基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统及方法，该系统包括车载智能训练子系统、数据处理子系统、运行管控子系统以及系统级数据通信子系统。对驾驶人训练过程中的数据进行采集并处理，实现对驾驶人驾驶行为的监控、分析、评价、反馈与指导。其中包括了对驾驶人的头部位姿进行感知的过程：基于摄像头位置建立摄像头坐标系，基于目标物体旋转中心建立目标坐标系；根据预先设置在目标物体上的识别标签和目标物体尺寸参数获得识别标签在摄像头坐标系和目标坐标系中的坐标位置；通过识别标签在摄像头坐标系和目标坐标系中的坐标位置获得目标物体在旋转过程中的位置变化参数；根据识别标签在旋转过程中的位置变化参数获得目标物体的旋转角度。

Intelligent driving training system and method based on head position perception

The invention relates to an intelligent head pose sensing driving training system and method based on the system, including intelligent vehicle training subsystem, data processing subsystem, operation control subsystem and system level data communication subsystem. To collect and process the data in the driver's training process, to realize the monitoring, analysis, evaluation, feedback and guidance of driver's driving behavior. Including the process of the driver's head pose of perception: camera coordinate system based on the position of the camera, a target rotation center target coordinate system based on the knowledge obtained; coordinate position don't label in the camera coordinate system and target coordinate system according to the identification label and object size parameters set in advance on the object through the identification tag; coordinate position in the camera coordinate system and the target coordinates of the target position change in the rotation process parameters; the rotation angle of the object obtained according to the position change of parameter identification tag during rotation.

【技术实现步骤摘要】
基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统及方法
本专利技术涉及机动车驾驶训练领域，特别涉及基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统及方法。
技术介绍
机动车驾驶人培训是道路交通安全的第一道屏障。随着国民经济的飞速发展，我国正在快速迈向汽车社会，公众对驾驶技能训练与认证考试的需求呈现出井喷式发展。相对于社会公众对驾培驾考的巨量需求，我国在驾培驾考的技术手段、培训能力等诸多方面存在着明显的“瓶颈”与“短板”。当前，驾驶人培训方面仍主要采用“口传身教”的传统培训模式，由教练员采用人工方式对学员展开教学培训。面对新时期驾培驾考需求与社会信息化趋势，此种方式暴露出越来越多的问题：(1)培训效果与效率不高：由于缺乏必要的信息化技术手段，一些高度依赖学员自身体验的操作环节(如车辆半联动的状态感觉、倒车入库时的空间感等)往往很难由教练通过语言描述导入给学员，加之部分教练表达能力的不足以及学员理解能力的差异，易导致培训效率难以提高，培训效果不佳的现象；(2)对教练员能力与素质的依赖性过高：单纯依赖人工教学的培训方式必然导致对人的高度依赖，培训效果与质量严重依赖教练员的个人业务能力与职业操守，易导致培训质量的起伏与差异；(3)培训知识和经验难以有效积累和复制：具有丰富知识和经验的优秀教练员是驾培行业的稀缺资源，其知识和经验是驾培机构的宝贵财富，而人工培训的方式在相当程度上阻碍了驾培知识和经验积累、挖掘与复制推广；(4)标准化培训课程难以推行：一些优质驾校在长期实践中通过教学研究形成了完善的标准化课程体系，但人工教学方式往往造成标准课程体系在执行终端环节的失真、缩水。因此，亟待将数字化、信息化等先进技术手段引入传统驾培驾考领域，研制基于信息化技术的先进驾驶人培训系统，为机动车驾驶人培训提供先进教学手段与平台。针对上述需求，市场上曾出现过一些用于驾驶人培训的驾驶训练模拟器。该类系统可在固定的仿真设备上，通过屏幕上的画面运动营造驾驶模拟环境。由于此类系统不是基于实际车辆平台开发，所营造的驾驶体验以及学员的心理感受均与驾驶实际车辆存在较大差距，难以收到良好的训练效果。在现实的驾驶过程中，驾驶员根据当前行驶状况以及路况，应该相应的做出或避免做出不同的动作，例如，在倒车或转弯时需要通过后视镜观察后方情况，并且根据实际情况不同所观察的后视镜也不同，换挡过程中应该避免做出低头看档位的动作，而类似于这种习惯性的动作需要在学车过程中就要掌握，而这种情况在现实中只能够通过教练的提醒学员才能进行更正，时效性低，无法使学员自主的形成习惯。
技术实现思路
本专利技术提供基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统及方法，目的在于解决现有技术中训练效果差、智能化程度低以及难以养成良好的驾驶习惯的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统，包括车载智能训练子系统、数据处理子系统、运行管控子系统以及系统级数据通信子系统；所述车载智能训练子系统安装于实际机动车之上，用于对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据；所述数据处理子系统对基础信息进行管理，用于接收、存储与处理所述车载智能训练子系统采集上报的训练过程数据；所述运行管控子系统对车辆被操作和运行状态进行实时监控，并根据实际情况对被监控车辆进行系统自动操控或人工远程操控；所述车载智能训练子系统通过系统级数据通信子系统与数据处理子系统以及运行管控子系统连接并实现双向信息互通；所述车载智能训练子系统包括驾驶人头部位姿感知模块，所述驾驶人头部位姿感知模块用于通过摄像头获取驾驶人头部图像，通过对驾驶人头部识别标签的图像处理解算出驾驶人的头部位姿。本专利技术的有益效果是：本专利技术紧密融合了数字化、信息化、人工智能、多媒体、虚拟现实等先进技术手段，直接安装、部署在真实的机动车上，通过智能化、多媒体、虚拟现实等先进技术手段展开基于实际机动车的教学训练活动，可以为驾驶技术受训学员提供直接、生动、直观、真实、智能、安全的驾驶技能训练课程，全部或部分替代人工教练员，提高训练质量与效率，降低训练成本；同时，本系统可对学员训练过程的操作与学习数据进行采集，并上报中央数据处理系统进行存储与分析；可对训练过程及车辆进行实时监视与管控。从而，在为机动车驾驶人训练提供数字化、多媒体、智能化先进手段的同时，为政府监管部门提供机动车驾驶人培训监管所需的数据支持。本专利技术通过摄像头获取驾驶人头部图像，通过对驾驶人头部识别标签的图像处理解算出驾驶人的头部位姿，能够监测驾驶员有没有适时观察后视镜，在挂挡时有没有低头看档。帮助驾驶员从培训阶段养成良好的驾驶习惯，减少事故发生率；帮助驾驶员培训机构为其学员提供更好的培训，为考试机构提供更精准的评分依据。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述驾驶人头部位姿感知模块包括：坐标系建立子模块，用于基于摄像头位置建立摄像头坐标系，基于目标物体旋转中心建立目标坐标系；坐标位置获取子模块，用于根据预先设置在目标物体上的识别标签和目标物体的尺寸参数分别获得该识别标签在摄像头坐标系和目标坐标系中的坐标位置；位置变化获取子模块，用于通过所述识别标签在摄像头坐标系和目标坐标系中的坐标位置获得目标物体在旋转过程中的位置变化参数；旋转角度获取子模块，用于根据所述识别标签在旋转过程中的位置变化参数获得目标物体的角度变化参数，进而根据所述目标物体的角度变化参数获得目标物体的旋转角度。采用上述进一步方案的有益效果是：上述方案能够实现对目标物体位姿进行动态捕捉和识别，能够精确分析出驾驶员头部的移动状态，进而获知此时驾驶员头部在进行何种动作。进一步，所述驾驶人头部位姿感知模块还包括动作识别子模块，用于根据目标物体在旋转过程中的位置变化参数以及目标物体的旋转角度识别目标物体的动作状态。采用上述进一步方案的有益效果是：能够根据目标物体在旋转过程中的位置变化参数以及目标物体的旋转角度识别目标物体的动作状态，进而识别出目视前方、左侧头观察后视镜、右侧头观察后视镜、回头观察车辆后方、低头看档位、仰头以及将头伸出车窗外的动作位姿，以便对驾驶员动作状态的准确性进行评分及指正。为了解决上述技术问题，本专利技术还提出了基于头部位姿感知的智能驾驶训练方法，所述方法包括：对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据；处理所述采集上报的驾驶人训练过程数据；对车辆操作和运行状态进行实时监控，实现对驾驶人驾驶行为的监控、分析、评价、反馈与指导，并根据处理后驾驶人训练过程数据对被监控车辆进行自动操控或人工远程操控。本专利技术的有益效果是：本专利技术紧密融合了数字化、信息化、人工智能、多媒体、虚拟现实等先进技术手段，直接安装、部署在真实的机动车上，通过智能化、多媒体、虚拟现实等先进技术手段展开基于实际机动车的教学训练活动，可以为驾驶技术受训学员提供直接、生动、直观、真实、智能、安全的驾驶技能训练课程，全部或部分替代人工教练员，提高训练质量与效率，降低训练成本；同时，本方法可对学员训练过程的操作与学习数据进行采集，并上报中央数据处理系统进行存储与分析；可对训练过程及车辆进行实时监视与管控。从而，在为机动车驾驶人训练提供数字化、多媒体、智能化先进手段的同时，为政府监管部门提供机动车驾驶人培训监管所需的数据支持。进一步，所述对驾本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统，其特征在于，包括车载智能训练子系统、数据处理子系统、运行管控子系统以及系统级数据通信子系统；所述车载智能训练子系统安装于实际机动车之上，用于对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据；所述数据处理子系统对基础信息进行管理，用于接收、存储与处理所述车载智能训练子系统采集上报的训练过程数据；所述运行管控子系统对车辆被操作和运行状态进行实时监控，并根据实际情况对被监控车辆进行系统自动操控或人工远程操控；所述车载智能训练子系统通过系统级数据通信子系统与数据处理子系统以及运行管控子系统连接并实现双向信息互通；所述车载智能训练子系统包括驾驶人头部位姿感知模块，所述驾驶人头部位姿感知模块用于通过摄像头获取驾驶人头部图像，通过对驾驶人头部识别标签的图像处理解算出驾驶人的头部位姿。

【技术特征摘要】
2016.02.03 CN 20161007341461.基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统，其特征在于，包括车载智能训练子系统、数据处理子系统、运行管控子系统以及系统级数据通信子系统；所述车载智能训练子系统安装于实际机动车之上，用于对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据；所述数据处理子系统对基础信息进行管理，用于接收、存储与处理所述车载智能训练子系统采集上报的训练过程数据；所述运行管控子系统对车辆被操作和运行状态进行实时监控，并根据实际情况对被监控车辆进行系统自动操控或人工远程操控；所述车载智能训练子系统通过系统级数据通信子系统与数据处理子系统以及运行管控子系统连接并实现双向信息互通；所述车载智能训练子系统包括驾驶人头部位姿感知模块，所述驾驶人头部位姿感知模块用于通过摄像头获取驾驶人头部图像，通过对驾驶人头部识别标签的图像处理解算出驾驶人的头部位姿。2.根据权利要求1所述的基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统，其特征在于，所述驾驶人头部位姿感知模块包括：坐标系建立子模块，用于基于摄像头位置建立摄像头坐标系，基于目标物体旋转中心建立目标坐标系；坐标位置获取子模块，用于根据预先设置在目标物体上的识别标签和目标物体的尺寸参数分别获得该识别标签在摄像头坐标系和目标坐标系中的坐标位置；位置变化获取子模块，用于通过所述识别标签在摄像头坐标系和目标坐标系中的坐标位置获得目标物体在旋转过程中的位置变化参数；旋转角度获取子模块，用于根据所述识别标签在旋转过程中的位置变化参数获得目标物体的角度变化参数，进而根据所述目标物体的角度变化参数获得目标物体的旋转角度。3.根据权利要求2所述的基于头部位姿感知的智能驾驶训练系统，其特征在于，所述驾驶人头部位姿感知模块还包括动作识别子模块，用于根据目标物体在旋转过程中的位置变化参数以及目标物体的旋转角度识别目标物体的动作状态。4.基于头部位姿感知的智能驾驶训练方法，其特征在于，所述方法包括：对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据；处理所述采集上报的驾驶人训练过程数据；对车辆操作和运行状态进行实时监控，实现对驾驶人驾驶行为的监控、分析、评价、反馈与指导，并根据处理后驾驶人训练过程数据对被监控车辆进行自动操控或人工远程操控。5.根据权利要求4所述的基于头部位姿感知的智能驾驶训练方法，其特征在于，所述对驾驶人进行交互式驾驶训练包括对驾驶人头部位姿感知的步骤，所述对驾驶人头部位姿感知的步骤包括：基于摄像头位置建立摄像头坐标系，基于目标物体旋转中心建立目标坐标系；根据预先设置在目标物体上的识别标签和目标物体的尺寸参数分别获得该识别标签在摄像头坐标系和目标坐标系中的坐标位置；通过所述识别标签在摄像头坐标系和目标坐标系中的坐标位置获得目标物体在旋转过程中的位置变化参数；根据所述识别标签在旋转过程中的位置变化参数获得目标物体的角度变化参数，进而根据所述目标物体的角度变化参数获得目标物体的旋转角度。6.根据权利要求5所述的基于头部位姿感知的智能驾驶训练方法，其特征在于，所述获...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏，段桂江，
申请(专利权)人：北京易驾佳信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11