JP6399311B2 - Dozing detection device - Google Patents
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Description
本発明は、居眠り検知装置、特に車両運転中における運転者の居眠りを検知し、居眠り運転を未然に防止するための装置に関する。 The present invention relates to a snoozing detection apparatus, and more particularly to an apparatus for detecting a driver's snoozing while driving a vehicle and preventing the snoozing operation.
居眠り運転の検知装置としては、運転者の顔をカメラで撮影し、画像から居眠り状態を判定する装置や、運転者の脈拍の変化から居眠り状態を判定する装置など、種々の居眠り運転検知装置が提案されている。 As a snooze driving detection device, there are various snoozing driving detection devices, such as a device that captures a driver's face with a camera and determines a snoozing state from an image or a device that determines a snoozing state from a change in a driver's pulse Proposed.
例えば、特許文献1には、運転者の開眼度の度数分布より極値を抽出し、極値の時間変化を検出することで運転者の状態変化を推定することが開示されている。この技術では、開眼時の極値と閉眼時の極値を抽出し、閉眼状態の極値が高くなる傾向にある場合に運転者が眠気を催していると判定するようにしている。
For example,
しかし、上記技術では、例えば、瞬きを連続的に繰り返す場合のような、閉眼状態と開眼状態が短時間のうちに繰り返される場合にも、閉眼状態の極値が高くなっていると誤判定してしまう問題がある。また、外乱光によって一時的に検出が途切れる場合もあり、連続的に計測が継続されるとは限らない。 However, the above technique erroneously determines that the extreme value of the closed eye state is high even when the closed eye state and the open eye state are repeated in a short time, for example, when blinking is repeated continuously. There is a problem. In addition, detection may be temporarily interrupted by disturbance light, and measurement is not always continued.
さらに、一定の計測時間における頻度分布から閉眼状態を判定しているため、計測時間の経過後でなければ閉眼状態を検出できない問題もある。すなわち、計測時間内のどの時点で閉眼状態に移行したか特定できず、実際に閉眼状態に移行した時刻と閉眼状態を検出した時刻に時間差が生じ、遅れが発生する虞がある。 Furthermore, since the closed eye state is determined from the frequency distribution in a fixed measurement time, there is a problem that the closed eye state cannot be detected unless the measurement time has elapsed. That is, it is not possible to specify at which point in the measurement time the eye-closed state is shifted, and there is a possibility that a time difference occurs between the time when the eye-closed state is actually moved and the time when the eye-closed state is detected, resulting in a delay.
一方、特許文献2では、瞬きや外乱光の影響をノイズとして排除するために閾値を用いているが、閉眼状態を判定する際に閾値を用いると、閾値の定義に起因した誤差は避けられない。そもそも、目の大きさには個人差があり、表情や姿勢を始め、様々な要因に影響されるので、閾値を設定すること自体が難しい。 On the other hand, in Patent Document 2, a threshold is used to eliminate the influence of blinking or disturbance light as noise. However, if a threshold is used when determining the closed eye state, an error due to the definition of the threshold is inevitable. . In the first place, there are individual differences in the size of the eyes, and since it is influenced by various factors such as facial expressions and postures, it is difficult to set the threshold itself.
本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、居眠り検知装置において、瞬きや外乱光などの影響を排除し、検出精度および応答性を向上させることにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to eliminate the influence of blinking, disturbance light, and the like, and improve detection accuracy and responsiveness in the dozing detection device. .
上記課題を解決するため、本発明に係る居眠り検知装置は、
対象者の両眼画像から瞼開度を検出する手段と、
前記瞼開度を所定フレームレートで時系列データとして記録する手段と、
前記時系列データの最新フレームを含む連続した所定数の検知対象フレームを先行グループと後続グループに区分する境界フレームであって、前記先行グループの時系列データと前記後続グループの時系列データとの分離度が最大となるような境界フレームを閉眼開始時刻として抽出する居眠り判定手段と、を備えた。
In order to solve the above problems, a dozing detection device according to the present invention is
Means for detecting eyelid opening from the binocular image of the subject;
Means for recording the heel opening as time-series data at a predetermined frame rate;
A boundary frame that divides a predetermined number of consecutive detection target frames including the latest frame of the time series data into a preceding group and a succeeding group, and separating the time series data of the preceding group and the time series data of the succeeding group And a doze determination unit that extracts a boundary frame having the maximum degree as the eye-closing start time.
上記構成によれば、居眠り検知装置の通常の実施において、検知開始直後に居眠りが始まることはないので、開始直後は、瞼開度が検知対象フレーム全体で開眼レベルにあり、先行グループと後続グループの分離度はごく小さい値をとり続けるが、居眠りの傾向が表れると、後続グループに瞼開度の低いレベルが出現し分離度が上昇する。したがって、連続した時系列データから直接的に前後の変化点を検出でき、検出精度および応答性を向上する上で有利である。 According to the above configuration, in normal implementation of the dozing detection device, since dozing does not start immediately after the start of detection, immediately after the start, the eyelid opening is at the open eye level in the entire detection target frame, and the preceding group and the subsequent group The segregation degree continues to take a very small value, but if a tendency to fall asleep appears, a low level of heel opening appears in the succeeding group, and the segregation degree increases. Therefore, the change points before and after can be directly detected from continuous time-series data, which is advantageous in improving detection accuracy and responsiveness.
しかも、瞬きのような短時間の変化や外乱光によるデータの欠落では分離度は殆ど変化しないことに加えて、眼の大きさや開き具合などの個人差や、姿勢変化、顔の傾け動作などで画像に取得される大きさの違いが生じても、それらは先行グループのデータとして時系列で記録される時点で予め考慮されるので、それらを排除するための処理手順や前処理が不要であり、処理や装置を簡素化できるとともに、誤検出を防止する上で有利である。 In addition to short-term changes such as blinking or lack of data due to ambient light, the degree of separation hardly changes, and individual differences such as eye size and opening, posture changes, face tilting movements, etc. Even if there is a difference in the size acquired in the images, they are considered in advance when they are recorded in time series as the data of the preceding group, so there is no need for a processing procedure or pre-processing to eliminate them. In addition to simplifying the processing and the apparatus, it is advantageous in preventing erroneous detection.
本発明の好適な態様では、前記居眠り判定手段は、前記所定数の検知対象フレームの全フレームについて、各フレームが境界フレームであるものとして、前記先行グループの時系列データと前記後続グループの時系列データとの間の分離度として分散を求め、前記分散が最大となる境界フレームを閉眼開始時刻として抽出するように構成されている。この態様によれば、先行グレープと後続グループの分離度の判定に、各グループにフレーム数の重み付けがなされるので、瞬きなどの一時的かつ散発的な変動による影響を排除して安定的な居眠り検知を行う上で有利である。 In a preferred aspect of the present invention, the doze determination unit assumes that, for all the frames of the predetermined number of detection target frames, each frame is a boundary frame, and the time series data of the preceding group and the time series of the subsequent group Variance is obtained as a degree of separation from data, and a boundary frame that maximizes the variance is extracted as a closed eye start time. According to this aspect, the number of frames is weighted for each group in determining the degree of separation between the preceding grape and the succeeding group, so that the influence of temporary and sporadic fluctuations such as blinking is eliminated and stable doze is achieved. This is advantageous for detection.
本発明に係る居眠り検知装置は、
対象者の両眼画像から瞼開度を検出するステップと、
前記瞼開度を所定フレームレートで時系列データとして記録するステップと、
前記時系列データの記録手段から、最新フレームを含む連続した所定数の検知対象フレームの時系列データを読み込むステップと、
前記所定数の検知対象フレームの全フレームについて、各フレームが境界フレームであるものとして、前記の検知対象フレームの時系列データを先行グループと後続グループに区分し、前記先行グループの時系列データと前記後続グループの時系列データとの間の分離度を算出するステップと、
前記各先行グループと後続グループの時系列データの分離度が最大となる境界フレームを閉眼開始時刻として抽出するステップと、
を実行可能な演算処理装置(コンピュータ)を備えることによっても実施可能である。
The dozing detection device according to the present invention is
Detecting eyelid opening from the binocular image of the subject;
Recording the heel opening as time-series data at a predetermined frame rate;
Reading time-series data of a predetermined number of consecutive detection target frames including the latest frame from the time-series data recording means;
For all frames of the predetermined number of detection target frames, assuming that each frame is a boundary frame, the time series data of the detection target frame is divided into a preceding group and a subsequent group, and the time series data of the preceding group and the Calculating a degree of separation between time-series data of subsequent groups;
Extracting a boundary frame having a maximum degree of separation between the time-series data of each preceding group and the succeeding group as a closed eye start time;
The present invention can also be implemented by providing an arithmetic processing device (computer) that can execute the above.
また、本発明のさらに好適な態様では、前記所定数の検知対象フレームのフレーム数N、前記先行グループの時系列データの平均値μ1、前記後続グループの時系列データの平均値μ2、前記境界フレームkにおける分離度ηkは、次式
ηk=(μ1−μ2)2
(但し、μ2>μ1ならば、ηk=0)
から算出されるように構成されている。この態様によれば、検出精度を維持しつつ計算および処理を簡素化できる利点がある。
In a further preferred aspect of the present invention, the number N of the predetermined number of detection target frames, the average value μ1 of the time series data of the preceding group, the average value μ2 of the time series data of the subsequent group, the boundary frame The degree of separation ηk at k is given by: ηk = (μ1−μ2) 2
(However, if μ2> μ1, ηk = 0)
It is comprised so that it may calculate from. According to this aspect, there is an advantage that calculation and processing can be simplified while maintaining detection accuracy.
本発明の好適な態様では、前記居眠り判定手段は、前記閉眼開始時刻を検出後、所定時間閉眼状態が経過した後に居眠り判定するように構成されている。この態様によれば、所定時間を、居眠り検出装置の使用目的に応じて許容され得る時間に設定することで、当該使用目的に影響を与えないレベルの閉眼動作を排除することができる。 In a preferred aspect of the present invention, the dozing determination unit is configured to determine dozing after the eye-closed state has elapsed for a predetermined time after detecting the eye-closing start time. According to this aspect, by setting the predetermined time to a time that can be allowed according to the purpose of use of the dozing detection device, it is possible to eliminate the eye-closing operation at a level that does not affect the purpose of use.
本発明に係る居眠り検知装置は、車両の居眠り運転防止システムとして実施するのに好適である。例えば、前記対象者が車両の運転者であり、前記居眠り判定手段による居眠り判定時に、前記運転者への警報または前記車両への制御信号が出力されるように構成されている。 The dozing detection device according to the present invention is suitable to be implemented as a vehicle dozing driving prevention system. For example, the target person is a driver of a vehicle, and an alarm to the driver or a control signal to the vehicle is output when the doze determination unit performs the doze determination.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図2は、本発明に係る居眠り検知装置1を居眠り運転防止システムとして実施した車両4の概略を示しており、図において、居眠り運転防止システムは、居眠り検知装置1、車両情報検出手段20、カメラ21、および、警報装置22等から構成されており、カメラ21に撮影される画像から、運転者30の瞼開度を経時的に検出し、運転者30が居眠り状態に移行しつつあると判断された場合に、警報装置22を通じて運転者30に覚醒を促す等の防止策を実行するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 shows an outline of a
車両情報検出手段20は、車両各部のセンサ出力を有線または無線信号として取得するものであり、例えば、車速、ハンドル操舵角、アクセル開度、ブレーキスイッチ、ウィンカースイッチの操作状態などの車両情報を無線信号として取得する車載ネットワーク(CAN)が好適に用いられる。 The vehicle information detection means 20 acquires the sensor output of each part of the vehicle as a wired or wireless signal, and wirelessly transmits vehicle information such as the vehicle speed, steering wheel steering angle, accelerator opening, brake switch, blinker switch operation state, etc. A vehicle-mounted network (CAN) acquired as a signal is preferably used.
カメラ21は、運転者30の少なくとも両眼部分を撮影できるように、運転者30の顔に向けて、インストルメントパネルやコラムカバーに設置され、CCDやCMOSなどの固体撮像素子を用いたデジタルカメラが好適に用いられる。
The
居眠り検知装置1は、図1に示すように、車両情報記録部10、画像記録部11、瞼開度検出部12、時系列データ記録部13、クラス分離度算出部14、閉眼開始時刻検出部15、閉眼終了時刻検出部16、居眠り状態判定部17、信号出力部18から主に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
これらは、好適には、それぞれの機能を実行するように動作可能なプログラムおよびデータを格納するROM、演算処理を行うCPU、前記プログラムが読み出され前記CPUの作業領域および演算結果の一時記憶領域となるRAM、入力側外部機器(20,21)が接続される入力インターフェース、出力側外部機器(22)が接続される出力インターフェースなどからなるコンピュータで構成される。 These are preferably a ROM for storing a program and data operable to execute each function, a CPU for performing arithmetic processing, a work area of the CPU from which the program is read, and a temporary storage area for arithmetic results And a computer comprising an input interface to which input side external devices (20, 21) are connected, an output interface to which output side external devices (22) are connected, and the like.
以下、居眠り検知装置1の各部の動作について、図1のブロック図および図4のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
Hereinafter, the operation of each unit of the
車両情報記録部10は、車両情報検出手段20を通じて取得される車両情報を記録し、例えば、車速がゼロの場合は停車中と見做し、ハンドル操舵角、アクセル開度、ブレーキスイッチ、ウィンカースイッチ等の操作が検出されている場合は、運転者30は覚醒中と見做して居眠り検知装置1を不作用とする(S101)。また、車速に応じて後述の居眠り状態判定における継続時間を変更することもできる。
The vehicle
画像記録部11は、カメラ21を通じて取得される画像を所定のフレームレートで時系列データとして記録する(S102)。後述する居眠り判定に必要なフレーム数のデータが一時的に保持され順次更新される方式でも良いし、所定の記憶容量まで記憶された後に順次上書きされる方式でも良い。
The
瞼開度検出部12は、記録された画像を処理して瞼開度を求める画像処理を行う(S103)。瞼開度を求める画像処理手順は、画像処理および画像認識に係る公知の技術を利用できる。例えば、図3に示されるような両眼2L,2Rの画像を二値化すると、瞼のラインと瞳部分は黒色画素となる。そこで、得られた二値画像において、両眼2L,2Rを上下に横切る各画素列における黒色画素数の最大値は、左右の瞳の中央の上下方向幅に対応し、瞼開度OL,ORとなる。
The eyelid opening
なお、記録開始直後(運転開始直後)は、図中3´で示されるような覚醒状態にあると見做せるので、この場合の瞼開度(OLMAX,ORMAX)に対する割合を瞼開度OL,OR(%)としても良いが、本発明では、後述のように、開眼状態と閉眼状態の分離度を検出するため、瞼開度の絶対値やそれを基準とした瞼開度自体を求める必要はなく、黒色画素数の最大値をそのまま瞼開度OL,ORとして用いることができる。また、左右の瞼開度OL,ORの平均値を採用しても良いし、何れか一方が開眼状態にあればよいという観点から、左右のうち大きい方の値を採用することもできる。逆に、左右のうち小さい方の値を採用しても良い。 It should be noted that immediately after the start of recording (immediately after the start of operation), it can be considered that the state is awakened as indicated by 3 'in the figure, so the ratio of the opening degree ( OLMAX , ORMAX ) in this case is set as the opening degree O L, O R (%) also good as, in the present invention, as described below, for detecting the degree of separation of open-eye state and the closed-eye state, eyelid opening was absolute value and relative to that of eyelid opening it is not necessary to seek itself, it can be used the maximum number of black pixels as eyelid opening O L, as O R. Further, left and right eyelid opening O L, may be adopted an average value of O R, from the viewpoint of either one may be in the open-eye state, it may be employed the larger of the left and right . Conversely, the smaller value of the left and right may be adopted.
時系列データ記録部13は、瞼開度検出部12で求めた瞼開度OL,ORを所定のフレームレートで時系列データとして記録する(S104)。フレームレートは、特に限定されるものではないが、瞬き動作の特性を考慮して10〜30フレーム/秒が好適である。フレームレートが高過ぎると、装置への負荷が増大し、必要な処理速度を確保するのに必要な装置コストが増大することになる。
Time series
また、時系列データ記録部13では、居眠り状態を判定するために必要な最小限のフレーム数だけデータが保持され、それより過去のデータは順次消去され、現在フレームのデータが新たに追加される。それにより、過去一定時間分の時系列データを絶えず更新しながら保持するよう動作する。
Further, the time-series
図5は、瞼開度の時系列データの一例を示すグラフであり、現在時刻を基準に−10〜−3秒付近では、瞼開度が90%前後の開眼状態であり、瞬きによる瞬間的な瞼開度の低下や外乱光などによる一時的なデータの欠落が見られる。このような開眼状態から、−3秒以降では、閉眼状態に大きく変化している。 FIG. 5 is a graph showing an example of time-series data of eyelid opening, and the eyelid opening is about 90% in the vicinity of −10 to −3 seconds with reference to the current time. There is a temporary loss of data due to a drastic drop in dredging and ambient light. From such an open eye state, it has changed greatly to a closed eye state after -3 seconds.
後に詳述するが、車速などを考慮して、閉眼状態が2秒以上継続する場合を分離度から検知するためには、その少なくとも2倍の4秒分の時系列データが保持されることが好ましい。本実施形態では、確実な検出が行えるように、5秒分の時系列データが保持される場合を想定し、30フレーム/秒のフレームレートにおいてN=150フレームの時系列データが保持される。 As will be described later in detail, in order to detect from the degree of separation when the closed-eye state continues for 2 seconds or more in consideration of the vehicle speed or the like, at least twice that time series data for 4 seconds may be held. preferable. In the present embodiment, assuming that time series data for 5 seconds is held so that reliable detection can be performed, time series data of N = 150 frames is held at a frame rate of 30 frames / second.
クラス分離度算出部14は、上記のように取得されたNフレーム分の時系列データを、図7に示すように、先行グループC1と後続グループC2に区分し、先行グループC1の時系列データと後続グループC2の時系列データの分離度を算出し、この分離度が最大となる境界値を求める(S105)。基本的に、運転開始時には、運転者30は覚醒していると見做せるので、検知開始当初は、先行グループC1には瞼開度が高い開眼状態クラスの時系列データが記録されており、居眠りが検知される場合には、後続グループに瞼開度が低い閉眼状態クラスの時系列データが出現することになる。
The class separation
2つのクラス間の分離度は、クラス間分散σB 2と全分散σT 2の比ηとして次式により求めることができる。
η=σB 2/σT 2=ω1ω2(μ1−μ2)2/(ω1十ω2)2σT 2
ここで、μ1,μ2は各クラスの平均値、ω1,ω2は各クラスのデータ数である。
The degree of separation between the two classes can be obtained by the following equation as the ratio η between the interclass variance σ B 2 and the total variance σ T 2 .
η = σ B 2 / σ T 2 = ω 1 ω 2 (μ1-μ2) 2 / (ω 1 ten ω 2 ) 2 σ T 2
Here, μ1 and μ2 are average values of each class, and ω 1 and ω 2 are the number of data of each class.
この分離度ηが最大となるようなクラス間の境界値を求めることにより、開眼状態クラスから閉眼状態クラスへの変化点を特定することができる。このとき、全分散σT 2は個々のデータに対して一定値であるため、クラス間分散σB 2における各クラスの平均値μ1,μ2の差の二乗が最大となる境界値を求めればよい。
By obtaining a boundary value between classes that maximizes the degree of separation η, it is possible to specify the change point from the open eye state class to the closed eye state class. At this time, since the total variance σ T 2 is a constant value with respect to individual data, a boundary value that maximizes the square of the difference between the
具体的に、クラス分離度算出部14は、検出対象とするNフレームを先行グループC1と後続グループC2に区分する境界フレームkが0〜Nの各フレームである場合について、先行グループC1の時系列データと後続グループC2の時系列データの分離度ηを算出し、分離度ηが最大となる境界フレームkを閉眼開始時刻とする。
Specifically, the class separation
閉眼開始時刻検出部15は、クラス分離度算出部14によって求められた閉眼開始時刻(開始フレーム)からの時間経過を計測する(S106)。居眠り状態判定部17では、分離度ηの最大値が、車速に応じて設定される所定時間(所定フレーム)以上に亘って継続的に検出された場合に、居眠りが発生したものと判定する(S109)。
The closed eye start
なお、閉眼開始時刻検出部15が閉眼開始時刻(開始フレーム)を検出した後に、閉眼状態クラスから開眼状態クラスへの変化点が、閉眼終了時刻検出部16によって検出された場合には(S107)、その間の所要時間を算出し(S108)、居眠りが発生したものと判定する(S109)。
In the case where the closing point from the closed eye state class to the open eye state class is detected by the closed eye end
信号出力部18では、居眠り状態判定部17で居眠り状態が判定された場合、車両情報記録部10に取得されている現在の車両情報を参照し(S110)、車両が走行中であって、ハンドル、アクセル、ブレーキ、ウィンカー等の操作が行われていない場合には、警報装置22に制御信号を出力し(S111)、運転者に覚醒を促すための警報を発する。同時に、車両の表示部に警告表示を行っても良いし、車両を自動停車させる等の処理を実行しても良い。一方、車両情報から運転中であると判断される場合には、制御信号は出力しない。
In the
次に、時系列データから閉眼開始時刻を検出するプロセスの具体例について、図6のフローチャートおよび図7のグラフを参照しながら説明する。 Next, a specific example of the process of detecting the eye closure start time from the time series data will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 and the graph of FIG.
先ず、時系列データ記録部13に記録されている一定フレーム数(0〜N)の瞼開度データを読み出す(S201)。ここで、居眠り状態を2秒以上とし、その居眠り状態を検出するために、30フレーム/秒のフレームレートにおいて5秒に相当するフレーム数(N=150)のデータが読み出される。なお、図示例では、現在のフレーム番号を0とし、過去に遡るに従ってフレーム番号が大きくなるようにしているが、時刻とフレーム番号の対応が取れれば、最も古いフレーム番号を0としてもよい。
First, the eyelid opening degree data of a certain number of frames (0 to N) recorded in the time series
次に、先行グループC1(開眼状態クラス)と後続グループC2(閉眼状態クラス)との境界フレームに対応する計算用フラグkを初期化する(S202)。 Next, a calculation flag k corresponding to a boundary frame between the preceding group C1 (open eye state class) and the subsequent group C2 (closed eye state class) is initialized (S202).
次いで、後続グループC2(0〜k)の範囲の瞼閉度データの平均値μ2を計算し(S203)、先行グループC1(k十1〜N)の範囲の瞼開度データの平均値μ1を計算する(S204)。 Next, the average value μ2 of the eyelid closure degree data in the range of the subsequent group C2 (0 to k) is calculated (S203), and the average value μ1 of the eyelid opening degree data in the range of the preceding group C1 (k + 11 to N) is calculated. Calculate (S204).
境界フレームに対応する計算フラグkにおける分離度ηkを次式により計算し、記録する(S205)。
ηk=(μ1−μ2)2
但し、μ2>μ1ならば、ηk=0
The degree of separation ηk in the calculation flag k corresponding to the boundary frame is calculated by the following equation and recorded (S205).
ηk = (μ1−μ2) 2
However, if μ2> μ1, ηk = 0
境界フレームに対応する計算フラグkの値をカウントアップする(S206)。 The value of the calculation flag k corresponding to the boundary frame is counted up (S206).
境界フレームに対応する計算フラグkの値がNに達したか判定し(S207)、計算フラグkの値がNに達していない場合は、ステップ(S203)に戻り、ステップ(S206)までのループ処理を繰り返す。 It is determined whether the value of the calculation flag k corresponding to the boundary frame has reached N (S207). If the value of the calculation flag k has not reached N, the process returns to step (S203), and the loop up to step (S206) Repeat the process.
境界フレームに対応する計算フラグkの値がNに達した場合は、ループ処理を終了し、ループ処理で求めた分離度η1〜ηN−1の中から、分離度が最大となる境界フレームkmaxを決定する(S208)。 When the value of the calculation flag k corresponding to the boundary frame reaches N, the loop process is terminated, and the boundary frame kmax having the maximum degree of separation is selected from the degrees of separation η1 to ηN−1 obtained by the loop process. Determine (S208).
境界フレームkmaxを閉眼開始時刻として出力する(S209)。 The boundary frame kmax is output as the eye closure start time (S209).
(顔向きが上下に変化した場合への対応)
次に、図8は、顔向きが上下に変化した場合における瞼開度の経時的変化を示している。運転者30の顔向きが上向きまたは下向きになった場合、図3の画像は見かけ上、眼が細くなったように映るので、瞼開度検出部12に検出される瞼開度OL,ORは、初期状態における瞼開度(OLMAX,ORMAX)に比べて全体的に低い値となる。
(Responding to changes in face orientation)
Next, FIG. 8 shows the change over time of the eyelid opening when the face orientation changes up and down. When the face orientation of the
しかし、本発明に係る居眠り検知装置1では、瞼開度OL,OR自体を閾値判定することなく、先行グループC1と後続グループC2の分離度を求めることによって、直接的に閉眼開始時刻(境界フレームk)を検出できるため、顔向きが上下に変化した場合は勿論、運転者が交代した場合に個人差が生じても、パラメータ調整やキャリブレーション等を必要としない。
However, the
(閉眼開始時刻の検出、居眠り判定例)
図9の(a)〜(d)の左側4段のグラフは、それぞれ1秒(30フレーム)ずつの時間差で推移する瞼開度の経時的変化を示しており、以下、閉眼開始時刻の検出および居眠り判定結果例について図面を参照しながら説明する。
(Detection of eye closure start time, doze determination example)
The graphs on the left side of FIGS. 9A to 9D show the temporal changes in eyelid opening that change with a time difference of 1 second (30 frames), respectively. An example of a doze determination result will be described with reference to the drawings.
先ず、図9(a)では、瞬きによる瞬間的な閉眼状態や外乱光によるデータ欠落を経過しながらも、それらは分離度には有意な影響を与えるには至らず、開眼状態が継続しているが、時刻Aにおいて瞼開度が下がり、分離度が最大となる。この時、時刻Aが閉眼開始時刻とされるものの、後続の図から明らかなように、その後に時刻Aが最大分難度でなくなった時点で、閉眼開始時刻から除外されることになる。 First, in FIG. 9 (a), although the eye-closed state due to blinking and data loss due to ambient light have passed, they do not significantly affect the degree of separation and the eye-open state continues. However, at time A, the heel opening decreases and the degree of separation becomes maximum. At this time, although the time A is set as the eye closing start time, as is apparent from the subsequent drawings, the time A is excluded from the eye closing start time when the time A is no longer at the maximum difficulty level thereafter.
一方、図9(b)では、時刻Bにおいて分難度が最大となり、閉眼開始時刻とされ、後続の図9(c)および(d)においても、時刻Bの最大分難度が継続しており、(d)では所定時間(2秒)の閉眼状態の継続をもって居眠り状態であると判定される。 On the other hand, in FIG. 9B, the degree of difficulty is maximized at time B and is the eye closure start time, and in the subsequent FIGS. 9C and 9D, the maximum degree of difficulty at time B continues. In (d), it is determined that the patient is in a dozing state by continuing the closed eye state for a predetermined time (2 seconds).
なお、上記実施形態では、分離度ηが最大となるようなクラス間の境界値として、各クラスの平均値μ1,μ2の差の二乗が最大となる境界値を求めることにより、開眼状態クラスから閉眼状態クラスへの変化点を特定する場合について述べたが、各クラスの平均値μ1,μ2の差の絶対値が最大となる境界値を求めることにより、開眼状態クラスから閉眼状態クラスへの変化点を特定することもできる。但し、分離度ηの変化は小さくなる。 In the above embodiment, as a boundary value between classes that maximizes the degree of separation η, a boundary value that maximizes the square of the difference between the average values μ1 and μ2 of each class is obtained. Although the case where the change point to the closed eye state class is specified is described, the change from the open eye state class to the closed eye state class is obtained by obtaining a boundary value that maximizes the difference between the average values μ1 and μ2 of each class. A point can also be specified. However, the change in the degree of separation η is small.
一方、分離度を、クラス間分散σB 2と全分散σT 2の比ηとして求める場合には、各クラスのデータ数ω1,ω2が反映されるため、開眼状態クラスから閉眼状態クラスへの変化点に達した後、分離度が、図9(b)に示されるように急激に上昇することはないが、瞬きなどの一時的な変動に対する安定性は高いと言える。 On the other hand, when the degree of separation is obtained as the ratio η between the inter-class variance σ B 2 and the total variance σ T 2 , the number of data ω 1 and ω 2 of each class is reflected. After reaching the point of change, the degree of separation does not increase rapidly as shown in FIG. 9B, but it can be said that the stability against temporary fluctuations such as blinking is high.
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, Based on the technical idea of this invention, various deformation | transformation and a change are further possible.
例えば、上記実施形態では、車両の居眠り運転防止システムに実施する場合について述べたが、本発明に係る居眠り検知装置は、モニターを注視することが求められるオペレーター業務など、車両以外における居眠り検知にも実施できる。 For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a vehicle doze driving prevention system has been described. Can be implemented.
1 居眠り検知装置
2L,2R 両眼
3 上瞼
4 車両
10 車両情報記録部
11 画像記録部
12 瞼開度検出部
13 時系列データ記録部
14 クラス分離度算出部
15 閉眼開始時刻検出部
16 閉眼終了時刻検出部
17 居眠り状態判定部
18 警報表示制御信号出力部
20 車両情報検出手段
21 カメラ
22 警報装置
30 運転者
N 検知対象フレーム数
OL,OR 瞼開度
η,ηk 分離度
μ1,μ2 平均値
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記瞼開度を所定フレームレートで時系列データとして記録する手段と、
前記時系列データの最新フレームを含む連続した所定数の検知対象フレームを先行グループと後続グループに区分する境界フレームであって、前記先行グループの時系列データと前記後続グループの時系列データとの分離度が最大となるような境界フレームを閉眼開始時刻として抽出する居眠り判定手段と、
を備えた居眠り検知装置。 Means for detecting eyelid opening from the binocular image of the subject;
Means for recording the heel opening as time-series data at a predetermined frame rate;
A boundary frame that divides a predetermined number of consecutive detection target frames including the latest frame of the time series data into a preceding group and a succeeding group, and separating the time series data of the preceding group and the time series data of the succeeding group A dozing determination unit that extracts a boundary frame that has a maximum degree as a closed eye start time;
A dozing detection device with
前記瞼開度を所定フレームレートで時系列データとして記録するステップと、
前記時系列データの記録手段から、最新フレームを含む連続した所定数の検知対象フレームの時系列データを読み込むステップと、
前記所定数の検知対象フレームの全フレームについて、各フレームが境界フレームであるものとして、前記の検知対象フレームの時系列データを先行グループと後続グループに区分し、前記先行グループの時系列データと前記後続グループの時系列データとの間の分離度を算出するステップと、
前記各先行グループと後続グループの時系列データの分離度が最大となる境界フレームを閉眼開始時刻として抽出するステップと、
を実行可能な演算処理装置を備えた居眠り検知装置。 Detecting eyelid opening from the binocular image of the subject;
Recording the heel opening as time-series data at a predetermined frame rate;
Reading time-series data of a predetermined number of consecutive detection target frames including the latest frame from the time-series data recording means;
For all frames of the predetermined number of detection target frames, assuming that each frame is a boundary frame, the time series data of the detection target frame is divided into a preceding group and a subsequent group, and the time series data of the preceding group and the Calculating a degree of separation between time-series data of subsequent groups;
Extracting a boundary frame having a maximum degree of separation between the time-series data of each preceding group and the succeeding group as a closed eye start time;
Dozing detection device provided with an arithmetic processing device capable of executing the above.
ηk=(μ1−μ2)2
但し、μ2>μ1ならば、ηk=0
から算出されるように構成されていることを特徴とする請求項1または3記載の居眠り検知装置。 The number N of the predetermined number of detection target frames, the average value μ1 of the time-series data of the preceding group, the average value μ2 of the time-series data of the subsequent group, and the degree of separation ηk in the boundary frame k are expressed by the following equation ηk = (Μ1-μ2) 2
However, if μ2> μ1, ηk = 0
The dozing detection device according to claim 1, wherein the device is configured to calculate from the following.
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