毕设项目 基于机器视觉的驾驶疲劳检测系统(源码+论文)

0 前言

🔥这两年开始毕业设计和毕业答辩的要求和难度不断提升，传统的毕设题目缺少创新和亮点，往往达不到毕业答辩的要求，这两年不断有学弟学妹告诉学长自己做的项目系统达不到老师的要求。

为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的是

🚩 毕业设计 基于机器视觉的驾驶疲劳检测系统(源码+论文)

🥇学长这里给一个题目综合评分(每项满分5分)

难度系数：3分
工作量：3分
创新点：4分

🧿 项目分享:见文末!

1 项目运行效果

视频效果：

毕业设计 机器视觉驾驶疲劳检测系统

2 课题背景

为了有效监测驾驶员是否疲劳驾驶、避免交通事故的发⽣,本项目利⽤⼈脸特征点进⾏实时疲劳驾驶检测的新⽅法。对驾驶员驾驶时的⾯部图像进⾏实时监控,⾸先检测⼈脸,并利⽤ERT算法定位⼈脸特征点;然后根据⼈脸眼睛区域的特征点坐标信息计算眼睛纵横⽐EAR来描述眼睛张开程度,根据合适的EAR阈值可判断睁眼或闭眼状态;最后基于EAR实测值和EAR阈值对监控视频计算闭眼时间⽐例(PERCLOS)值度量驾驶员主观疲劳程度,将其与设定的疲劳度阈值进⾏⽐较即可判定是否疲劳驾驶。

3 Dlib人脸检测与特征提取

3.1 简介

Dlib是一个基于c++开发的开源数据工具库,其中包含了不少的机器学习的成熟算法与模型,相对于tensorflow和PyTorch,它用于图像处理以及人脸面部特征提取、分类及对比这几个方面比较具有通用性和优越性,因此,Dlib正在越来越广泛地应用在人脸识别技术领域。
Dlib具有独立使用的可移植代码。Dlib中的代码使用c++语言进行开发而成,使用独立封装,在不借助第三方数据库的情况下,可以直接移植到自己所需要设计的项目中进行使用。

3.2 Dlib优点

• Dlib拥有全面的文档说明。作为一个开源的人脸数据库训练集,Dlib中有很多功能齐全的程序和文件,从人性化的角度而言的,Dlib在这一点上做的是非常不错的,因为它为每一个程序文档和文件都做了相对应的注释,这样开发者就可以迅速准确的调集程序文档来完成自己所需要的项目功能。

• Dlib涵盖了支持功能完备的深度学习以及图像处理的各类算法。Dlib为开发者提供了机器深度学习的各类成熟的完备算法,并且在图像处理方面也为开发者带来了能够解决大多数实质问题的优良算法。例如基于SVM的递归和分类算法,以及专门用于面对大规模分类和递归的降维算法。当然还有能够对未知函数进行预分类和预测的相关向量机,其分类和预测训练是基于贝叶斯框架。

4 疲劳检测算法

该系统采用Dlib库中人脸68个关键点检测shape＿predictor＿68＿face＿landmarks.dat的dat模型库及视频中的人脸，之后返回人脸特征点坐标、人脸框及人脸角度等。本系统利用这68个关键点对驾驶员的疲劳状态进行检测，算法如下：

1. 初始化Dlib的人脸检测器(HOG)，然后创建面部标志物预测；
2. 使用dlib.get＿frontal＿face＿detector() 获得脸部位置检测器；
3. 使用dlib.shape＿predictor获得脸部特征位置检测器；
4. 分别获取左、右眼面部标志的索引；
5. 打开cv2本地摄像头。

Dlib库68个特征点模型如图所示：

4.1 眼睛检测算法

基于EAR算法的眨眼检测，当人眼睁开时，EAR在某个值域范围内波动，当人眼闭合时，EAR迅速下降，理论上接近于0。当EAR低于某个阈值时，眼睛处于闭合状态；当EAR由某个值迅速下降至小于该阈值，再迅速上升至大于该阈值，则判断为一次眨眼。为检测眨眼次数，需要设置同一次眨眼的连续帧数。眨眼速度较快，一般1～3帧即可完成眨眼动作。眼部特征点如图：

EAR计算公式如下：

当后帧眼睛宽高比与前一帧差值的绝对值(EAR)大于0.2时，认为驾驶员在疲劳驾驶。（68点landmark中可以看到37-42为左眼，43-48为右眼）

右眼开合度可以通过以下公式：

眼睛睁开度从大到小为进入闭眼期，从小到大为进入睁眼期，计算最长闭眼时间(可用帧数来代替)。闭眼次数为进入闭眼、进入睁眼的次数。通过设定单位时间内闭眼次数、闭眼时间的阈值判断人是否已经疲劳了。

相关代码：

# 疲劳检测，检测眼睛和嘴巴的开合程度

from scipy.spatial import distance as dist
from imutils.video import FileVideoStream
from imutils.video import VideoStream
from imutils import face_utils
import numpy as np  # 数据处理的库 numpy
import argparse
import imutils
import time
import dlib
import cv2
import math
import time
from threading import Thread

def eye_aspect_ratio(eye):
    # 垂直眼标志（X，Y）坐标
    A = dist.euclidean(eye[1], eye[5])  # 计算两个集合之间的欧式距离
    B = dist.euclidean(eye[2], eye[4])
    # 计算水平之间的欧几里得距离
    # 水平眼标志（X，Y）坐标
    C = dist.euclidean(eye[0], eye[3])
    # 眼睛长宽比的计算
    ear = (A + B) / (2.0 * C)
    # 返回眼睛的长宽比
    return ear

4.2 打哈欠检测算法

基于MAR算法的哈欠检测，利用Dlib提取嘴部的6个特征点，通过这6个特征点的坐标(51、59、53、57的纵坐标和49、55的横坐标)来计算打哈欠时嘴巴的张开程度。当一个人说话时，点51、59、53、57的纵坐标差值增大，从而使MAR值迅速增大，反之，当一个人闭上嘴巴时，MAR值迅速减小。

嘴部主要取六个参考点，如下图：

计算公式：

通过公式计算MAR来判断是否张嘴及张嘴时间，从而确定驾驶员是否在打哈欠。阈值应经过大量实验，能够与正常说话或哼歌区分开来。为提高判断的准确度，采用双阈值法进行哈欠检测，即对内轮廓进行检测：结合张口度与张口时间进行判断。Yawn为打哈欠的帧数，N为1 min内总帧数，设双阈值法哈欠检测的阈值为10%，当打哈欠频率Freq>10%时，则认为驾驶员打了1个深度哈欠或者至少连续2个浅哈欠，此时系统进行疲劳提醒。

相关代码：

# 疲劳检测，检测眼睛和嘴巴的开合程度

from scipy.spatial import distance as dist
from imutils.video import FileVideoStream
from imutils.video import VideoStream
from imutils import face_utils
import numpy as np  # 数据处理的库 numpy
import argparse
import imutils
import time
import dlib
import cv2
import math
import time
from threading import Thread

def mouth_aspect_ratio(mouth):  # 嘴部
    A = np.linalg.norm(mouth[2] - mouth[10