DE102010053120A1 - Method and device for monitoring a driver of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beobachtung eines Fahrers (2) eines Fahrzeuges mittels mindestens einer an einem Lenkrad (1.2) angeordneten Bilderfassungseinheit (3). Erfindungsgemäß wird mittels erfasster Bilddaten eine aus einer Lenkbewegung resultierende Lageänderung der Bilderfassungseinheit (3) relativ zu einer im Fahrzeuginnenraum (1) vorgegebenen statischen Referenzlinie oder relativ zu einer im Fahrzeuginnenraum (1) vorgegebenen Anzahl von statischen Referenzpunkten ermittelt, anhand derer ein Lenkradwinkel bestimmt wird.The invention relates to a method and a device for observing a driver (2) of a vehicle by means of at least one image acquisition unit (3) arranged on a steering wheel (1.2). According to the invention, a change in position of the image acquisition unit (3) resulting from a steering movement relative to a static reference line specified in the vehicle interior (1) or relative to a number of static reference points specified in the vehicle interior (1) is determined by means of which a steering wheel angle is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beobachtung eines Fahrers eines Fahrzeuges mittels mindestens einer an einem Lenkrad angeordneten Bilderfassungseinheit.The invention relates to a method and a device for observing a driver of a vehicle by means of at least one image acquisition unit arranged on a steering wheel.
Aus der
Darüber hinaus ist aus der
Ferner offenbart die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Beobachtung eines Fahrers eines Fahrzeuges und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved method for monitoring a driver of a vehicle and an apparatus for performing the method.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved with respect to the method by the in
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einem Verfahren zur Beobachtung eines Fahrers eines Fahrzeuges wird dieser mittels mindestens einer an einem Lenkrad angeordneten Bilderfassungseinheit beobachtet. Erfindungsgemäß wird mittels erfasster Bilddaten eine aus einer Lenkbewegung resultierende Lageänderung der Bilderfassungseinheit relativ zu einer im Fahrzeuginnenraum vorgegebenen statischen Referenzlinie oder relativ zu einer im Fahrzeuginnenraum vorgegebenen Anzahl von statischen Referenzpunkten ermittelt, anhand derer ein Lenkradwinkel bestimmt wird.In a method for observing a driver of a vehicle, this is observed by means of at least one image acquisition unit arranged on a steering wheel. According to the invention, by means of detected image data, a change in position of the image acquisition unit resulting from a steering movement is determined relative to a static reference line predetermined in the vehicle interior or relative to a predetermined number of static reference points in the vehicle interior, on the basis of which a steering wheel angle is determined.
Unter dem Lenkradwinkel wird ein Drehwinkel des Lenkrades verstanden. Mittels des Lenkradwinkels wird eine Stellung des Lenkrades beschrieben. Wird das Lenkrad durch Lenken bewegt, ändert sich die Stellung des Lenkrades und somit der Lenkradwinkel. Ein Winkel zwischen eine Radebene eines bewegbaren, insbesondere vorderen Fahrzeugrades und einer Geradeausstellung wird als Lenkwinkel bezeichnet. Wird eine Lenkbewegung am Lenkrad durchgeführt, bewegt sich das Fahrzeugrad. Eine Änderung des Lenkwinkels folgt einer Änderung des Lenkradwinkels.Under the steering wheel angle is understood a rotation angle of the steering wheel. By means of the steering wheel angle, a position of the steering wheel is described. If the steering wheel is moved by steering, the position of the steering wheel and thus the steering wheel angle changes. An angle between a wheel plane of a movable, in particular front vehicle wheel and a straight-ahead position is referred to as a steering angle. If a steering movement is performed on the steering wheel, the vehicle wheel moves. A change in the steering angle follows a change in the steering wheel angle.
Mittels der Referenzlinie oder der Anzahl von Referenzpunkten wird die Lageänderung der Bilderfassungseinheit in Bezug auf die Referenzlinie oder die Anzahl der Referenzpunkte ermittelt. Aus der Drehung des Lenkrades bei gewünschter Richtungsänderung des Fahrzeuges resultiert eine Lageänderung der Bilderfassungseinheit, so dass bei der Erfassung der Position des Fahrers ein Messfehler auftritt, da eine Ausrichtung der aufgenommenen Bilddaten nicht der tatsächlichen Ausrichtung, d. h. der Position des Fahrers relativ zum Lenkrad bei einem Lenkradwinkel von 0° entspricht. Durch die Lageänderung der Bilderfassungseinheit in Bezug auf die Referenzlinie oder der Anzahl der Referenzpunkte kann der Lenkradwinkel ermittelt werden und dadurch der Messfehler korrigiert werden. Dabei fungiert die Bilderfassungseinheit in besonders vorteilhafter Weise als präziser Lenkradwinkelsensor.By means of the reference line or the number of reference points, the change in position of the image acquisition unit with respect to the reference line or the number of reference points is determined. The rotation of the steering wheel with the desired change in direction of the vehicle results in a change in position of the image acquisition unit, so that a measurement error occurs when detecting the position of the driver, since an alignment of the recorded image data is not the actual orientation, d. H. the position of the driver relative to the steering wheel at a steering wheel angle of 0 ° corresponds. By changing the position of the image acquisition unit with respect to the reference line or the number of reference points, the steering wheel angle can be determined and thereby the measurement error can be corrected. In this case, the image capture unit functions in a particularly advantageous manner as a precise steering wheel angle sensor.
Dabei befindet sich die vorgegebene statische Referenzlinie oder die Anzahl der vorgegebenen statischen Referenzpunkte beispielsweise am Dachhimmel des Fahrzeuges oder an einer einem Fahrzeugsitz zugeordneten Kopfstütze.This is the default static reference line or the number of predetermined static reference points, for example, the headliner of the vehicle or on a vehicle seat associated headrest.
Dadurch, dass der Lenkradwinkel mittels der mindestens einen Bilderfassungseinheit und der statischen Referenzlinie oder der Anzahl von statischen Referenzpunkten ermittelt wird, können in Gewinn bringender Weise zusätzliche Sensoren zur Erfassung des Lenkradwinkels entfallen. Mittels des ermittelten Lenkradwinkels ist es möglich, sofern ein Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkrad und vorderen Fahrzeugrädern bekannt ist, einen Lenkwinkel des Fahrzeuges zu ermitteln. Der somit ermittelte Lenkwinkel kann einem Fahrerassistenzsystem, beispielsweise einem elektronischen Stabilitätsprogramm, zugeführt werden, wodurch in Gewinn bringender Weise eine Anordnung eines Lenkwinkelsensors zur Erfassung des Lenkwinkels nicht erforderlich ist.By determining the steering wheel angle by means of the at least one image acquisition unit and the static reference line or the number of static reference points, additional sensors for detecting the steering wheel angle can be omitted in a profitable manner. By means of the determined steering wheel angle, it is possible, if a transmission ratio between the steering wheel and the front vehicle wheels is known to determine a steering angle of the vehicle. The thus determined steering angle can be supplied to a driver assistance system, for example an electronic stability program, whereby an arrangement of a steering angle sensor for detecting the steering angle is not required in a profit-making manner.
Alternativ dazu kann der Lenkradwinkel selbst dem Fahrerassistenzsystem zugeführt werden.Alternatively, the steering wheel angle itself can be supplied to the driver assistance system.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zum einen möglich, den Fahrer mittels der kopfnah angeordneten Bilderfassungseinheit zu beobachten und beispielsweise anhand seiner mittels der Bilderfassungseinheit erfassten Lidbewegungen einen Müdigkeitszustand zu ermitteln und zum anderen den Lenkradwinkel des Fahrzeuges zu ermitteln. Dabei wird zumindest das Gesicht des Fahrers im Betrieb des Fahrzeuges fortlaufend erfasst.By means of the method according to the invention, it is possible, on the one hand, to observe the driver by means of the image acquisition unit arranged near the head and, for example, to determine a state of tiredness on the basis of his eyelid movements detected by the image acquisition unit and, on the other hand, to determine the steering wheel angle of the vehicle. In this case, at least the face of the driver during operation of the vehicle is detected continuously.
Darüber hinaus ist es mittels der erfassten Bilddaten der mindestens einen Bilderfassungseinheit möglich, eine Position des Fahrers in Bezug auf das Lenkrad, die Richtung des Kopfes sowie die Blickrichtung des Fahrers zu ermitteln. Mittels dieser Kenntnis können entsprechende Vorrichtungen zur Erhöhung der aktiven und passiven Sicherheit wenigstens des Fahrers des Fahrzeuges optimiert angesteuert und aktiviert werden.Moreover, by means of the acquired image data of the at least one image acquisition unit, it is possible to determine a position of the driver with respect to the steering wheel, the direction of the head and the direction of view of the driver. By means of this knowledge, corresponding devices for increasing the active and passive safety of at least the driver of the vehicle can be optimally activated and activated.
Bei der mindestens einen Bilderfassungseinheit handelt es sich besonders bevorzugt um eine Weitwinkel-Miniaturkamera, vorzugsweise um eine so genannte Wafer-Level-Kamera. Eine derartige Bilderfassungseinheit weist vergleichsweise geringe Abmessungen und einen geringen Anschaffungspreis auf, wodurch sich die Wafer-Level-Kamera als Bilderfassungseinheit besonders für eine Integration insbesondere in den Pralltopf des Lenkrades eignet. Somit ist mit geringem Material-, Herstellungs- und Kostenaufwand eine Vorrichtung zur fortlaufenden Erfassung des Fahrers im Fahrbetrieb des Fahrzeuges realisierbar. Durch die geringe Größe und das geringe Gewicht der Bilderfassungseinheit ist eine Beeinträchtigung der Auslösung eines Fahrerairbags, welcher im Pralltopf des Lenkrades angeordnet ist, weitgehend vernachlässigbar.The at least one image acquisition unit is particularly preferably a wide-angle miniature camera, preferably a so-called wafer-level camera. Such an image acquisition unit has comparatively small dimensions and a low purchase price, as a result of which the wafer level camera as image acquisition unit is particularly suitable for integration, in particular into the baffle of the steering wheel. Thus, a device for continuous detection of the driver while driving the vehicle can be realized with low material, manufacturing and cost. Due to the small size and low weight of the image acquisition unit is a deterioration of the triggering of a driver's airbag, which is arranged in the baffle of the steering wheel, largely negligible.
In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur Plausibilisierung des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Lenkradwinkels ein mittels eines herkömmlichen Lenkradwinkelsensors erfasster Lenkradwinkel herangezogen werden.In one possible embodiment of the method according to the invention, a steering wheel angle detected by means of a conventional steering wheel angle sensor can be used to check the plausibility of the steering wheel angle determined by means of the method according to the invention.
Sind an dem Lenkrad zwei Bilderfassungseinheiten in einer Stereoanordnung angeordnet, so können in vorteilhafter Weise Tiefeninformationen hinsichtlich der aufgenommenen Bilddaten bestimmt werden, wodurch ein Abstand zwischen Fahrer, insbesondere zwischen seinem Kopf und dem Lenkrad ermittelt wird. Dazu werden die Tiefeninformationen bevorzugt mittels eines Stereoanalyseverfahrens bestimmt.If two image acquisition units are arranged in a stereo arrangement on the steering wheel, it is advantageously possible to determine depth information with regard to the recorded image data, whereby a distance between the driver, in particular between his head and the steering wheel, is determined. For this purpose, the depth information is preferably determined by means of a stereo analysis method.
Besonders bevorzugt wird der ermittelte Abstand einer automatischen Ansteuerung des Fahrerairbags, einer automatischen Positionierung eines Fahrersitzes und/oder einer automatischen Positionierung von im und am Fahrzeug angeordneten Spiegeln zugrunde gelegt. Vorzugsweise können durch die Ermittlung des Abstandes zwischen Fahrer und Lenkrad in Bezug auf den Fahrer-Airbag Entfaltungsparameter festgelegt werden.Particularly preferably, the determined distance is based on an automatic actuation of the driver's airbag, an automatic positioning of a driver's seat and / or an automatic positioning of mirrors arranged in and on the vehicle. Preferably, deployment parameters may be determined by determining the distance between the driver and the steering wheel with respect to the driver's airbag.
Dadurch, dass die Bilderfassungseinheit an dem Lenkrad angeordnet ist, besteht die Gefahr, dass der Fahrer mittels seiner Hände die Bilderfassungseinheit verdeckt. Hierzu sieht das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise vor, dass bei Verdeckung wenigstens einer Bilderfassungseinheit ein Warnhinweis an den Fahrer ausgegeben wird. Dabei wird die Verdeckung mittels der erfassten Bilddaten bestimmt, so dass der Warnhinweis generiert und an den Fahrer ausgegeben wird. Dabei wird der Warnhinweis als optisches, akustisches und/oder haptisches Warnsignal ausgegeben, so dass der Fahrer auf die Verdeckung aufmerksam gemacht wird. Vorzugsweise kann der Warnhinweis zusätzlich auch wenigstens bei einer Störung der mindestens einen Bilderfassungseinheit ausgegeben werden.The fact that the image acquisition unit is arranged on the steering wheel, there is a risk that the driver covered by means of his hands, the image capture unit. For this purpose, the method according to the invention provides in a particularly advantageous manner that, when at least one image acquisition unit is covered, a warning is issued to the driver. In this case, the occlusion is determined by means of the acquired image data, so that the warning is generated and output to the driver. In this case, the warning is issued as an optical, audible and / or haptic warning signal, so that the driver is made aware of the occlusion. In addition, the warning may preferably also be output at least in the event of a malfunction of the at least one image acquisition unit.
Um die Verdeckung der Bilderfassungseinheit durch den Fahrer zu vermeiden, ist die wenigstens eine Bilderfassungseinheit in einer alternativen Ausführungsform so an dem Lenkrad angeordnet, dass eine Verdeckung weitgehend ausgeschlossen ist. Eine weitere Alternative zur Verhinderung, dass der Fahrer nicht fortlaufend erfasst wird, ist, mehrere redundante Bilderfassungseinheiten vorzusehen, so dass bei Verdeckung der einen Bilderfassungseinheit eine weitere Bilderfassungseinheit zur Erfassung des Fahrers aktiviert wird.In order to avoid the masking of the image acquisition unit by the driver, the at least one image acquisition unit is arranged on the steering wheel in an alternative embodiment in such a way that masking is largely precluded. Another alternative for preventing the driver from being continuously detected is to provide a plurality of redundant image capture units, such that when one image capture unit is obscured, another image capture unit is activated to capture the driver.
Eine Vorrichtung zur Beobachtung des Fahrers des Fahrzeuges weist die mindestens eine Bilderfassungseinheit auf, deren Erfassungsbereich in Richtung des Gesichts des Fahrers ausgerichtet ist, wobei die Bilderfassungseinheit mit einer Steuereinheit zur Auswertung erfasster Bilddaten verbunden ist, so dass mittels der Steuereinheit eine Lageänderung der Bilderfassungseinheit relativ zu der im Fahrzeuginnenraum vorgegebenen statischen Referenzlinie oder zu der Anzahl vorgegebener statischer Referenzpunkte ermittelbar ist und aus der ermittelten Lageänderung ein Lenkradwinkel bestimmbar ist. A device for monitoring the driver of the vehicle has the at least one image acquisition unit, the detection range of which is aligned in the direction of the driver's face, wherein the image acquisition unit is connected to a control unit for evaluating acquired image data, such that a position change of the image acquisition unit relative to the predetermined in the vehicle interior static reference line or the number of predetermined static reference points can be determined and from the determined change in position, a steering wheel angle can be determined.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.
Dabei zeigt:Showing:
In der einzigen Figur ist ein Ausschnitt eines Fahrzeuginnenraumes
Das Lenkrad
Das Lenkrad
In dem Pralltopf
Um eine aktive und passive Sicherheit zumindest des Fahrers
Bei den Bilderfassungseinheiten
Dabei ist ein Erfassungsbereich E der jeweiligen Bilderfassungseinheiten
Die Bilderfassungseinheiten
Die Bilderfassungseinheiten
Mittels der Bilderfassungseinheiten
Mittels der Tiefeninformationen, die aus den aufgenommenen Bilddaten bestimmt wird, wird ein Abstand a zwischen dem Fahrer
Darüber hinaus können mittels der Steuereinheit eine Sitzeinstellung des Fahrersitzes
In einer Geradeausstellung der vorderen Fahrzeugräder beträgt ein Lenkwinkel des Fahrzeuges und somit auch ein Lenkradwinkel 0°. In dieser Nullstellung des Lenkrades
Führt der Fahrer
Um den durch die Lageänderung der Bilderfassungseinheiten
Mittels des ermittelten Lenkradwinkels und eines bekannten Übersetzungsverhältnises zwischen Lenkrad
Um den mittels der Lageänderung der Bilderfassungseinheiten
Dadurch, dass die Bilderfassungseinheiten
Der Warnhinweis wird als optisches, akustisches und/oder haptisches Warnsignal an den Fahrer
Alternativ zur Ausgabe des Warnhinweises bei Verdeckung zumindest einer der beiden Bilderfassungseinheiten
Auch können mehrere redundante Bilderfassungseinheiten
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ist eine Lösung geschaffen, mittels derer die aktive und passive Sicherheit zumindest des Fahrers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- FahrzeuginnenraumVehicle interior
- 1.11.1
- Fahrersitzdriver's seat
- 1.21.2
- Lenkradsteering wheel
- 1.2.11.2.1
- Lenkradkranzsteering wheel rim
- 1.2.21.2.2
- Lenkradspeichesteering wheel spoke
- 1.2.31.2.3
- Pralltopfimpact absorber
- 22
- Fahrerdriver
- 2.12.1
- Gesichtface
- 2.22.2
- Handhand
- 33
- BilderfassungseinheitImage capture unit
- Ee
- Erfassungsbereichdetection range
- aa
- Abstanddistance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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