驶疲劳检测中的应用[J];计算机应用与软件;2012年02期

8 王钰;潘仕彬;王卉;;IIC在数据采集中的应用[J];科技广场;2008年08期

9 周东国;高潮;郭永彩;;自适应分层阈值的简化PCNN红外人体图像分割[J];计算机辅助设计与图形学学报;2013年02期

10 Reza Omidi Gosheblagh;Karim Mohammadi;;NEW APPROACH TO EMULATE SEU FAULTS ON SRAM BASED FPGAS[J];Journal of Electronics(China);2014年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 吕富勇;基于精简串行总线的小型模块化测试系统研究[D];南京理工大学;2010年

2 康牧;图像处理中几个关键算法的研究[D];西安电子科技大学;2009年

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本文编号：427095