基于粒子滤波的驾驶员视线自动校准算法

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1、第３８卷第１２期计算机学报Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１２２０１５年１２月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＤｅｃ．２０１５基于粒子滤波的驾驶员视线自动校准算法付先平１）１），２）１）３）４）４）王亚飞袁国良管潇ＰＥＬＩＥｌｉ罗罡１）（大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连１１６０２６）２）（大连理工大学物理与光电工程学院辽宁大连１１６０２４）３）（杜兰大学数学系新奥尔良美国７０１１８）４）（哈佛大学医学院波士顿美国０２１１４）摘要虽然驾驶员的注视点定位对研究驾驶行为和提高驾驶安全有重要作用，但是光线不均匀和驾驶员头部的大角度转动

2、造成了传统视线跟踪算法必需进行的校准过程在真实驾驶环境下无法实现．文中根据车辆环境和驾驶员注视行为特点，构建驾驶员注视视线区域和头部姿态的映射关系，以实现视线自动校准．文中利用稳健的面部特征定位及三维几何结构估计头部姿态，利用粒子滤波对头部姿态进行学习和跟踪．文中使用辅助采样的方法解决粒子滤波在给定的状态空间上的粒子贫化和权值分配问题．文中的自动校准算法误差较小，可以满足驾驶安全和驾驶行为研究的需要．关键词视线跟踪；头部姿态；校准；粒子滤波；驾驶行为中图法分类号ＴＰ３１９犇犗犐号１０．１１８９７／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１５．０２３９

3、０犃狌狋狅犿犪狋犻犮犆犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀犃犾犵狅狉犻狋犺犿狅犳犇狉犻狏犲狉犌犪狕犲犅犪狊犲犱狅狀犘犪狉狋犻犮犾犲犉犻犾狋犲狉１）１），２）１）３）４）４）ＦＵＸｉａｎＰｉｎｇＷＡＮＧＹａＦｅｉＹＵＡＮＧｕｏＬｉａｎｇＧＵＡＮＸｉａｏＰＥＬＩＥｌｉＬＵＯＧａｎｇ１）（犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犆狅犾犾犲犵犲，犇犪犾犻犪狀犕犪狉犻狋犻犿犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犇犪犾犻犪狀，犔犻犪狅狀犻狀犵１１６０２６）２）（犛犮犺狅狅犾狅犳犘犺狔狊犻犮狊犪狀犱犗狆狋狅犲犾犲犮狋狉狅狀犻犮犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，

4、犇犪犾犻犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犇犪犾犻犪狀，犔犻犪狅狀犻狀犵１１６０２４）３）（犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犕犪狋犺犲犿犪狋犻犮狊，犜狌犾犪狀犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犖犲狑犗狉犾犲犪狀狊７０１１８，犝犛犃）４）（犕犲犱犻犮犪犾犛犮犺狅狅犾，犎犪狉狏犪狉犱犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犅狅狊狋狅狀０２１１４，犝犛犃）犃犫狊狋狉犪犮狋Ｄｒｉｖｅｒ’ｓｅｙｅｇａｚｅｔｒａｃｋｉｎｇｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｄｒｉｖｅｒｂｅｈａｖｉｏｒｓｔｕｄｙａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｓａｆｅｔｙ．Ｂｕｔｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｌｉｇｈｔ

5、ａｎｄｂｉｇｒｏｔａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｈｅａｄｍｏｖｅｍｅｎｔｃａｎｎｏｔｍａｋｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｙｅｇａｚｅｔｒａｃｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｂｅｕｓｅｄｉｎｒｅａｌｄｒｉｖｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｖｅｈｉｃｌｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｄｒｉｖｅｒ’ｓｅｙｅｇａｚｅｂｅｈａｖｉｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｓｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｕｔｏｍａｔｉｃｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｙｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅｍａｐｐｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｈｅａｄｐｏｓｅａｎｄｇａｚｅｚｏｎｅ

6、．Ｔｈｅｈｅａｄｐｏｓｅｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｂｙｒｏｂｕｓｔｆａｃｉａｌｌａｎｄｍａｒｋｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｇｅｏｍｅｔｒｙｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．Ａｎｄｔｈｅｈｅａｄｍｏｖｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｇｉｖｅｎｓｔａｔｅｓｐａｃｅｉｓｔｒａｃｋｅｄａｎｄｌｅａｒｎｅｄｂｙｐａｒｔｉｃｌｅｆｉｌｔｅｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｉｍｐｏｖｅｒｉｓｈａｎｄｗｅｉｇｈｔａｓｓｉｇｎａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｆｉｌｔｅｒ，ａｕｘｉｌｉａｒｙｓａｍｐｌｉｎｇｍｅｔ

7、ｈｏｄｉｓｕｓｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｅｒｒｏｒｒａｔｅｉｓｌｏｗｅｎｏｕｇｈｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｏｆｄｒｉｖｅｒｓａｆｅｔｙａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｓｔｕｄｙ．犓犲狔狑狅狉犱狊ｅｙｅｇａｚｅｔｒａｃｋｉｎｇ；ｈｅａｄｐｏｓｅ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ｐａｒｔｉｃｌｅｆｉｌｔｅｒ；ｄｒｉｖｅｒｂｅｈａｖｉｏｒ收稿日期：２０１４０４１９；在线出版日期：２０１４１１２８．本课题得到国家自然科学基金（６１２７２３６８，６１３７０１４２）、辽宁省高等学校优秀人才支持计划（ＬＲ２

8、０１３０２１）、交通运输部应用基础研究项目（２０１５３２９２２５３００）资助．付先平，男，１９７１年生，博士，教授，中国计算机学会（ＣＣＦ）高级会员，主要研究领域为工程系统自然场景感知、多媒体技术、图像与视频处理．Ｅｍ