DriveGuard

基于 C++ / OpenCV 的驾驶员监控系统 (Driver Monitoring System, DMS),实现实时人脸身份识别与疲劳状态监测。

特性

• 人脸识别:基于 SFace (ArcFace) 128 维特征与余弦相似度比对;特征库为向量集合,新增用户无需重训练
• 疲劳监测:基于 2d106det 关键点计算眼睛纵横比 (EAR),时间制状态机判定疲劳与睡眠,与帧率无关
• 多角色权限:驾驶员(启动疲劳监控)、乘客(仅识别)、陌生人(告警)
• 现场录入:运行时按 R 交互式注册新用户,特征实时入库,无需训练等待

技术栈

• C++17,CMake 3.10+
• OpenCV 4.5.4+(Core / Objdetect / DNN,无需 Contrib)

模型

模型	用途	来源
face_recognition_sface_2021dec.onnx	人脸特征提取 (128 维)	OpenCV Zoo
2d106det.onnx	106 点关键点,EAR 闭眼检测	InsightFace
haarcascade_frontalface_default.xml	人脸检测	OpenCV 预训练模型

模型文件位于 models/ 目录,运行前请确保存在。face_rec.yml 与 label_to_name.txt 为运行时生成的数据文件,无需手动维护。

构建

依赖

• 支持 C++17 的编译器 (GCC / Clang)
• CMake 3.10+
• OpenCV 4.5.4+(含 objdetect 与 dnn 模块;Ubuntu 可通过 libopencv-dev 安装,注意发行版自带版本可能较旧,建议源码编译)

编译

cmake -S . -B build
cmake --build build -j$(nproc)

构建产物输出至 bin/DriveGuard。

运行

./bin/DriveGuard                              # 默认摄像头 (设备 0)
./bin/DriveGuard 1                            # 指定设备号
./bin/DriveGuard video.mp4                    # 视频文件
./bin/DriveGuard http://<host>:<port>/video   # MJPEG 流

首次运行(无特征库)时,系统进入检测模式并提示注册用户。

使用

键盘控制

按键	功能
R	进入用户录入模式
Q / ESC	退出程序

注册新用户

1. 按 R,在控制台输入姓名(英文)并选择角色:1 驾驶员、2 乘客
2. 注视摄像头,等待 5 秒倒计时
3. 系统逐帧提取 30 个特征实时写入特征库(无需训练)
4. 录入完成自动切换回识别模式,可立即验证识别效果

配置

参数	默认值	位置
人脸识别相似度阈值	0.363	FaceRecognizer::setThreshold,低于视为陌生人
EAR 闭眼阈值	0.25	main.cpp,低于视为闭眼
疲劳判定时长	1.5 s	DMSController.h 中 FATIGUE_SECONDS_
睡眠判定时长	3.0 s	DMSController.h 中 SLEEPING_SECONDS_
录入样本数	30	main.cpp 中 RECORD_MAX_IMAGES

项目结构

DriveGuard/
├── CMakeLists.txt                    # 构建配置
├── include/                          # 公共头文件
│   ├── DMSController.h               # 疲劳状态控制器
│   ├── FaceDetector.h                # 人脸检测
│   ├── FaceLandmarkDetector.h        # 关键点 EAR 闭眼检测
│   └── FaceRecognizer.h              # SFace 人脸识别与特征库
├── src/                              # 实现源码
│   ├── DMSController.cpp
│   ├── FaceDetector.cpp
│   ├── FaceLandmarkDetector.cpp
│   ├── FaceRecognizer.cpp
│   └── main.cpp                      # 主程序与交互逻辑
├── models/                           # 模型与运行数据
│   ├── haarcascade_frontalface_default.xml
│   ├── face_recognition_sface_2021dec.onnx
│   ├── 2d106det.onnx
│   ├── face_rec.yml                  # 特征库(运行时生成)
│   └── label_to_name.txt             # 用户映射(运行时生成)
├── build/                            # 构建产物(已忽略)
└── bin/                              # 可执行文件(已忽略)