本发明公开了一种穿拖鞋驾驶车辆的检测方法及检测系统，其基于车载视频采集系统拍摄驾驶室踏板位置附近的图像，分离驾驶员右脚图像信息，自适应提取驾驶员脚部的可视皮肤区域，计算可视皮肤连通区域的数目、重点和面积等特征参数，基于这些特征参数信息给出一种驾驶员穿拖鞋驾驶车辆的自动检测方法，并当检测判定驾驶员存在穿拖鞋驾驶车辆的行为时给予必要的提醒或者干涉，减小驾驶员穿拖鞋驾驶车辆这类违法行为的发生率，降低交通事故风险，提高行车安全性。
1.一种穿拖鞋驾驶车辆的检测方法，其特征在于：通过车载图像采集模块拍摄驾驶室踏板位置附近的图像，分离驾驶员左脚或右脚的脚部图像信息，提取驾驶员脚部的可视皮肤区域，计算脚图像或者脚部可视皮肤区域的各种特征参数，基于这些特征参数信息判断驾驶员是否穿拖鞋驾驶车辆；
所述的特征参数为可视皮肤连通区域的数目、各区域重心和面积；并设可视皮肤连通区域的总数为N；脚部前景图像面积为S(0)；各可视皮肤连通区域的面积大小为S(i)，其中i＝1,…N；各可视皮肤连通区域的重心O(i)，其中i＝1,…N；具体的判断方法包括如下步骤：(1)当N＝0时，判断驾驶员不存在穿拖鞋的情况；
(2)当N＝1时，计算该可视皮肤区域面积S(1)与脚部前景图像面积S(0)的比值k＝S(1)/S(0)，根据k与预先设置的面积比阈值参数α进行比较：如果k≥α，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况；如果k<α，判断当前不存在穿拖鞋驾驶的情况；
(3)当N大于1时，根据各可视皮肤连通区域的重心O(i)查找位于右脚前景图像最左下方的可视皮肤连通区域t，并计算该可视皮肤连通区域的面积S(t)与所有可视皮肤连通区域的面积总和的比值 根据p与预先设置的面积比阈值参数β进行比较：如果p≥β，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况；如果p<β，判断当前不存在穿拖鞋驾驶车辆的情况。
2.一种穿拖鞋驾驶车辆的检测系统，其特征在于该系统包括：
图像采集模块，用于拍摄驾驶员脚部的图像，其至少包括摄像头，该摄像头固定安装于车辆驾驶室中控内饰板的下侧，位于踏板左侧、正上方或右侧；
图像预处理器，接收来自图像采集模块的视频图像，并对图像进行降噪和直方图均衡化处理；
右脚图像分离器，接收图像预处理器处理后的图像，并进行背景和前景分离操作，提取出驾驶员的右脚前景图像；
可视皮肤检测器，接收来自于右脚图像分离器的驾驶员右脚图像，删除非可视皮肤图像信息，保留可视皮肤图像；
参数解析器，对可视皮肤图像进行处理计算，提取所有可视皮肤的外轮廓线，据此计算所需的特征参数信息；
驾驶员穿拖鞋检测器，利用参数解析器获得的各类特征参数来判断驾驶员是否存在穿拖鞋驾驶车辆的情况；
提醒器，当驾驶员穿拖鞋检测器判断驾驶员存在穿拖鞋驾驶车辆的情况时，提醒器自动提醒驾驶员不要穿拖鞋驾驶车辆。
3.根据权利要求2所述的穿拖鞋驾驶车辆的检测系统，其特征在于：进一步包括参数设置模块，用于设置系统的工作参数。
4.根据权利要求2所述的穿拖鞋驾驶车辆的检测系统，其特征在于：进一步包括通讯模块，用于实现本系统与其它车载电子系统的信息交互和应用。
5.根据权利要求2-4任一所述穿拖鞋驾驶车辆的检测系统的检测方法，其特征在于包括如下步骤：第一步，当车辆解锁时，图像采集模块即开启工作，实时连续采集车辆油门踏板和制动踏板附近区域的图像，提取无驾驶员状态下的踏板背景图像；
第二步，当驾驶员上车落座时，采集当前图像，将当前采集的图像与第一步采集的背景图像进行差分，以提取出前景图像，即驾驶员的右脚图像信息，并计算右脚前景图像的面积S(0)；
第五步，根据所有分离的可视皮肤外轮廓线计算可视皮肤连通区域的总数N和各区域的重心O(i)以及各区域的面积大小S(i)，其中i＝1,…N；
(1)当N等于0时，判断驾驶员不存在穿拖鞋的情况；
(2)当N等于1时，计算可视皮肤区域面积S(1)与右脚前景图像总面积S(0)的比值k＝S(1)/S(0)，根据k与预先设置的面积比阈值参数α进行比较：如果k≥α，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况；如果k<α，判断当前不存在穿拖鞋驾驶的情况；
(3)当N大于1时，根据各可视皮肤连通区域的重心O(i)进行检索，查找位于右脚前景图像最左下方的可视皮肤连通区域t，并计算该可视皮肤连通区域的面积S(t)与所有可视皮肤连通区域的面积总和的比值 根据p与预先设置的面积比阈值参数β进行比较：如果p≥β，判断当前驾驶员存在穿拖鞋或者穿凉鞋但未拉起脚后跟系带时的情况；如果p<β，判断当前不存在穿拖鞋驾驶车辆的情况；
第七步，当判断驾驶员存在穿拖鞋或者穿凉鞋但未拉起脚后跟系带驾驶车辆的情况时，将该判断结果发送给提醒器进行提醒，至此检测流程结束。
6.根据权利要求5所述穿拖鞋驾驶车辆的检测系统的检测方法，其特征在于：所述的面积比阈值参数α和β通过参数设置模块进行设置。
7.根据权利要求5或6所述穿拖鞋驾驶车辆的检测系统的检测方法，其特征在于：所述α＝0.33，所述β＝0.5。
8.根据权利要求5所述穿拖鞋驾驶车辆的检测系统的检测方法，其特征在于：所述第七步判断之后进一步通过通讯模块向车辆控制器或交通管理部门发出检测结论信号供参考应用。
一种穿拖鞋驾驶车辆的检测方法及检测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及车辆安全技术领域，更具体地，涉及一种能够自动检测驾驶员是否穿着拖鞋驾驶车辆并据此做出相应提醒的检测方法和检测系统。
背景技术
[0002] 驾驶员穿拖鞋驾驶车辆是众多不良驾驶习惯中的一种。穿拖鞋开车虽然方便舒适，却存在着极大的安全隐患。穿上拖鞋开车，虽然脚板比较放松舒适，但是因为鞋比较宽大，在刹车时太容易打滑，一不小心，半个脚面就会从鞋里挤出去。另外，由于拖鞋不跟脚，极易出现鞋子滑落的现象，特别是车主开车遇紧急情况时更可怕。统计表明：驾驶员穿拖鞋时对离合器和油门的控制都会有偏差，脚在油门和刹车间移动的时间相较正常情况平均慢上0.1秒，单是踩制动踏板的反应时间也会慢0.13秒。虽然仅是些微小的差距，但这0.1秒也许就是决定生死的一瞬间，对行车安全有着很大的安全隐患。
[0003] 根据英国汽车保险公司Sheilas'Wheels近来所做的调查显示：在英国有超过33％的驾驶员曾穿拖鞋驾车，其中有十分之一的人都曾发生在行车途中，拖鞋卡在踏板下的情况，每一年平均造成交通事故或擦撞约140万起。在我国等发展中国家，穿拖鞋驾驶车辆的情况则更为普遍，每年因此而产生的交通事故数目巨大，给人民的生命和财产安全带来巨大的损失。可见，很有必要针对驾驶员穿拖鞋驾驶车辆的行为进行自动检测和提醒预防。
[0004] 为此，我国《道路交通管理条例》中明确规定：机动车驾驶员不准穿拖鞋驾驶车辆，违者对驾驶员处以罚款20—200元、同时记2分的处罚。通过立法来约束驾驶员穿拖鞋驾驶车辆的行为。然而，由于我国大部分驾驶员的安全意识还比较薄弱，存在相对普遍的侥幸心理，穿拖鞋驾驶车辆的行为屡禁不止，是交通安全的一大威胁。因此，借助工程技术手段实现穿拖鞋驾驶车辆这种行为的自动检测和提醒预防具有良好的研究价值和现实意义。
[0005] 经过检索，CN201210064235.8公开了一种“汽车驾驶员鞋子检测系统和控制方法”，该专利可以检测驾驶员鞋子的鞋跟高度，从而能够阻止驾驶员穿高跟鞋进行驾驶的检测系统和控制方法。其采用的方案是通过设置可以探测鞋跟高度的探测器，以此判断驾驶员是否穿着高跟鞋进行驾车。但是，通过探测器进行检测的方式，并不能适用在拖鞋上，因为很少有探测器或者传感器可以检测出是否为拖鞋。因此需要提出可以适用于拖鞋的检测方法。
[0006] 然而，调研发现：当前国内外汽车或是汽车配件厂商在规范驾驶员穿拖鞋的行为方面，都没有提出相应的解决方案和技术发明，存在技术和应用空白。为此，本发明拟提出一种解决方案。
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以自动检测驾驶员是否穿拖鞋驾驶车辆的检测方法及检测系统。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
[0009] 一种穿拖鞋驾驶车辆的检测方法，通过车载图像采集模块拍摄驾驶室踏板位置附近的图像，分离驾驶员左脚或右脚的脚部图像信息，提取驾驶员脚部的可视皮肤区域，计算脚图像或者脚部可视皮肤区域的各种特征参数，基于这些特征参数信息判断驾驶员是否穿拖鞋驾驶车辆。
[0010] 优选地，所述的特征参数为可视皮肤连通区域的数目、各区域重心和面积；并设可视皮肤连通区域的总数为N；脚部前景图像面积为S(0)；各可视皮肤连通区域的面积大小为S(i)，其中i＝1,…N；各可视皮肤连通区域的重心O(i)，其中i＝1,…N；具体的判断方法包括如下步骤：
[0011] 当N＝0时，判断驾驶员不存在穿拖鞋的情况；
[0012] 当N＝1时，计算该可视皮肤区域面积S(1)与脚部前景图像面积S(0)的比值k＝S(1)/S(0)，根据k与预先设置的面积比阈值参数α进行比较：如果k≥α，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况；如果k<α，判断当前不存在穿拖鞋驾驶的情况；
[0013] 当N大于1时，根据各可视皮肤连通区域的重心O(i)查找位于右脚前景图像最左下方的可视皮肤连通区域t，并计算该可视皮肤连通区域的面积S(t)与所有可视皮肤连通区域的面积总和的比值 根据p与预先设置的面积比阈值参数β进行比较：如果p≥β，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况；如果p<β，判断当前不存在穿拖鞋驾驶车辆的情况。
[0014] 一种穿拖鞋驾驶车辆的检测系统，包括：
[0015] 系统开关，用于开启或关闭系统；
[0016] 电源模块，用于为系统及各模块供电；
[0017] 图像采集模块，用于拍摄驾驶员脚部的图像，其至少包括摄像头，该摄像头固定安装于车辆驾驶室中控内饰板的下侧，位于踏板左侧、正上方或右侧；
[0018] 图像预处理器，接收来自图像采集模块的视频图像，并对图像进行降噪和直方图均衡化处理；
[0019] 右脚图像分离器，接收图像预处理器处理后的图像，并进行背景和前景分离操作，提取出驾驶员的右脚前景图像；
[0020] 可视皮肤检测器，接收来自于右脚图像分离器的驾驶员右脚图像，删除非可视皮肤图像信息，保留可视皮肤图像；
[0021] 参数解析器，对可视皮肤图像进行处理计算，提取所有可视皮肤的外轮廓线，据此计算所需的特征参数信息；
[0022] 驾驶员穿拖鞋检测器，利用参数解析器获得的各类特征参数来判断驾驶员是否存在穿拖鞋驾驶车辆的情况；
[0023] 提醒器，当驾驶员穿拖鞋检测器判断驾驶员存在穿拖鞋驾驶车辆的情况时，提醒器自动提醒驾驶员不要穿拖鞋驾驶车辆。
[0024] 优选地，进一步包括参数设置模块，用于设置系统的工作参数。
[0025] 优选地，进一步包括通讯模块，用于实现本系统与其它车载电子系统的信息交互和应用。
[0026] 上述穿拖鞋驾驶车辆的检测系统的检测方法，包括如下步骤：
[0027] 第一步，当车辆解锁时，图像采集模块即开启工作，实时连续采集车辆油门踏板和制动踏板附近区域的图像，提取无驾驶员状态下的踏板背景图像；
[0028] 第二步，当驾驶员上车落座时，采集当前图像，将当前采集的图像与第一步采集的背景图像进行差分，以提取出前景图像，即驾驶员的右脚图像信息，并计算右脚前景图像的面积S(0)；
[0029] 第三步，提取右脚前景图像的可视皮肤区域；
[0030] 第四步，提取右脚可视皮肤区域的外轮廓线；
[0031] 第五步，根据所有分离的可视皮肤外轮廓线计算可视皮肤连通区域的总数N和各区域的重心O(i)以及各区域的面积大小S(i)，其中i＝1,…N；
[0032] 第六步，根据以下规则判断：
[0033] 当N等于0时，判断驾驶员不存在穿拖鞋的情况；
[0034] 当N等于1时，计算可视皮肤区域面积S(1)与右脚前景图像总面积S(0)的比值k＝S(1)/S(0)，根据k与预先设置的面积比阈值参数α进行比较：如果k≥α，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况；如果k<α，判断当前不存在穿拖鞋驾驶的情况；
[0035] 当N大于1时，根据各可视皮肤连通区域的重心O(i)进行检索，查找位于右脚前景图像最左下方的可视皮肤连通区域t，并计算该可视皮肤连通区域的面积S(t)与所有可视皮肤连通区域的面积总和的比值 根据p与预先设置的面积比阈值参数β进行比较：如果p≥β，判断当前驾驶员存在穿拖鞋或者穿凉鞋但未拉起脚后跟系带时的情况；如果p<β，判断当前不存在穿拖鞋驾驶车辆的情况；
[0036] 第七步，当判断驾驶员存在穿拖鞋或者穿凉鞋但未拉起脚后跟系带驾驶车辆的情况时，将该判断结果发送给提醒器进行提醒，至此检测流程结束。
[0037] 优选地，所述的面积比阈值参数α和β通过参数设置模块进行设置。
[0038] 优选地，所述α＝0.33，所述β＝0.5。
[0039] 优选地，所述第七步判断之后进一步通过通讯模块向车辆控制器或交通管理部门发出检测结论信号供参考应用。
[0040] 采用上述方案后，由于本发明基于车载视频采集系统拍摄驾驶室踏板位置附近的图像，分离驾驶员右脚图像信息，自适应提取驾驶员脚部的可视皮肤区域，计算可视皮肤连通区域的数目、重点和面积等特征参数，基于这些特征参数信息给出一种驾驶员穿拖鞋驾驶车辆的自动检测方法，并当检测判定驾驶员存在穿拖鞋驾驶车辆的行为时给予必要的提醒或者干涉，减小驾驶员穿拖鞋驾驶车辆这类违法行为的发生率，降低交通事故风险，提高行车安全性。
[0041] 本发明原理和系统结构简单，检测方法具有较高的准确率、良好的自适应学习能力和抗干扰能力，且检测实时性高，能够满足穿拖鞋驾驶车辆这种不安全行为的实时检测和预警要求。
附图说明
[0042] 图1是本发明所述检测系统的组成示意图；
[0043] 图2是本发明所述检测系统在驾驶员落座时采集的踏板附近图像；
[0044] 图3是从图2所示图像提取的驾驶员右脚前景图像；
[0045] 图4是从图3所示图像提取的驾驶员右脚可视皮肤图像；
[0046] 图5是根据图4所示图像提取的驾驶员右脚可视皮肤外轮廓线；
[0047] 图6是可视皮肤面积比例较大(k≥α)，判断存在穿拖鞋情况的实例图像；
[0048] 图7是可视皮肤面积比例较小(k<α)，判断不存在穿拖鞋情况的实例图像；
[0049] 图8是最左下方可视皮肤连通区域面积比例较大(p≥β)，判断存在穿拖鞋情况的实例图像；
[0050] 图9是最左下方可视皮肤连通区域面积比例较大(p≥β)，判断存在穿凉鞋但未拉起脚后跟系带情况的实例图像；
[0051] 图10是最左下方可视皮肤连通区域面积比例较小(p<β)，判断存在穿凉鞋且已正确拉起脚后跟系带情况的实例图像。
具体实施方式
[0052] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
[0053] 本发明所揭示的是一种穿拖鞋驾驶车辆的检测方法，通过车载图像采集模块拍摄驾驶室踏板位置附近的图像，分离驾驶员左脚或右脚的脚部图像信息，提取驾驶员脚部的可视皮肤区域，计算脚部图像或者脚部可视皮肤区域的各种特征参数，基于这些特征参数信息判断驾驶员是否穿拖鞋驾驶车辆。并进一步的，当检测判定驾驶员存在穿拖鞋驾驶车辆的行为时，给予必要的提醒或者干涉。
[0054] 根据实际情况，可以采用不同的特征参数，并且基于这些特征参数的单一或者组合可以采用不同的判断方法进行判定驾驶员是否存在穿拖鞋情况。
[0055] 本发明具体的，所述的特征参数可以采用可视皮肤连通区域的数目、各区域重心和面积等，面积包括脚部前景图像面积以及各可视皮肤连通区域面积等。
[0056] 具体的判断方法为：
[0057] 设：可视皮肤连通区域的总数为N；脚部前景图像面积为S(0)；各可视皮肤连通区域的面积大小为S(i)，其中i＝1,…N；各可视皮肤连通区域的重心O(i)，其中i＝1,…N；
[0058] (1)当N＝0时，判断驾驶员不存在穿拖鞋的情况；
[0059] (2)当N＝1时，进一步判断：计算该可视皮肤区域面积S(1)与脚部前景图像面积S(0)的比值k＝S(1)/S(0)，根据k与预先设置的面积比阈值参数α进行比较：如果k≥α，说明可视皮肤区域的面积占比过大，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况；如果k<α，说明可视皮肤区域的面积占比相对较少，属于穿鞋子时裸露脚脖子的常见情况，判断当前不存在穿拖鞋驾驶的情况；
[0060] (3)当N大于1时，进一步判断：根据各可视皮肤连通区域的重心O(i)查找位于右脚前景图像最左下方的可视皮肤连通区域t，并计算该可视皮肤连通区域的面积S(t)与所有可视皮肤连通区域的面积总和的比值 根据p与预先设置的面积比阈值参数β进行比较：如果p≥β，说明最左下方的可视皮肤区域的面积占比过大，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况；如果p<β，说明最左下方的可视皮肤区域的面积占比相对较小，属于穿凉鞋且已正确拉起了脚后跟系带时的常见情况，判断当前不存在穿拖鞋驾驶车辆的情况。
[0061] 当然，也可以采用其他特征参数及判断方法。
[0062] 本发明还揭示了一种穿拖鞋驾驶车辆的检测系统，该检测系统的主要组成如图1所示，其包括：
[0063] 系统开关，用于开启或关闭系统，优选地为常闭式开关，即车辆电源启动后系统默认工作。
[0064] 电源模块，用于为系统及各模块供电，优选地为车载蓄电池。
[0065] 图像采集模块，用于拍摄驾驶员右脚的图像，其包括摄像头、光源和安装固定装置，摄像头和光源通过安装固定装置固定安装于车辆驾驶室中控内饰板的下侧，要求能够清晰的拍摄到驾驶员右脚。该图像采集模块可以安装在位于驾驶员右脚的左侧、正上方及右侧等方位，分别对应驾驶员右脚的左侧俯拍、正俯拍和右侧俯拍，优选地选择右拍的方案，即摄像头优选的安装于驾驶员右脚右侧位置。
[0066] 图像预处理器，接收来自图像采集模块的视频图像，并对图像进行降噪和直方图均衡化处理。
[0067] 右脚图像分离器，接收图像预处理器处理后的图像，并进行背景和前景分离操作，提取出驾驶员的右脚前景图像。
[0068] 可视皮肤检测器，接收来自于右脚图像分离器的驾驶员右脚图像，删除非可视皮肤图像信息，保留可视皮肤图像。
[0069] 参数解析器，对可视皮肤图像进行处理计算，提取所有可视皮肤的外轮廓线，据此计算可视皮肤连通区域的数目、重心和面积等特征参数信息。
[0070] 驾驶员穿拖鞋检测器，利用参数解析器获得的各类特征参数来判断驾驶员是否存在穿拖鞋驾驶车辆的情况。
[0071] 提醒器，当驾驶员穿拖鞋检测器判断驾驶员存在穿拖鞋驾驶车辆的情况时，提醒器自动提醒驾驶员不要穿拖鞋驾驶车辆。
[0072] 所述的检测系统还可以进一步包括：
[0073] 参数设置模块，用于设置系统的工作参数。
[0074] 通讯模块，用于实现本系统与其它车载电子系统的信息交互和应用。例如当驾驶员穿拖鞋检测器判断驾驶员存在穿拖鞋驾驶车辆的情况时，通过通讯模块与汽车的启动系统相联系，以控制车辆的启动与否。
[0075] 所述检测系统的检测方法为：
[0076] 第一步，当车辆解锁时，图像采集模块即开启工作，实时连续采集车辆油门踏板和制动踏板附近区域的图像，提取无驾驶员状态下的踏板背景图像。
[0077] 第二步，当驾驶员上车落座时，采集当前图像，将当前采集的图像(如图2所示)与第一步采集的背景图像进行差分，以提取出前景图像，即驾驶员的右脚图像信息，如图3所示。计算右脚前景图像的面积S(0)。
[0078] 第三步，提取右脚前景图像的可视皮肤区域，如图4所示。
[0079] 第四步，提取右脚可视皮肤区域的外轮廓线，如图5所示。
[0080] 第五步，根据所有分离的可视皮肤外轮廓线计算可视皮肤连通区域的总数N和各区域的重心O(i)以及各区域的面积大小S(i)，其中i＝1,…N。
[0081] 第六步，根据以下规则判断：
[0082] (1)当N等于0时，判断驾驶员不存在穿拖鞋的情况。
[0083] (2)当N等于1时，计算可视皮肤区域面积S(1)与右脚前景图像总面积S(0)的比值k＝S(1)/S(0)。根据k与预先设置的面积比阈值参数α进行比较：如果k≥α，说明可视皮肤区域的面积占比过大，判断当前驾驶员存在穿拖鞋的情况，示例如图6所示；如果k<α，说明可视皮肤区域的面积占比相对较少，属于穿鞋子时裸露脚脖子的常见情况，判断当前不存在穿拖鞋驾驶的情况，示例如图7所示。
[0084] (3)当N大于1时，根据各可视皮肤连通区域的重心O(i)进行检索，查找位于右脚前景图像最左下方的可视皮肤连通区域t(图8至图10中阴影区域)，并进一步计算该可视皮肤连通区域的面积S(t)与所有可视皮肤连通区域的面积总和的比值 根据p与预先设置的面积比阈值参数β进行比较：如果p≥β，说明最左下方的可视皮肤区域的面积占比过大，判断当前驾驶员存在穿拖鞋或者穿凉鞋但未拉起脚后跟系带时的情况，分别如图8和10所示；如果p<β，说明最左下方的可视皮肤区域的面积占比相对较小，属于穿凉鞋且已正确拉起了脚后跟系带时的常见情况，判断当前不存在穿拖鞋驾驶车辆的情况，如图10所示。
[0085] 所述的面积比阈值参数α和β可根据情况调整，即通过参数设置模块进行设置。根据现有经验，优选地，预先设置α＝0.33，β＝0.5。
[0086] 第七步，当判断驾驶员存在穿拖鞋或者穿凉鞋但未拉起脚后跟系带驾驶车辆的情况时，将该判断结果发送给提醒器，发出语音等提醒，与此同时也可进一步通过通讯模块向车辆控制器或交通管理部门发出检测结论信号供参考应用。至此，检测流程结束。
[0087] 上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。
