基于深度学习网络的疲劳驾驶检测算法matlab仿真

1.算法运行效果图预览

2.算法运行软件版本

matlab2022a

3.算法理论概述

3.1疲劳检测理论概述

       疲劳检测的原理是根据人体疲劳状态下的特征检测，和正常状态下的特征检测做对比。在做疲劳检测之前，首先需要分析人体在疲劳状态下与正常状态下的特征有哪些不同的的表现，这些不同的表现可以通过哪些数值具体的量化出来，然后通过这些量化后的不同数值来判断属于哪种行为；最后根据获取的各种行为综合判断属于疲劳状态或者正常状态。

         基于深度学习网络的疲劳驾驶检测算法是一种利用深度学习技术对驾驶员的疲劳状态进行自动检测的方法。基于深度学习网络的疲劳驾驶检测算法主要利用了深度学习模型强大的特征提取和分类能力。具体来说，该算法通过训练一个深度学习模型，使其能够学习到疲劳驾驶状态下驾驶员面部的特征变化，从而对驾驶员的疲劳状态进行自动检测。

该算法的训练过程主要包括以下步骤：

数据收集：首先需要收集大量的驾驶员面部图像数据，包括疲劳驾驶状态下的图像和非疲劳驾驶状态下的图像。

数据预处理：对收集到的图像数据进行预处理，包括图像裁剪、归一化、去噪等操作，以便于模型的训练。

模型训练：使用预处理后的图像数据训练一个深度学习模型，使其能够学习到疲劳驾驶状态下驾驶员面部的特征变化。

模型评估：使用测试集对训练好的模型进行评估，评估指标包括准确率、召回率等。

       基于深度学习网络的疲劳驾驶检测算法的数学公式主要涉及到深度学习模型的训练和推理过程。具体来说，该算法的训练过程可以通过以下公式表示：

       Loss=f(X,Y;θ)Loss = f(X, Y; \theta)Loss=f(X,Y;θ)

       其中，Loss表示损失函数，X表示输入的图像数据，Y表示对应的标签数据，θ表示模型的参数。f表示模型的前向传播函数，用于计算模型的输出。

在模型的推理过程中，给定一张输入图像，可以通过以下公式计算模型的输出：

Y^=f(X^;θ)\hat{Y} = f(\hat{X}; \theta)Y^=f(X^;θ)

其中，Y^表示模型的输出，X^表示输入的图像数据，θ表示已经训练好的模型参数。

       总之，基于深度学习网络的疲劳驾驶检测算法通过训练一个深度学习模型，使其能够学习到疲劳驾驶状态下驾驶员面部的特征变化，从而对驾驶员的疲劳状态进行自动检测。这种方法具有准确率高、鲁棒性强等优点，为疲劳驾驶检测提供了新的思路和方法。

3.2 本课题说明

       在本课程中，我们选择Fast R-CNN对常见中人脸进行检测，在完成人脸检测之后，将检测到的人脸局部图像，通过googlenet进行高精度分类，区分出当前人脸表情是正常驾驶还是疲劳驾驶。

     基于Fast R-CNN进行人脸检测是通过使用Fast R-CNN模型对输入图像进行人脸目标检测，得到人脸的位置和大小信息。Fast R-CNN是一种目标检测模型，通过卷积神经网络提取图像特征，并使用区域提议网络（Region Proposal Network，RPN）生成候选目标区域，最后对候选区域进行分类和回归，得到目标的位置和大小信息。

        通过GoogleNet进行疲劳驾驶检测是通过使用GoogleNet模型对输入图像进行特征提取，然后利用这些特征判断驾驶员是否处于疲劳状态。GoogleNet是一种深度卷积神经网络模型，通过增加网络的深度和宽度，提高了模型的特征提取能力。利用GoogleNet提取的图像特征可以表示驾驶员面部的细节和表情变化，从而判断驾驶员是否处于疲劳状态。

4.部分核心程序

In_layer_Size  = [227 227 3];
img_size       = [224,224];
imgPath = 'Input/';        % 图像库路径
imgDir  = dir([imgPath '*.jpg']); % 遍历所有jpg格式文件
cnt     = 0;
for i = 1:length(imgDir)          % 遍历结构体就可以一一处理图片了
    i
    if mod(i,8)==1
       figure
    end
    cnt     = cnt+1;
    subplot(2,4,cnt); 
    img = imread([imgPath imgDir(i).name]); %读取每张图片
    I               = imresize(img,In_layer_Size(1:2));
    [bboxes,scores] = detect(detector,I);
    [Vs,Is] = max(scores);
    I2      = I(bboxes(Is,2):bboxes(Is,2)+bboxes(Is,4),bboxes(Is,1):bboxes(Is,1)+bboxes(Is,3),:);
    picture_resized = imresize(I2,img_size);
 
    [label, Probability] = classify(net, picture_resized);
    label
    if isempty(bboxes)==0
    I1              = insertObjectAnnotation(I,'rectangle',bboxes(Is,:),Vs);
    else
    I1              = I;
    Vs              = 0;
    end
    imshow(I1)
    if label=='YES'
       title('正常驾驶');
    else
       title('疲劳驾驶','color','r');
    end
 
    if cnt==8
       cnt=0;
    end
end