一种基于激光遥感及面部行为动作分析的酒驾测试系统和方法

专利名称：一种基于激光遥感及面部行为动作分析的酒驾测试系统和方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201910673053.2

专利申请（专利权）人：南京大学
权利人地址：江苏省南京市鼓楼区汉口路22号

专利发明（设计）人：卢明辉,丁雷,鲁强兵,颜学俊

专利摘要：本发明涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种基于激光遥感及面部行为动作分析的智能酒驾测试系统和测试方法。本发明提供一种精确定量激光遥感测试装置，包括：激光遥感传感器、光谱分析仪、锁相放大器、浓度反演单元和信号发生器。本发明还提供一种驾驶员状态分析系统，包括所述精确定量激光遥感测试装置。本发明还提供一种行为分析装置，包括红外摄像机、人脸识别单元和行为动作分析单元。所述测试系统和测试方法能够准确检测车内的驾驶员呼出气体中酒精的浓度而不是仅仅测定车内酒精气体的平均浓度，同时可以对驾驶员的面部行为和上半身肢体动作进行分析，能有效防止酒驾和疲劳驾驶的发生，为智慧城市的建设保驾护航。

主权利要求：
1.一种驾驶员状态的测试方法，包括使用驾驶员状态分析系统对驾驶员进行测试；
所述驾驶员状态分析系统包括精确定量激光遥感测试装置和行为分析装置；
所述精确定量激光遥感测试装置包括激光遥感传感器、光谱分析仪、锁相放大器、浓度反演单元和信号发生器；所述激光遥感传感器包括激光器、温度控制器、电流控制器和光学元件；
所述激光器选自分布式反馈激光器；所述激光器包括第一分布式反馈激光器和第二分布式反馈激光器；所述分布式反馈第一激光器的波长为1.412μm，所述第二分布式反馈激光器的波长为1.392μm；
所述光学元件包括光纤合束器、光纤准直器、分光镜、反射镜、滤光片和菲涅尔透镜；所述光纤合束器用于将1.412μm和1.392μm激光耦合到同一个光路；所述光纤准直器用于减小激光的发散角并起到准直的作用；所述分光镜用于将光纤准直器出来的激光分成至少两个光束；分光镜分出的光束中，其中一束作为参考光信号，由参考光光电探测器接收；另一束作为激发光源作用于车内气体，形成携带气体浓度信息的探测光信号，并由探测光光电探测器接收；所述反射镜用于改变分光镜分出的参考光信号的光线传播方向；所述滤光片用于缓解杂散光信号对结果的干扰；所述菲涅尔透镜用于对滤光片滤出来的光进行聚光，以降低光的发散性；
所述激光遥感传感器还包括光电探测器；所述光电探测器包括参考光光电探测器和探测光光电探测器；参考光光电探测器用于接收参考光信号，并将光信号转化为电信号；探测光光电探测器用于接收携带气体浓度信息的探测光信号，并将光信号转换为电信号；
激光器、温度控制器、参考光光电探测器、反射镜、光纤合束器、光纤准直器、分光镜、光谱分析仪、锁相放大器、浓度反演单元和信号发生器安装在道路的一侧；滤光片、菲涅尔透镜、集光器以及探测光光电探测器安装在道路的另一侧；
所述光谱分析仪对光电探测器转换得到的电信号进行分析；所述信号发生器为激光遥感传感器提供锯齿波信号；
所述行为分析装置，包括红外摄像机、人脸识别单元和行为动作分析单元；
所述红外摄像机选自红外窄光谱成像摄像机；
所述人脸识别单元采用MTCNN算法对红外摄像机捕获到的人像进行人脸识别；
所述行为动作分析单元对驾驶员的上半身动作进行分析，从而判断其是否处于酒驾状态驾驶状态；所述行为动作分析单元采用RMPE算法对人的上半身动作进行分析；
所述驾驶员状态包括酒后驾驶状态；
所述测试方法包括以下步骤1）和步骤2）：
步骤1）气体浓度分析：
S1：当车辆未通过时，参考光光电探测器和探测光光电探测器同时向对侧发射激光，获得包含系统光学损耗产生的信号和大气中水汽吸收产生的光谱信号；
S2：当车辆通过时，激光遥感传感器中的参考光光电探测器和探测光光电探测器同时对车内的气体成分进行检测，并用探测光光电探测器接收携带气体特征信息的激光，将光信号转换为电信号；
S3：将参考光光电探测器和探测光光电探测器的电信号在光谱分析仪中进行分析，去除系统光学损耗产生的干扰信号和汽车所处环境产生的干扰信号；
S4：锁相放大器提取光谱分析仪中的二次谐波信号，通过浓度反演单元进行浓度反演，判断车内的酒精浓度是否超过阈值；
步骤2）行为分析：
S1’：当车辆通过时，红外窄光谱成像摄像机快速定位捕捉主驾驶室驾驶员上半身图片，通过MTCNN算法对人脸识别处理，并将其与数据库中正常驾驶状态和酒驾驾驶状态下的面部行为进行对比分析；
S2’：通过RMPE算法重构驾驶员上半身动作，同样将其与数据库中正常驾驶状态和酒驾驾驶状态下的面部行为进行对比分析；
S3’：由以上分析，判断驾驶员是否存在酒驾驾驶的嫌疑。
2.如权利要求1所述的驾驶员状态的测试方法，其中所述温度控制器选自双通道温度控制器，其用于控制激光器的温度；所述电流控制器选自双通道电流控制器，其用于提供气体扫描吸收谱线的锯齿波信号。
3.如权利要求1所述的驾驶员状态的测试方法，其中所述光学元件还包括圆锥体集光器；
所述圆锥体集光器设置在菲涅尔透镜的前端，用于与菲涅尔透镜协同作用，进一步提高集光效率。
4.如权利要求1‑3任一项所述的驾驶员状态的测试方法，其中所述浓度反演单元包括单片机，其可对二次谐波信号进行浓度反演。 说明书 : 一种基于激光遥感及面部行为动作分析的酒驾测试系统和
方法技术领域[0001] 本发明涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种基于激光遥感及面部行为动作分析的智能酒驾测试系统和测试方法。背景技术[0002] 数字化转型的时代背景下，智慧城市的建设越来越受到人们的关注。酒后驾驶是导致交通事故的一个非常重要的原因。相关研究表明：饮酒后，随着组织对酒精的吸收，人体血液中的酒精浓度会逐渐升高，随之而来的是意识逐渐变得不清醒，判断力下降，人体处于疲乏状态，从而在驾驶的过程中存在严重的安全隐患，不仅对自己也对他人造成一定的生命危险。针对酒驾问题世界各国也出台了一系列的相关法律，中国也加大了酒驾的检查和处罚力度。常规的酒驾检测方法有呼气式酒精检测法、唾液酒精检测法和血液酒精检测法。[0003] 其中，呼气式酒精检测法主要包括半导体型和电化学型(燃料电池型)两种，因其携带方便，便于测试，已成为交通部门作为交通执法检测的一种普遍手段。其主要是依靠呼出气体中酒精分子与相关化学物质进行的物理化学吸附或电化学反应从而反推出酒精浓度。但是这种方法存在一定的问题：一是该酒驾检测为接触式测量，会消耗大量的警力物力和时间，而且会造成一定的交通拥堵等情况，耽误行人的正常出行。二是这种检测方法存在随机性，不可能对过往的每辆车都做酒驾测试，使得很多酒驾人员存在一定的侥幸心理。同时也会对被检查的驾驶员造成一定的心理压力。三是半导体传感器和电化学传感器随着使用时间的延长，检测的灵敏度会有所下降。[0004] 对于唾液酒精检测法，由于在检测时易受到口腔内其他物质的干扰，因此该检测方法在市场上的认可度较低，使用率也比较低。而对于血液酒精检测法，其检测精度非常高，但是这种方式耗时长、花费大、现场实用性不强，一般在处理交通事故等必要场合才会用该方法检测。虽然，有些公司开发出一些智能酒驾检测传感器，比如将传感器置于汽车启动钥匙或者方向盘上，这种方式一旦人为进行干扰就很容易躲避检查。[0005] 综上所述，现存酒驾检测方法存在的问题如下：检测方法基本上都采用接触式测量；很难对每辆车进行检测；对于一些智能检测方法受人为影响较为严重，且检测方法比较单一。发明内容[0006] 为了改善现有技术的不足，本发明提供一种精确定量激光遥感测试装置，包括：激光遥感传感器、光谱分析仪、锁相放大器、浓度反演单元和信号发生器。[0007] 根据本发明的实施方案，激光遥感传感器包括激光器、温度控制器、电流控制器和光学元件。[0008] 根据本发明的实施方案，所述激光器可以用于提供激励光源，例如近红外光源。例如，所述激光器可选自可调谐窄线宽近红外激光器，例如分布式反馈激光器(DFB)。[0009] 根据本发明优选的实施方案，所述激光器包括第一激光器和第二激光器，例如包括第一DFB和第二DFB。例如，所述第一激光器可以用于检测水蒸气的浓度，所述第二激光器可以用于检测酒精蒸气的浓度。[0010] 根据本发明优选的实施方案，所述第一激光器的波长可以为1.412μm，所述第二激光器的波长可以为1.392μm。[0011] 根据本发明优选的实施方案，所述第一激光器和第二激光器的功率可以相同或不同，彼此独立地选自10～50MW，例如20mW。[0012] 根据本发明的实施方案，当激光器工作时，所述第一激光器和第二激光器同时处于工作状态。[0013] 根据本发明的实施方案，所述温度控制器可以选自双通道温度控制器(TEC)，其优选可用于控制激光器的温度；所述电流控制器可以选自双通道电流控制器(LDC)，其优选可用于提供气体扫描吸收谱线的锯齿波信号。[0014] 根据本发明的实施方案，所述光学元件可以包括光纤合束器、光纤准直器、分光镜、反射镜、滤光片和菲涅尔透镜。[0015] 根据本发明的实施方案，光纤合束器可以用于将1.412μm和1.392μm激光耦合到同一个光路。[0016] 根据本发明的实施方案，光纤准直器可以用于减小激光的发散角并起到准直的作用。[0017] 根据本发明的实施方案，分光镜可以用于将光纤准直器出来的激光分成至少两个光束。优选地，分光镜分出的光束中，其中一束作为参考光信号，由参考光光电探测器接收；另一束作为激发光源作用于车内气体，形成携带气体浓度信息的探测光信号，并由探测光光电探测器接收。[0018] 根据本发明的实施方案，反射镜可以用于改变分光镜分出的参考光信号的光线传播方向。[0019] 根据本发明的实施方案，滤光片可以用于缓解杂散光信号对结果的干扰；[0020] 根据本发明的实施方案，菲涅尔透镜可以用于对滤光片滤出来的光进行聚光，以降低光的发散性。[0021] 根据本发明的实施方案，所述光学元件还可以进一步包括圆锥体集光器。优选地，所述圆锥体集光器可以设置在菲涅尔透镜的前端，用于与菲涅尔透镜协同作用，进一步提高集光效率。[0022] 根据本发明的实施方案，激光遥感传感器还可以包括光电探测器。例如，所述光电探测器用于将光信号转换为电信号，优选将电信号传输至光谱分析仪进行后续信号分析。[0023] 根据本发明的实施方案，光电探测器包括参考光光电探测器和探测光光电探测器。优选地，参考光光电探测器可用于接收参考光信号，并将光信号转化为电信号；探测光光电探测器可用于接收携带气体浓度信息的探测光信号，并将光信号转换为电信号。[0024] 根据本发明的实施方案，所述光谱分析仪可以对电信号进行分析，例如对上述光电探测器转换得到的电信号进行分析。[0025] 根据本发明的实施方案，所述锁相放大器可以提供正弦交流信号和提取二次谐波信号。优选地，所述正弦交流信号为8～15kHz的正弦交流信号。[0026] 根据本发明的实施方案，所述浓度反演单元包括单片机，其可对二次谐波信号进行浓度反演，例如可以通过事先编写好的算法对二次谐波信号进行浓度反演。[0027] 根据本发明的实施方案，所述信号发生器为激光遥感传感器提供锯齿波信号，例如1～10Hz的稳定低频锯齿波信号。[0028] 根据本发明的实施方案，所述激光遥感传感器用于对车辆通过前的路况以及车辆通过时的车内环境进行扫描，并将接收到的光信号转化为电信号传输到光谱分析仪进行分析。[0029] 根据本发明示例性的实施方案，激光遥感系统可安装在道路的一侧或两侧，例如激光器、温度控制器、光电探测器、反射镜、光纤合束器、光纤准直器、分光镜、信号发生器、锁相放大器以及光谱仪安装在道路的一侧；滤光片、菲涅尔透镜、集光器以及光电探测器安装在道路的另一侧。两个分布反馈式激光器发射两束经过调制后的红外激光。所述红外激光经过光纤合束器后变成一束光，再经过一个光纤准直器进行光束准直以减小发射角。通过一个分光镜将光束一分为二。上述分光镜分出的光束中，其中一束光作为参考光信号，由参考光光电探测器接收；另一束光作为激发光源，从车辆侧窗射入，从而激发车内的水蒸气和酒精蒸气信号，从侧窗射出的光束携带气体浓度信息，通过滤光片将一些杂散光信号滤除，再通过菲涅尔透镜对其进行聚焦，最后再在探测光光电探测器的正前方加一个圆锥体集光器尽可能的收集光学信号，并通过探测光光电探测器将其转化为电信号，随后输送至光谱分析仪进行光学处理，再通过锁相放大器提取有效的二次谐波信号进行进一步的信号处理。[0030] 本发明所述的精确定量激光遥感测试装置的实例可以如图3所示，其中各部件或元件可通过本领域技术人员已知的电连接或光学连接。[0031] 本发明还提供一种驾驶员状态分析系统，包括所述精确定量激光遥感测试装置。[0032] 本发明还提供一种行为分析装置，包括红外摄像机、人脸识别单元和行为动作分析单元。[0033] 根据本发明的实施方案，所述红外摄像机优选红外窄光谱成像摄像机，用于消除太阳光、灯光等各种杂光干扰，以确保捕获人像的质量。[0034] 根据本发明的实施方案，所述人脸识别单元对红外摄像机捕获到的人像进行人脸识别，提取人脸的特征信息。优选地，所述人脸识别单元可以采用MTCNN算法对红外摄像机捕获到的人像进行人脸识别。[0035] 根据本发明的实施方案，所述行为动作分析单元对驾驶员的上半身动作进行分析，从而判断其是否处于酒驾状态或疲劳驾驶状态。优选地，所述行为动作分析单元采用RMPE算法对人的上半身动作进行分析。[0036] 根据本发明示例性的实施方案，所述行为分析装置安装在道路的上方。[0037] 根据本发明的实施方案，所述驾驶员状态分析系统还可以进一步包括所述行为分析装置。[0038] 本发明还提供一种驾驶员状态的测试方法，包括使用所述驾驶员状态分析系统对驾驶员进行测试。[0039] 根据本发明的实施方案，所述测试方法可包括以下步骤1)和/或步骤2)：[0040] 步骤1)气体浓度分析：[0041] S1：当车辆未通过时，参考光光电探测器和探测光光电探测器同时向对侧发射激光，获得包含系统光学损耗产生的信号和大气中水汽吸收产生的光谱信号；[0042] S2：当车辆通过时，激光遥感传感器中的参考光光电探测器和探测光光电探测器同时对车内的气体成分进行检测，并用探测光光电探测器接收携带气体特征信息的激光，将光信号转换为电信号；[0043] S3：将参考光光电探测器和探测光光电探测器的电信号在光谱分析仪中进行分析，去除系统光学损耗产生的干扰信号和汽车所处环境产生的干扰信号；[0044] S4：锁相放大器提取光谱分析仪中的二次谐波信号，通过浓度反演单元进行浓度反演，判断车内的酒精浓度是否超过阈值；[0045] 步骤2)行为分析：[0046] S1’：当车辆通过时，红外窄光谱成像摄像机快速定位捕捉主驾驶室驾驶员上半身图片，通过MTCNN算法对人脸识别处理，并将其与数据库中正常驾驶状态和酒驾或疲劳驾驶状态下的面部行为进行对比分析；[0047] S2’：通过RMPE算法重构驾驶员上半身动作，同样将其与数据库中正常驾驶状态和酒驾或疲劳驾驶状态下的面部行为进行对比分析；[0048] S3’：由以上分析，判断驾驶员是否存在酒驾或疲劳驾驶的嫌疑。[0049] 根据本发明，所述方法还包括对激光遥感和面部行为分析数据分析结果进行综合判断，并实时通过云端系统(如华为云ROMA终端系统)传输给有需要的部门，如政府交通部门。[0050] 发明人进一步发现，酒驾驾驶员呼气时，口腔附近的酒精浓度最高，最能反映体内的真实酒精浓度，而光源所测定的区域离口腔有一定的距离，这样测试出来的酒精浓度很可能是稀释后的数值。然而，无论人是否喝酒，其呼出的气体中，水汽的浓度是确定的。[0051] 为此，根据本发明优选的实施方案，还包括测试驾驶员呼出气体中酒精浓度的方法，包括根据式 计算驾驶员呼出气体中的酒精浓度；[0052] 其中，Ce，b为呼出气体中酒精气体的浓度，Ce，c为车内的酒精气体浓度，Cw，c为车内的水蒸气浓度，而Cw，b是呼出气体中水蒸气的浓度。[0053] 根据本发明优选的实施方案，所述驾驶员状态的测试方法还进一步包括所述测试驾驶员呼出气体中酒精浓度的方法。[0054] 发明人惊讶地发现，使用本发明的方法能够精确地定量获得驾驶员呼出气体的酒精浓度。在将水汽作为参考气体的情况下，本发明的方法不仅可以去除对酒精气体分子的干扰，而且可以通过参考气体的稀释状况来获得稀释系数(即Ce，c/Cw，c)，从而精确定量反演出驾驶员呼出的酒精浓度。[0055] 根据本发明的实施方案，所述驾驶员状态分析系统包括所述精确定量激光遥感测试装置和所述行为分析装置。[0056] 本发明还提供所述精确定量激光遥感测试装置用于分析驾驶员状态的用途。[0057] 本发明还提供所述行为分析装置用于分析驾驶员状态的用途。[0058] 本发明还提供所述驾驶员状态分析系统用于分析驾驶员状态的用途。[0059] 根据本发明的实施方案，所述驾驶员状态包括酒后驾驶状态和/或疲劳驾驶状态。[0060] 本发明的有益效果：[0061] 本发明提供了一种基于激光遥感及面部行为动作分析的酒驾测试系统和方法，所述测试系统和测试方法是基于可调谐半导体激光光谱吸收(TDLAS)的激光遥感系统和基于人工智能算法的面部行为动作分析系统，能够准确检测车内的驾驶员呼出气体中酒精的浓度而不是仅仅测定车内酒精气体的平均浓度，同时可以对驾驶员的面部行为和上半身肢体动作进行分析，能有效防止酒驾和疲劳驾驶的发生，为智慧城市的建设保驾护航。附图说明[0062] 图1是基于激光遥感及面部行为分析的智能酒驾测试系统的示意图；[0063] 图2是基于激光遥感及面部行为分析的智能酒驾测试系统的流程图；[0064] 图3是激光遥感系统的工作原理示意图；[0065] 图4是面部行为分析流程图；[0066] 其中，各附图标记代表的含义如下：1、激光器；2、激光器；3、温度控制器；4、电流控制器；5、合束器；6、光纤准直器；7、分光镜；8、反射镜；9、参考光光电探测器、10、锁相放大器；11、光谱分析仪；12、探测光光电探测器；13、菲涅尔透镜；14、滤光片；15、汽车侧窗玻璃；16、信号发生器；17、激光遥感传感器；18、激光器；19、光学元件；20、圆锥体集光器；21、浓度反演单元；22、人脸识别模块；23、行为动作分析模块；24、红外窄光谱成像摄像机；25、激光发射与信号处理装置；26、过往车辆；27、面部行为分析系统；28、探测光光电探测器；29、华为云ROMA。具体实施方式[0067] 下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。[0068] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。[0069] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而并非指示或暗示相对重要性。[0070] 实施例1[0071] 如图1‑图4所示，一种基于激光遥感及面部行为分析的智能酒驾测试系统，如图1所示，包括激光发射与信号处理装置25，用于发射两束稳定的可调谐窄线宽近红外激发光源，其中分光镜将光束一分为二，其中一束作为参考光，另一束为探测光，对过往车辆26进行扫描，同时对后期反馈过来的信号进行处理，将杂散光信号去除，提取有效的二次谐波信号，从而反演出酒精气体浓度，若酒精浓度超过阈值则将其反馈给综合分析单元；[0072] 过往车辆26，若驾驶员酒驾，则车内就存在一定的酒精气体，而且正常情况下当车通过测速仪的时候会减速，就很方便进行测试。[0073] 面部行为分析系统27包括红外窄光谱成像摄像机及信号处理单元，和道路上测速抓拍装置安装在一起，可对过往车辆进行全天候时候监控，当车辆通过时，红外窄光谱成像摄像机连续抓拍驾驶员上半身照片，并通过MTCNN和RMPE算法分别对驾驶员脸部特征信息和上半身行为动作进行分析，从而判断驾驶员是否有醉驾或疲劳驾驶的嫌疑，若数据分析结果超过阈值，则将结果反馈给综合处理单元。[0074] 如图2所示，激光遥感传感器包括：[0075] 激光器，为两个可调谐窄线宽近红外激光器，用于提供激励光源，其中波长为1.412μm的DFB功率为20mW，用于检测水蒸气；波长为1.392μm的DFB功率为20mW，用于检测酒精分子浓度，两个激光器一直处于同时工作的状态；[0076] TEC，为双通道温度控制器，用于控制激光器的温度，使其能温度工作；[0077] LDC，为双通道电流控制器，用于提供气体扫描吸收谱线的锯齿波信号；[0078] 光纤合束器，用于将1.412μm和1.392μm激光耦合到同一个光路；[0079] 光纤准直器，从合束器出来的光束具有一定的发射角度，准直器用来减小激光的发散角并起到准直的作用；[0080] 分光镜，用于将准直器出来的激光分成两束，其中一束作为参考光信号由光电探测器接收，另一束作为激发光源作用于产生气体吸收光谱信号；[0081] 反射镜，用于改变参考光的光线传播方向；[0082] 光电探测器，用于接收参考光，并将光信号转化为电信号，并传输至光谱仪进行后续信号处理；[0083] 光电探测器，用于接收携带气体浓度信息的探测光信号，并将光信号转换为电信号传输至光谱仪进行进一步信号分析；[0084] 滤光片，探测光与汽车相互作用后会产生一些杂散光信号，滤光片可有效缓解杂散光信号对结果的干扰；[0085] 菲涅尔透镜，滤光片滤出来的光具有一定的发散性，用于对其进行聚光；[0086] 圆锥体集光器，虽然在光电探测器前面加了菲涅尔透镜，但为了使光信号可能地作用到光电探测器上，在光电探测器前端加了一个圆锥体集光器，该集光器与聚光透镜协同作用，可进一步提高集光效率；[0087] 面部行为分析系统27包括：[0088] 红外窄光谱成像摄像机，对过往车辆进行全天候时候监控，当车辆通过时，红外窄光谱成像摄像机24对驾驶员脸部进行定位识别并连续抓拍驾驶员上半身照片；[0089] 人脸识别模块，采用MTCNN算法对红外窄光谱成像摄像机24捕获到的人像进行人脸识别，提取人脸的特征信息；[0090] 行为动作分析模块，采用RMPE算法对人的上半身动作进行分析，从而判断驾驶员是否涉嫌酒驾或疲劳驾驶；[0091] 本实施例通过在公路的一侧安置光源等部分(具体见图1)，在道路上方安装面部行为动作分析系统，在公路的正对侧安置光电探测器等部分(具体见图1)。当车辆未通过时，激光器发射两束不同波长的激光测定大气中水蒸气等信号，当车辆通过时，激光遥感系统和面部行为分析系统同时工作，根据朗伯‑比尔定律：I(λ)＝I0(λ)exp[‑α(λ)cl]，如车内存在酒精气体分子，则会吸收特定波长的激光，被吸收后的激光信号被光电探测器接收到并转化为电信号，再经过信号处理，精确的定量分析，浓度反演等步骤最终得到驾驶员是否涉嫌酒驾。同时利用红外窄光谱成像摄像机高速抓拍多张驾驶员上半身照片，并将抓拍到的照片与数据库中的照片进行比对，该数据库中照片是该驾驶员在正常情况下通过酒驾测试装置时获取的。通过MTCNN算法对驾驶员面部特征进行定位分析，通过RMPE算法对驾驶员上半身行为动作分析，从而判断其是否存在酒驾或疲劳驾驶的嫌疑，最后对激光遥感和行为分析得出的结果进行综合分析并通过华为云ROMA实时的将数据反馈给交通部门，便于相关部门对酒驾进行排查。[0092] 实施例2[0093] 一种基于激光遥感及面部行为分析的智能酒驾测试方法，包括以下步骤：[0094] 对于激光遥感过程：[0095] S1：在车辆未经过前，两个激光器同时向对侧发射激光，由于此时无车辆通过，故探测光光电探测器12探测的信号主要包含两部分：一是系统的光学损耗产生的信号，二是大气中的水汽吸收产生的光谱信号；[0096] S2：当车辆通过时，两个激光器同时对车内的气体成分进行扫描，并用探测光光电探测器12接收携带一定气体特征信息的激光，将光信号转换为电信号；[0097] S3：参考光和探测光通过注入到光谱仪中进行光学分析，将系统光学损耗以及汽车车窗等外界环境的干扰信号去除掉；[0098] S4：锁相放大器提取光谱仪中的二次谐波信号，并通过浓度反演单元进行浓度反演，从而判断车内的酒精浓度是否超过阈值；[0099] 对于面部行为分析过程：[0100] S1’：当车辆通过时，红外窄光谱成像摄像机快速定位捕捉主驾驶室驾驶员上半身一系列图片，通过MTCNN算法对人脸识别处理，并将其与数据库中正常驾驶状态和酒驾或疲劳驾驶状态下的面部行为进行对比分析；[0101] S2’：再通过RMPE算法重构驾驶员上半身动作，同样将其与数据库中正常驾驶状态和酒驾或疲劳驾驶状态下的面部行为进行对比分析；[0102] S3’：由以上分析，判断驾驶员是否有酒驾或疲劳驾驶的嫌疑；[0103] 对于激光遥感和面部行为分析数据分析结果进行综合判断，并实时通过华为云ROMA终端系统传输给交通部门。[0104] 进一步，对于精确定量计算出驾驶员呼出气体中酒精的浓度，所述定量方法如下：[0105] 酒驾驾驶员呼气时，口腔附近的酒精浓度最高，最能反映体内的真实酒精浓度，而光源所测定的区域离口腔有一定的距离，这样测试出来的酒精浓度实际上是一个稀释值，准确性不高。为了定量精确获得真实的酒精浓度，需要引入一个参考其他，本发明中我们以水汽作为参考气体，有两个目的：一是去除对酒精气体分子的干扰，二是通过参考气体的稀释状况来获得稀释系数，从而精确定量反演出驾驶员呼出的酒精浓度。据相关资料显示，无论人是否喝酒，其呼出的气体中，水汽的浓度是确定的，这样就可以根据式 获得实际酒精浓度。其中Ce，b为呼出气体中酒精气体的浓度，Ce，c为车内的酒精气体浓度，Cw，c为车内的水汽浓度，而Cw，b是呼出气体中水汽的浓度，是一个确定值。[0106] 如图3所示，激光遥感系统详细的工作细节如下：[0107] 两只可调谐半导体激光器分别发射波长1.412μm，功率为20mW和波长为1.392μm，功率为20mW的近红外光源，通过合束器将两种不同波长的光合束到一个光路中，再通过一个光纤耦合器减小光束的发散角，分光片使光束一分为二，其中一束光作为参考光信号被参考光光电探测器9检测到，传输至光谱分析仪做对照分析，另一束光作为激发光从过往的车辆侧窗射入，从而激发车内的水汽和酒精气体信号，从侧窗射出的光束携带一定的气体浓度信息，通过滤光片将一些杂散光信号滤除，再通过菲涅尔透镜对其进行聚焦，最后再在探测光光电探测器12的正前方加一个圆锥体集光器尽可能的收集光学信号，并通过探测光光电探测器12将其转化为电信号送至光谱仪进行光学处理，最后再通过锁相放大器提取有效的二次谐波信号进行进一步的信号处理。[0108] 如图4所示，面部行为分析系统工作流程如下；[0109] 当车辆通过时，红外窄光谱成像摄像机快速捕捉到驾驶员上半身动作，并通过MTCNN算法对驾驶员人脸进行识别，提取其面部信息，再通过RMPE算法重构驾驶员上半身动作并对面部特征和上半身动作进行行为分析，最后将处理的结果与事先设定的阈值进行比较。[0110] 具体的工作原理如下：该激光遥感系统安装在道路的两侧，面部行为分析系统安装在道路的上方。一方面，两个分布反馈式激光器发射两束经过调制后的红外激光。经过光纤合束器后变成一束光，再经过一个光纤准直器进行光束准直以减小发射角。通过一个分光镜将光束一分为二，其中一束作为参照光，由光电探测器1接收，进而将光信号转化为电信号输入到光谱仪进行分析，另一束光通过汽车的侧窗前端的挡风玻璃射入到安装在车内的反射镜上，此时，光与车内的酒精分子相互作用，反射镜将携带一定气体浓度信息的光束发射到滤光片，由滤光片将一些杂散光滤除掉，接着通过菲涅尔透镜进行光束汇聚，为了尽可能收集光束信息，再在探测光光电探测器12前面加了一个圆锥体集光器，这样就使得反射回来的光束很好的作用于光电探测器上。同样光电探测器将接收到的光信号转化为电信号传到光谱仪进行分析，光谱仪提取到有效的二次谐波电信号后再送至锁相放大器进行最终的信号好分析处理。将处理好的信号进一步送到浓度反演单元，通过算法反演出气体的浓度值，并将其与国家规定的酒驾酒精浓度进行比较，如果低于设定的阈值，表示车辆正常，不涉嫌酒驾。一旦高于设定的阈值，那么将结果传到综合分析系统。另一方面，面部行为分析系统中的红外窄光谱成像摄像机对过往车辆进行快速连续抓拍获得一系列驾驶员上半身照片，通过人工智能MTCNN算法和RMPE算法对驾驶员面部特征和姿态动作进行分析，将分析结果与阈值比较，如果低于阈值则表示正常，若超过阈值则表示驾驶员涉嫌酒驾或者疲劳驾驶，并将结果传到综合分析系统，最后综合分析系统对两路的处理结果进行权重计算得到一个最终判定结果，并将该车的位置，车牌，型号，颜色的等信息实时通过华为云ROMA系统传到交通网络管理平台，如果锁定该车存在问题，执法人员就可以对嫌疑车辆进行拦截。[0111] 以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：江苏

专利申请日期：2019-07-24

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN112287729B