基于嵌入式系统的飞行员眼动检测与识别算法研究

摘要

随着航空科学技术的不断进步，飞机硬件系统的可靠性越来越高，人为因素由此成为限制航空安全进一步提升的一大问题。通过有效监测飞行员生理健康信息来保障飞行安全已成为一项前沿课题。非侵入式眼动监测系统相比于其他传统生理监测系统，拥有测试流程简单、对被监测者工作影响小以及得到生理信息丰富等优势。
　　因此本文提出一种基于嵌入式系统的非接触式眼动监测系统设计。硬件上采用眼镜式头戴设备和微型摄像头作为前端采集装置，DM365嵌入式片上系统作为后端处理设备，结果由液晶显示器输出。算法上针对传统眼动检测计算复杂度高、需要辅助光源配准等问题，提出了嵌入式环境下快速检出眼瞳信息的方法。检测时首先采用梯度积分投影法进行眼睑位置检出，缩小感兴趣区域，再利用改进Hough圆变换进行眼瞳位置粗检，之后使用 Ransac算法进行眼瞳精确位置提取。在获得检测信息之后，采用瞳孔投影模型对视线方向进行计算，同时将该时刻状态信息与历史信息对比后，根据PERCLOS方法评估飞行员的疲劳状态。
　　通过在不同光照背景下对测试者进行眼部快速扫视、眼睑遮挡闭合，疲劳状态等实验，表明该系统符合实时性要求，人眼精确检测率高，能够较好的应对人眼变形、遮挡、闭合等影响，鲁棒性较强，能够满足实际应用需求。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外相关研究现状

1.3课题研究内容及组织框架

第二章 眼动监测系统总体设计方案

2.1引言

2.2眼动监测系统设计方案与性能要求

2.3硬件平台设计方案

2.4嵌入式开发环境构建

2.5系统总体设计

2.6本章小结

第三章 快速眼瞳信息检测算法

3.1引言

3.2人眼3D结构与表观结构

3.3常用眼瞳定位算法

3.4基于梯度投影的人眼粗定位

3.5眼部图像预处理

3.6基于Hough变换与随机采样一致的瞳孔精确定位

3.7实验结果与分析

3.8本章小结

第四章 人眼状态识别方法

4.1引言

4.2基于投影模型的单眼视线检测

4.3基于眼睑闭合度的疲劳状态判定

4.4实验结果与分析

4.5本章小结

第五章 眼动监测系统实现

5.1引言

5.2图像采集-处理-显示软件框架

5.3颜色空间模型及灰度图像提取

5.4系统软件平台实现

5.5算法总体流程

5.6实验与结果分析

5.7本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2未来工作以及改进

参考文献

致谢

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