CN102368946A - 瞳孔遮蔽状态检测装置和具有它的车载照相机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可以直接检测瞳孔的遮蔽状态的瞳孔遮蔽状态检测装置。瞳孔遮蔽状态检测装置(20)包括：视线方向检测单元(22)，检测驾驶员的视线方向；亮度梯度计算单元(23)，计算眼区域的图像的亮度梯度；梯度强度计算单元(24)，计算梯度强度垂直分布；梯度强度保存单元(25)，保存驾驶员的视线方向为仪表板的方向时的基准梯度强度垂直分布的数据；差分计算单元(26)，计算当前帧中的梯度强度垂直分布的数据和基准梯度强度垂直分布的数据的差分；估计值计算单元(27)，计算表示瞳孔被遮蔽的可能性的估计值；以及瞳孔遮蔽判定单元(29)，在规定数以上的全部帧中表示瞳孔被遮蔽的可能性的估计值连续的情况下，判定为瞳孔被遮蔽。

Description

瞳孔遮蔽状态检测装置和具有它的车载照相机
技术领域
本发明涉及在检测车辆的驾驶员的瞌睡或走神等状态的装置中使用的瞳孔遮蔽状态检测装置和具有它的车载照相机。
背景技术
在检测车辆的驾驶员的瞌睡或走神等状态的装置中，需要从驾驶员的摄像图像检测驾驶员的瞳孔。但是，如果驾驶员戴着眼镜，则有时由于眼镜的镜框而遮蔽瞳孔，不能正确地检测驾驶员的瞳孔，所以需要获得瞳孔是否被遮蔽的信息。作为该检测的手段之一，公开了检测眼镜的镜框本身，并检测眼镜的镜框是否遮蔽着瞳孔的方法(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：日本专利第3683613号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1中公开的方法中存在以下课题，即需要提取眼镜的镜框的轮廓的步骤，但是由于眼镜的镜框的形状涉及多方面，所以难以检测眼镜的镜框本身。
而且，作为在拍摄驾驶员时遮蔽驾驶员的瞳孔的要因，除了眼镜的镜框以外，例如还有下眼睑或口罩(mask)、头发等，所以要求即使不进行遮蔽物的检测，也可以直接检测出瞳孔的遮蔽状态的技术。
本发明鉴于前述那样的情况而完成，目的是提供即使不进行遮蔽物的检测，也可以直接检测瞳孔的遮蔽状态的瞳孔遮蔽状态检测装置和具有它的车载照相机。
用于解决课题的手段
本发明的瞳孔遮蔽状态检测装置具有：摄像单元，其设置在当车辆的驾驶员将视线朝向所述车辆的仪表板的方向时所述驾驶员能够直视的区域，对所述驾驶员的脸部进行摄像，并以预定的帧间隔输出脸部图像的数据；眼区域检测单元，从所述脸部图像检测所述驾驶员的眼区域；视线方向检测单元，从所述眼区域的图像检测所述驾驶员的视线方向；亮度梯度计算单元，计算构成所述眼区域的图像的各像素的亮度梯度；梯度强度计算单元，通过根据所述亮度梯度计算单元计算出的所述亮度梯度对每个所述眼区域的图像的垂直坐标计算所述亮度梯度的强度的和，从而对每个帧求梯度强度垂直分布的数据；梯度强度保存单元，保存当所述视线方向检测单元检测出的视线方向为所述驾驶员观察所述仪表板的方向时所述梯度强度计算单元求出的梯度强度垂直分布的数据；差分计算单元，计算所述梯度强度保存单元中保存的梯度强度垂直分布和当前帧中的梯度强度垂直分布的差分；以及瞳孔遮蔽判定单元，根据所述差分计算单元计算出的差分，判定所述瞳孔是否被遮蔽。
通过该结构，由于本发明的瞳孔遮蔽状态检测装置以驾驶员正观察着仪表板的状态，即驾驶员的瞳孔未被遮蔽的状态下眼区域的梯度强度垂直分布为基准判定瞳孔是否被遮蔽，所以即使不进行遮蔽物的检测，也可以直接检测瞳孔的遮蔽状态。
而且，本发明的瞳孔遮蔽状态检测装置还包括估计值计算单元，根据所述差分计算单元计算出的差分，对每个帧计算用于表示所述驾驶员的瞳孔被遮蔽的可能性的估计值，在预定的帧数阈值以上的全部帧中表示所述瞳孔被遮蔽的可能性的估计值连续时，所述瞳孔遮蔽判定单元判定为所述瞳孔被遮蔽。
通过该结构，本发明的瞳孔遮蔽状态检测装置由于根据表示瞳孔被遮蔽的可能性的估计值判定瞳孔是否被遮蔽，所以即使不进行遮蔽物的检测，也可以直接检测瞳孔的遮蔽状态。
本发明的车载照相机具有：瞳孔遮蔽状态检测装置；以及摄像装置，该摄像装置具有摄像单元，该摄像单元被设置在当所述车辆的驾驶员将视线朝向所述车辆的仪表板的方向时所述驾驶员能够直视的区域，对所述驾驶员的脸部进行摄像，并以预定的帧间隔输出脸部图像的数据。
通过该结构，本发明的车载照相机即使不进行遮蔽物的检测，也可以直接检测瞳孔的遮蔽状态。
发明效果
本发明可以提供具有即使不进行遮蔽物的检测，也可以直接检测瞳孔的遮蔽状态的效果的瞳孔遮蔽状态检测装置以及具有它的车载照相机。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的车载照相机的结构的方框图。
图2的(a)～(c)是本发明的一个实施方式的车载照相机中，对被检测出的眼区域的图像、亮度梯度以及梯度强度垂直分布的计算的说明图。
标号说明
1 车载照相机
10 摄像装置
11 透镜部
12 摄像元件(摄像单元)
13 信号处理电路
20 瞳孔遮蔽状态检测装置
21 眼区域检测单元
22 视线方向检测单元
23 亮度梯度计算单元
24 梯度强度计算单元
25 梯度强度保存单元
26 差分计算单元
27 估计值计算单元
28 估计值保存单元
29 瞳孔遮蔽判定单元
具体实施方式
以下，利用附图说明本发明的实施方式。
首先，根据图1和图2说明本发明的一个实施方式的车载照相机的结构。
如图1所示，本实施方式的车载照相机1具有摄像装置10和瞳孔遮蔽状态检测装置20。
摄像装置10具有透镜部11、作为摄像手段的摄像元件12、以及信号处理电路13，将车辆的驾驶员的脸部作为被摄体进行摄像，并将摄像了的被摄体的图像数据以预定的间隔输出到瞳孔遮蔽状态检测装置20。
该摄像装置10设置在驾驶员将视线朝向了仪表板的方向时驾驶员能够直视的区域。例如，摄像装置10被设置在车辆的仪表板内。具体来说，在仪表板内具有速度计、转速计、燃料计、水温计、距离计等指示汽车行驶所需要的信息的测量器，例如，将摄像装置10设置在速度计和转速计之间。通过该结构，在驾驶员将视线朝向仪表板时，摄像装置10可以直接对瞳孔进行摄像。
而且，设置摄像装置10的区域不限于在仪表板内。例如，也可以是以下结构，即在内含转向轴的转向柱的上面设置摄像装置10，在驾驶员将视线朝向仪表板时，摄像装置10可以直接对瞳孔摄像。
透镜部11聚光被摄体的光，将被摄体的像成像在摄像元件12的摄像面上。摄像元件12对透镜部11成像的被摄体的像进行摄像，生成被摄体图像。摄像元件12由CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合装置)构成。而且，摄像元件12也可以是MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)型摄像元件。
信号处理电路13例如由相关双采样电路、自动增益校正电路和AD转换电路等构成，输出被摄体图像的数据。相关双采样电路是去除由摄像元件12生成的被摄体图像的噪声的电路。自动增益校正电路是对来自相关双采样电路的信号自动地进行增益校正的电路。AD转换电路是将来自自动增益校正电路的模拟信号变换为数字信号的电路。
瞳孔遮蔽状态检测装置20具有：眼区域检测单元21、视线方向检测单元22、亮度梯度计算单元23、梯度强度计算单元24、梯度强度保存单元25、差分计算单元26、估计值计算单元27、估计值保存单元28、瞳孔遮蔽判定单元29。
眼区域检测单元21对于每个帧，从摄像装置10摄像的驾驶员的脸部图像检测眼区域，将眼区域的图像数据输出到视线方向检测单元22和亮度梯度计算单元23。在图2的(a)中示出一例由眼区域检测单元21检测到的眼区域的图像。图2的(a)中示出的眼区域的图像是驾驶员在观察仪表板时的眼区域的图像。
视线方向检测单元22从眼区域检测单元21输入眼区域的图像数据，并通过从眼区域的图像检测瞳孔的图像，对每个帧检测驾驶员的视线的方向。而且，视线方向检测单元22将表示检测到的驾驶员的视线的方向的数据输出到梯度强度计算单元24。
亮度梯度计算单元23从眼区域检测单元21输入眼区域的图像数据，并对每个帧计算眼区域的图像的亮度梯度。利用图2的(b)具体说明该亮度梯度的计算。如图2的(b)所示，通过眼区域检测单元21检测到的眼区域的图像，由在垂直方向(Y轴方向)从i＝1至i＝n的n个像素、和在水平方向(X轴方向)从j＝1至j＝m的m个像素构成。这时，亮度梯度计算单元23对n×m个的全部像素计算每个像素的亮度梯度。
梯度强度计算单元24对于每一帧，根据亮度梯度计算单元23计算出的亮度梯度，计算眼区域的图像的每个垂直坐标的亮度梯度的强度(绝对值)的和(以下称为“梯度强度垂直分布”)。图2的(c)示出一例梯度强度垂直分布。如图2的(c)所示，梯度强度计算单元24对亮度梯度计算单元23计算出的亮度梯度，在从Y轴坐标i＝1的行至i＝n的行的整个范围内，按照每个Y轴坐标计算亮度梯度的强度的和，并且求梯度强度垂直分布。
而且，梯度强度计算单元24将由视线方向检测单元22检测到的驾驶员的视线方向为仪表板的方向时的梯度强度垂直分布(以下称为“基准梯度强度垂直分布”。)的数据保存到梯度强度保存单元25中。即，梯度强度保存单元25保存瞳孔未被遮蔽的状态下的眼区域的梯度强度垂直分布作为基准梯度强度垂直分布。
差分计算单元26输入由梯度强度计算单元24计算出的当前帧中的梯度强度垂直分布的数据。而且，差分计算单元26读出被保存在梯度强度保存单元25中的基准梯度强度垂直分布的数据。然后，差分计算单元26计算当前帧中的梯度强度垂直分布的数据和基准梯度强度垂直分布的数据的差分。
估计值计算单元27输入差分计算单元26计算出的差分的数据，根据该差分，对每个帧计算用于表示瞳孔被遮蔽的可能性的估计值。例如，估计值计算单元27通过下式计算估计值E。
E＝∑|B(i)-A(i)|
这里，A(i)表示基准梯度强度垂直分布的Y坐标i中的亮度梯度的强度的和，B(i)表示当前帧中的梯度强度垂直分布的Y坐标i中的亮度梯度的强度的和，估计值E通过∑运算，通过在i＝1～n的范围内累计而被算出。而且，估计值计算单元27将算出的估计值的数据保存在估计值保存单元28中。
瞳孔遮蔽判定单元29输入由估计值计算单元27算出的当前帧中的估计值的数据。而且，瞳孔遮蔽判定单元29读出被保存在估计值保存单元28中的过去的帧(例如当前帧的前一帧)的估计值的数据。进而，瞳孔遮蔽判定单元29比较当前帧中的估计值的数据和前一帧的估计值的数据。然后，在预定的帧数阈值以上的全部帧中表示瞳孔被遮蔽的可能性的估计值连续的情况下，瞳孔遮蔽判定单元29判定为瞳孔被遮蔽，并且输出表示该情况的信号。
接着，说明本实施方式中的车载照相机1的动作。
首先，摄像装置10将车辆的驾驶员的脸部作为被摄体进行摄像，并且以预定的帧间隔将脸部图像的数据输出到瞳孔遮蔽状态检测装置20。即，透镜部11对被摄体的光进行聚光，并且将被摄体的像成像在摄像元件12的摄像面上。摄像元件12对透镜部11成像的被摄体的像进行摄像，生成被摄体图像。信号处理电路13进行规定的信号处理而输出数字信号的脸部图像的数据。
接着，在瞳孔遮蔽状态检测装置20中，眼区域检测单元21根据摄像装置10摄像所得的驾驶员的脸部图像对每个帧检测眼区域的图像，并将眼区域的图像数据输出到视线方向检测单元22和亮度梯度计算单元23。
视线方向检测单元22从眼区域检测单元21输入眼区域的图像数据，并通过从眼区域的图像检测出瞳孔的图像，对每个帧检测驾驶员的视线的方向。然后，视线方向检测单元22将表示检测到的驾驶员的视线的方向的数据输出到梯度强度计算单元24。
亮度梯度计算单元23从眼区域检测单元21输入眼区域的图像数据，并对每个帧计算眼区域的图像的亮度梯度。
梯度强度计算单元24对于每一帧，根据亮度梯度计算单元23计算出的亮度梯度计算眼区域的图像的每个垂直坐标的梯度强度垂直分布。而且，在由视线方向检测单元22检测到的驾驶员的视线方向为仪表板的方向时，梯度强度计算单元24将此时的梯度强度垂直分布作为基准梯度强度垂直分布，将该基准梯度强度垂直分布的数据保存到梯度强度保存单元25中。这里，从通过视线方向检测单元22开始检测驾驶员的视线的方向起，到驾驶员的视线的方向成为仪表板的方向为止，梯度强度计算单元24不对梯度强度保存单元25保存数据。
差分计算单元26输入由梯度强度计算单元24计算出的当前帧中的梯度强度垂直分布的数据。而且，差分计算单元26读出被保存在梯度强度保存单元25中的基准梯度强度垂直分布的数据。然后，差分计算单元26计算当前帧中的梯度强度垂直分布的数据和基准梯度强度垂直分布的数据的差分。
估计值计算单元27输入差分计算单元26计算出的差分的数据，根据该差分，对每个帧计算用于表示瞳孔被遮蔽的可能性的估计值。而且，估计值计算单元27将算出的估计值的数据保存在估计值保存单元28中。
瞳孔遮蔽判定单元29输入由估计值计算单元27算出的当前帧中的估计值的数据。而且，瞳孔遮蔽判定单元29读出被保存在估计值保存单元28中的当前帧的前一帧的估计值的数据。进而，瞳孔遮蔽判定单元29比较当前帧中的估计值的数据和前一帧的估计值的数据。然后，在预定的帧数阈值以上的全部帧中表示瞳孔被遮蔽的可能性的估计值连续的情况下，瞳孔遮蔽判定单元29判定为瞳孔被遮蔽，并且输出表示该情况的信号。
如上所述，按照本实施方式的瞳孔遮蔽状态检测装置20，由于是以驾驶员观察着仪表板的状态，即驾驶员的瞳孔未被遮蔽的状态的眼区域的梯度强度垂直分布为基准来判断瞳孔是否被遮蔽的结构，所以即使不进行遮蔽物的检测也可以直接检测瞳孔的遮蔽状态。
因此，本实施方式的瞳孔遮蔽状态检测装置20也能够检测驾驶员戴着眼镜框的情况下的瞳孔的遮蔽、眼镜框以外的要因导致的瞳孔的遮蔽，可以提高瞳孔的遮蔽状态的检测精度。
而且，在前述的实施方式中，以瞳孔遮蔽判定单元29根据表示瞳孔是否被遮蔽的可能性的估计值来判定瞳孔是否被遮蔽的结构为例进行了说明，但是，本发明不限于此。例如，也可以是以下结构，即瞳孔遮蔽判定单元29在由差分计算单元26计算出的差分超过了预定的阈值时，判定为瞳孔被遮蔽。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的瞳孔遮蔽状态检测装置和具有它的车载照相机具有即使不进行遮蔽物的检测，也可以直接检测瞳孔的遮蔽状态的效果，作为用于检测车辆的驾驶员的瞌睡和走神等状态的装置的瞳孔遮蔽状态检测装置和具有它的车载照相机等是有用的。

Claims (3)

1.瞳孔遮蔽状态检测装置，具有：
摄像单元，其设置在当车辆的驾驶员将视线朝向所述车辆的仪表板的方向时所述驾驶员能够直视的区域，对所述驾驶员的脸部进行摄像，并以预定的帧间隔输出脸部图像的数据；
眼区域检测单元，从所述脸部图像检测所述驾驶员的眼区域；
视线方向检测单元，从所述眼区域的图像检测所述驾驶员的视线方向；
亮度梯度计算单元，计算构成所述眼区域的图像的各像素的亮度梯度；
梯度强度计算单元，通过根据所述亮度梯度计算单元计算出的所述亮度梯度对每个所述眼区域的图像的垂直坐标计算所述亮度梯度的强度的和，从而对每个帧求梯度强度垂直分布的数据；
梯度强度保存单元，保存当所述视线方向检测单元检测出的视线方向为所述驾驶员观察所述仪表板的方向时所述梯度强度计算单元求出的梯度强度垂直分布的数据；
差分计算单元，计算所述梯度强度保存单元中保存的梯度强度垂直分布和当前帧中的梯度强度垂直分布的差分；以及
瞳孔遮蔽判定单元，根据所述差分计算单元计算出的差分，判定所述瞳孔是否被遮蔽。
2.如权利要求1所述的瞳孔遮蔽状态检测装置，其特征在于，
还包括估计值计算单元，根据所述差分计算单元计算出的差分，对每个帧计算用于表示所述驾驶员的瞳孔是否被遮蔽的可能性的估计值，
在预定的帧数阈值以上的全部帧中表示所述瞳孔被遮蔽的可能性的估计值连续时，所述瞳孔遮蔽判定单元判定为所述瞳孔被遮蔽。
3.车载照相机，其特征在于，具有：
权利要求1或2所述的瞳孔遮蔽状态检测装置；以及
摄像装置，该摄像装置具有摄像单元，该摄像单元被设置在当所述车辆的驾驶员将视线朝向所述车辆的仪表板的方向时所述驾驶员能够直视的区域，对所述驾驶员的脸部进行摄像，并以预定的帧间隔输出脸部图像的数据。
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