CN102975719A - 使用红外线传感器检测驾驶者状况的装置和方法 - Google Patents

使用红外线传感器检测驾驶者状况的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种使用红外线传感器检测驾驶者状况的装置和方法。所述装置包括：红外线(IR)传感器，其包含配置成发射光信号的光发射单元和配置成接收光信号的光接收单元，并且使用从光发射单元发射的光信号和由光接收单元接收的光信号之间的相位差来测量至IR传感器前方的障碍物的距离；摄像机，其被配置成拍摄驾驶者的面部并从所拍摄的图像中检测驾驶者的面部；以及电子控制器，其被配置成使用通过IR传感器和摄像机测量的数据来确定识别错误是否已经发生，并且在识别错误发生时分析任何产生的识别错误。

Description

使用红外线传感器检测驾驶者状况的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种使用红外线(IR)传感器检测驾驶者状况的装置和方法，并且更特别地涉及一种使用红外LED和摄像机检测驾驶者状况的装置和方法。
背景技术
驾驶者状况检测装置能够通过对驾驶者面部、表情和位置进行图像分析来监视驾驶者的精神状态和警觉状态。这些装置通常包括照明装置以及摄像机以便即使在晚上或在黑暗环境(诸如隧道)中也能顺利拍摄。
然而，如果仅通过摄像机拍摄的图像来检查驾驶者状况，那么很难适当地对诸如光子环境造成的退化现象、摄像机镜头上的灰尘引起的成像错误、无法检查到驾驶者面部的一部分以及无法根据驾驶者的位置变化识别出驾驶者状况等之类的错误作出响应。这些错误被无条件地作为未受到注意的识别错误来对待。
此外，当错误被无条件地作为识别错误来对待时，不能向用户提醒实际上是什么问题引起该识别错误，从而用户无法适当地对这样的识别错误作出响应。因此，在常规装置中，既不能向用户提醒识别错误又不能向用户说明如何纠正该识别错误。
发明内容
本发明是考虑到上述问题而做出的，并且提供了一种用于检测驾驶者的当前状况(例如，他们的警觉状态、是否清醒等等)的装置，其通过使用红外LED和摄像机检查驾驶者状况，来减少由于摄像机故障或驾驶者的位置产生的识别错误。
根据本发明的一方面，一种用于检测驾驶者状况的装置包括：红外线(IR)传感器，其包含发射光信号(例如，红外光信号)的光发射单元和接收光信号的光接收单元，并且使用从光发射单元发射的光信号和由光接收单元接收的光信号之间的相位差来测量至前方的障碍物的距离；面部识别摄像机，其拍摄驾驶者的面部并从所拍摄的图像中检测驾驶者的面部；以及电子控制器，其使用通过IR传感器和面部识别摄像机测量的数据来确定识别错误是否已经发生，并且在识别错误已经发生的情况下分析所产生的识别错误。
根据本发明的另一方面，一种用于检测驾驶者状况的方法包括：通过IR传感器使用从光发射单元发射的光信号与由光接收单元接收的光信号之间的相位差，来测量至前方的障碍物的距离(步骤1)；拍摄驾驶者的面部并从所拍摄的图像中检测驾驶者的面部(步骤2)；通过电子控制器使用在步骤1和步骤2测量的数据来确定识别错误是否已经发生，并且在识别错误已经发生的情况下分析所产生的识别错误(步骤3)。
根据本发明，能够减少在驾驶者状况检测装置中由于周围环境或驾驶者的位置而产生的识别错误。此外，由于使用了红外线传感器以及摄像机，所以可以根据情况的数目将识别错误分类，并且因此可以更容易地识别每种识别错误的起因。最后，通过向用户提供错误消息，可以引导用户纠正识别错误。
附图说明
根据结合附图给出的以下详细说明，本发明的目的、特征和优点将更加明了，在附图中：
图1示出根据本发明示例性实施例的驾驶者状况检测装置的配置；
图2示出根据本发明示例性实施例的在汽车中配备的驾驶者状况检测装置；
图3示出根据本发明示例性实施例的用于检测驾驶者状况的方法的流程图；并且
图4示出根据本发明示例性实施例的检查与驾驶者的距离的方法。
附图中各要素的附图标记
图1
100：IR传感器            101：光发射单元
103：光接收单元    110：面部识别摄像机
120：电子控制器    130：显示单元
140：警报单元
图3
S200：拍摄图像     S210：发射并接收LED
S220：估算距离     S230：分析估算的距离和拍摄的图像
S240：根据分析的结果输出预设消息或警报
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在所有附图中将始终使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。这里包含的公知的功能和结构的详细描述可能会被省略以避免使本发明的主题变模糊。
应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的所有机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括燃气车、柴油车、混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
图1示出根据本发明示例性实施例的驾驶者状况检测装置的配置。
如图1中所示，根据本发明的驾驶者状况检测装置包括红外线(IR)传感器100、面部识别摄像机110、电子控制器120、显示单元130和警报单元140。IR传感器100是配置成测量IR传感器前方的障碍物与IR传感器100自身之间的距离的装置，并且包括发射预设光信号的光发射单元101以及接收周围光信号的光接收单元103。
光发射单元101为面部识别摄像机110提供照明，并且发射由光接收单元103接收的光。可见光线或远红外线发光二极管(LED)可以用作光发射单元101，但是红外线LED(IR LED)是优选的。
IR传感器100与IR传感器前方的物体之间的距离是例如根据从光发射单元101发射的光信号和由光接收单元103接收的光信号之间的相位差来测量的。这里，IR传感器前方的物体是指，存在于光发射单元101和光接收单元103前方的物体，例如驾驶者面部、驾驶者上身和/或驾驶者座椅等。稍后参考图4详细解释测量IR传感器100和前方的障碍物之间的距离的方法。
面部识别摄像机110配置成拍摄驾驶者的面部。然后在面部识别摄像机110拍摄的图像中检测驾驶者面部。面部识别摄像机110常常布置成与IR传感器相邻，因此放置在面部识别摄像机110前方的物体被识别为IR传感器100前方的物体。
电子控制器120基于由IR传感器100和面部识别传感器110测量的数据，来确定是否已经发生识别错误。然后电子控制器120在没有发生识别错误的情况下检查驾驶者的当前状况，并且在已经发生识别错误的情况下分析所产生的识别错误。因此，电子控制器120可以监视驾驶者的当前状况，并且当没有发生识别错误时确定驾驶者状况是处于正常驾驶状况还是处于有害驾驶状况。
在已经发生识别错误的情况下，电子控制器120根据分析的识别错误通过显示单元130为用户提供适当的情报消息(informationmessage)，使得驾驶者可以采取适当措施来纠正该识别错误。电子控制器120使用由IR传感器100和面部识别摄像机110测量的数据，根据各个情况分析识别错误。因此，电子控制器120可以根据由IR传感器100测量的距离来确定IR传感器前方的障碍物是什么以及驾驶者的位置是否正常。例如，当测得的距离在0cm与30cm之间时，可以确定物体或驾驶者面部非常靠近面部识别摄像机110。当测得的距离在40cm与60cm之间时，可以确定驾驶者的位置正常并且测得的距离是到驾驶者的上身的距离。可选地，当测得的距离在80cm与90cm之间时，可以确定驾驶者的位置异常并且测得的距离是到驾驶者的座椅而非驾驶者的距离。
根据从电子控制器120发送的信号，显示单元130显示表示驾驶者状况的驾驶者状况消息、表示所产生的识别错误的识别错误消息、表示对所产生的识别错误的分析的识别错误分析消息和/或配置成基于识别错误分析的结果对识别错误提供纠正指令的情报消息。取决于驾驶者状况是正常还是有害，使驾驶者状况消息不同地得到显示。
作为电子控制器120的结果，如果驾驶者状况是有害的，那么警报单元140可以输出警报。在一些实施例中，警报单元140可以是语音输出装置，并且可以配置成当识别错误发生时以音频格式输出识别错误消息或识别错误分析消息。
例如，在通常的光子环境和驾驶者位置的情况下，由IR传感器100测量的到驾驶者上身的距离被估算为在40cm与60cm之间，并且当在由面部识别摄像机110拍摄的图像中检测到驾驶者面部时，电子控制器120确定没有发生识别错误并检查驾驶者的当前状况。检查驾驶者的当前状况的结果可以分成正常驾驶状况或有害驾驶状况，并且通过显示单元130或警报单元140输出消息或警报。
作为另一实例，当驾驶者面部接近摄像机时，如果由IR传感器100测量的到驾驶者面部的距离被估算为在0cm与20cm之间，并且在由面部识别摄像机110拍摄的图像中没有正常地检测到驾驶者面部，则电子控制器120确定已经发生识别错误，分析该状态作为面部识别不可能状态，而且可以通过显示单元130或警报单元140输出识别错误消息和情报消息以检查用于监视驾驶者状况的驾驶者位置。
作为另一实例，当物体存在于面部识别摄像机110的前方时，由IR传感器100测量的到物体的距离被估算为15cm的固定值，并且当在由面部识别摄像机110拍摄的图像中没有检测到驾驶者面部时，电子控制器120确定已经发生识别错误，分析该状态作为面部识别不可能状态，并且通过显示单元130或警报单元140输出识别错误消息和情报消息以检查面部识别摄像机110前方的物体。
作为另一实例，当驾驶者面部由于背光状况或侧向光而处于非常黑暗或非常明亮的环境中时，如果由IR传感器100测量的到驾驶者上身的距离被估算为在40cm与60cm之间，并且在由面部识别摄像机110拍摄的图像中没有检测到驾驶者面部，那么电子控制器120确定已经发生识别错误，分析该状态作为面部识别不可能状态，并且通过显示单元130和警报单元140输出识别错误消息和情报消息以调整光子环境。
作为另一实例，当没有在驾驶者座椅位置检测到驾驶者面部时，如果由IR传感器100测量的到驾驶者座椅的距离被估算为在80cm与90cm之间，并且在由面部识别摄像机110拍摄的图像中没有检测到驾驶者面部，那么电子控制器120确定已经发生识别错误，分析该状态作为故障检测状态，并且通过显示单元130或警报单元140输出错误识别消息，其向驾驶者通知状况无法得到确定。
作为另一实例，当没有在通常的光子环境中检测到驾驶者面部时，如果由IR传感器100测量的到驾驶者上身的距离被估算为在40cm与60cm之间，并且在由面部识别摄像机110拍摄的图像中没有检测到驾驶者面部，那么电子控制器120确定已经发生识别错误，分析该状态作为故障检测状态，并且通过显示单元130或警报单元140输出错误识别消息，其向驾驶者通知状况无法得到确定。
关于IR传感器100测量的距离的标准不局限于以上示例性实施例中解释的厘米范围，并且到驾驶者面部的实际距离和到驾驶者上身的实际距离可以通过IR传感器数据的可选配置、根据驾驶者的体型而改变。因此，关于IR传感器100测量的距离的标准可以有差别地应用。
图2示出根据本发明示例性实施例的在汽车中配备的驾驶者状况检测装置。如图2中所示，根据本发明示例性实施例的驾驶者状况检测装置的IR传感器100和面部识别摄像机110可以布置在同一平面上。例证性地，一个光接收单元103布置在两个光发射单元101之间的光发射单元/接收器构造，被布置在面部识别摄像机110的两侧。在此实施例中，到前方障碍物的距离可以由IR传感器100测量，并且驾驶者的面部可以相应地由面部识别摄像机110拍摄。
图3是示出根据本发明示例性实施例的用于检测驾驶者状况的方法的流程图。如图3中所示，拍摄驾驶者面部的图像(200)。接着，光发射单元101发射光信号，并且光接收单元103接收光信号(210)。步骤200和210可以同时发生、按相反顺序发生或顺序地发生。然后，利用从光发射单元101发射的光信号与由光接收单元103接收的光信号之间的相位差，来估算至IR传感器100前方的障碍物的距离(220)。此后，由电子控制器120分析在步骤220估算的至障碍物的距离和在步骤200拍摄的驾驶者面部图像(230)，并且基于这些分析结果，在步骤230，通过显示单元130和警报单元140输出预设消息或警报(240)。预设消息可以是驾驶者状况消息、识别错误消息、识别错误分析消息和/或情报消息。
图4示出根据本发明示例性实施例的检查与驾驶者的距离的方法。如图4中所示，如果光发射单元101每tR发射持续to的光信号，光接收单元103在延迟时间tD之后接收到光信号。其中to是光发射单元101发送光信号的时间，tR是光接收单元103接收同一光信号的时间，并且tD是两者之间的时间延迟。此时，可以使用下面的公式1计算从IR传感器100(其包括光发射单元101和光接收单元103)到障碍物的距离，并且公式1在到障碍物的距离大约为1m的情况下可以具有厘米单位的精度。
公式1
D = c × t D 2
这里，“D”是到障碍物的距离，并且“c”是光速。
如上所述，根据本发明，可以高精度地估算从IR传感器100到IR传感器前方的障碍物的距离，因此可能会被摄像机环境或驾驶者位置等改变的到障碍物的距离以及驾驶者面部可以同时被面部识别摄像机110识别。因此，本发明提供了一种通过使用数据、分析识别错误、查找识别错误的起因并纠正识别错误，来监视和分析识别错误的方法。
本发明可以实现为在处理器或控制器可读记录介质中可读的计算机可读代码。计算机可读记录介质包括可以存储处理器可读数据的各种记录装置。处理器可读介质的一些实例是ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘、智能卡和光学数据存储器装置等。此外，处理器可读记录介质可以分布在通过网络连接的计算机系统中，并且处理器/控制器可读代码可以通过例如远程信息处理或控制器局域网(CAN)以分布式方式被存储和执行。
尽管已经在上文中详细描述了本发明的示例性实施例，但是应该清楚理解的是，本领域技术人员可能会想到的本文中教导的基本发明概念的许多变型和改型将会仍然落入所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

Claims (12)

1.一种用于检测驾驶者状况的装置，所述装置包括：
红外线(IR)传感器，其包含配置成发射光信号的光发射单元和配置成接收光信号的光接收单元，并且使用从所述光发射单元发射的光信号和由所述光接收单元接收的所述光信号之间的相位差来测量至所述IR传感器前方的障碍物的距离；
摄像机，其被配置成拍摄驾驶者的面部并从所拍摄的图像中检测驾驶者的面部；以及
电子控制器，其被配置成使用通过所述IR传感器和所述摄像机测量的数据来确定识别错误是否已经发生，并且在识别错误发生时分析任何产生的识别错误。
2.如权利要求1所述的装置，还包括：
显示单元，其被配置成在识别错误发生时显示识别错误消息、识别错误分析消息和情报消息中的至少一者。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述IR传感器前方的所述障碍物是驾驶者面部、驾驶者上身和驾驶者座椅中的至少一者。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述电子控制器被配置成基于由所述IR传感器测量的距离来识别驾驶者位置或所述IR传感器前方的所述障碍物。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述IR传感器被配置成使用在发送光信号的时刻和所述光接收单元接收所述光信号的时刻之间发生的延迟时间，来测量至所述IR传感器前方的所述障碍物的距离。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述电子控制器被配置成当没有发生识别错误时，使用由所述IR传感器和所述摄像机测量的数据来确定驾驶者状况是处于正常驾驶状况还是处于有害驾驶状况。
7.如权利要求6所述的装置，还包括：
警报单元，其被配置成当作为所述电子控制器进行的确定的结果，确定驾驶者状况处于有害驾驶状况时，输出警报。
8.一种用于检测驾驶者状况的方法，所述方法包括：
通过红外线(IR)传感器使用从光发射单元发射的光信号与由光接收单元接收的所述光信号之间的相位差，来测量至所述IR传感器前方的障碍物的距离(步骤1)；
由摄像机拍摄驾驶者的面部并由所述摄像机从所拍摄的图像中检测驾驶者的面部(步骤2)；
通过控制器使用在步骤1和步骤2测量的数据来确定识别错误是否已经发生，并且在识别错误已经发生的情况下通过所述控制器分析所产生的识别错误(步骤3)。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
当识别错误发生时，由显示单元显示识别错误消息、识别错误分析消息和情报消息中的至少一者(步骤4)。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述IR传感器前方的所述障碍物是驾驶者面部、驾驶者上身和驾驶者座椅中的一个。
11.如权利要求8所述的方法，还包括由所述控制器基于在步骤1测量的距离来识别驾驶者位置或所述IR传感器前方的所述障碍物。
12.如权利要求8所述的方法，其中步骤1使用所述光接收单元接收光信号的时刻与所述光发射单元发射所述光信号的时刻之间的时间延迟来测量至所述IR传感器前方的所述障碍物的距离。
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