基于FPGA的疲劳驾驶检测系统设计

摘要

世界卫生组织2007年的《世界预防道路交通伤害报告》指出，因疲劳驾驶而导致事故发生的概率高居第三位，所以研究疲劳驾驶检测系统有重要的现实意义。传统的疲劳驾驶检测系统检测方法复杂、难以满足实时性要求，为此设计一款高实时性的疲劳检测系统势在必行。
　　 本文设计了一款基于FPGA的疲劳驾驶检测系统。该系统基于红外光源原理，通过图像传感器采集眼部的动态图像，利用差分、灰度投影和复杂度运算等实时图像处理技术来检测、分析眼睛的状态，计算出眨眼频率来判断驾驶员是否疲劳并进行实时报警。主要工作包括：在Protel DXP 2004下设计了系统的硬件电路：图像采集电路、负责系统控制的主控板以及辅助电路。在Quartus II环境下，采用模块化设计思想，借助Verilog语言及调用FPGA内部IP核完成了系统逻辑设计，包括：12C配置模块、有效数据提取模块、灰度分量提取模块、帧缓存模块、图像算法处理模块、报警模块及显示模块，并借助Modelsim以及Signal tapII工具分别完成了功能仿真和内部信号的在线仿真。
　　 本系统集图像采集、存储、算法处理、报警于一体。利用FPGA并行处理数据的特点使系统检测速度达到了视频源25帧/秒的速度，满足了实时性要求。该系统检测准确率较高、体积小、功耗小、成本低，市场前景广阔。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思想及研究内容

2 疲劳驾驶检测系统总体设计方案

2.1 系统红外光源原理

2.2 系统总体设计

3 系统硬件设计与实现

3.1 系统硬件总体架构

3.2 图像采集电路设计

3.2.1 图像采集电路原理图设计

3.2.2 图像采集电路PCB设计

3.3 主控板设计

3.3.1 主控板原理图设计

3.3.2 主控板PCB设计

3.4 辅助电路设计

3.4.1 辅助电路原理图设计

3.4.2 辅助电路PCB设计

3.5 系统硬件电路的物理测试

4 系统内部逻辑设计

4.1 I2C配置模块

4.1.1 I2C总线控制器的设计

4.1.2 SAA7113H寄存器配置

4.2 有效数据提取模块

4.3 灰度分量提取模块

4.4 图像存储模块

4.4.1 SDRAM控制器的设计与实现

4.4.2 帧存切换机制的设计与实现

4.5 图像算法处理模块

4.5.1 人脸区域定位

4.5.2 瞳孔检测

4.5.3 PERCLOS算法实现

5 系统的联合调试与总体评价

5.1 图像采集模块

5.2 图像存储模块

5.3 图像算法处理模块

5.4 VGA 显示模块

5.5 系统总体性能评价

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢