DE102011011221A1 - Method for recognition of attention of driver of motor car and production of activity signal for adaptive cruise control stop and go driver assistance system, involves producing activity signals from determined driver attention - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Aufmerksamkeit des Fahrers eines Kraftfahrzeugs und zur Erzeugung eines Signals für ein Fahrerassistenzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Verwendung des Verfahrens in einem Fahrerassistenzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The invention relates to a method for detecting the attention of the driver of a motor vehicle and for generating a signal for a driver assistance system according to the preamble of claim 1, as well as a use of the method in a driver assistance system according to the preamble of
Bisherige Algorithmen zur Erkennung der Fahreraufmerksamkeit, wie beispielsweise über die Betrachtung der Kopfrotation und den Lidschluss, arbeiten im Wesentlichen basierend auf Modellen. Große Probleme gibt es dabei bei Brillenträgern und Bartträgern, die bisher gegen eine Einführung derartiger Algorithmen im Fahrzeug sprechen. Zusätzlich gewährleisten diese Algorithmen keine Lebend- oder Täuschungs-Erkennung, was auch als Fake-Erkennung bezeichnet wird, die für ein autonomes Assistenzsystem notwendig ist, da sonst ein Missbrauch und damit eine Beeinträchtigung der funktionalen Sicherheit nicht ausgeschlossen werden kann.Previous algorithms for detecting driver attention, such as regarding head rotation and eyelid closure, operate essentially based on models. There are great problems with eyeglass wearers and beards, who speak so far against introducing such algorithms in the vehicle. In addition, these algorithms do not provide for live or deceptive detection, which is also referred to as fake detection, which is necessary for an autonomous assistance system, since otherwise abuse and thus impairment of functional safety can not be ruled out.
Die Druckschrift
Ferner ist aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung der Fahreraktivität und dessen Verwendung in einem Fahrerassistenzsystem, beispielsweise einem ACC-System mit Stop&Go-Funktionalität (ACC: Adaptive Cruise Control oder automatische Distanzregelung), anzugeben.The invention is therefore based on the object, an improved method for detecting the driver activity and its use in a driver assistance system, such as an ACC system with Stop & Go functionality (ACC: Adaptive Cruise Control or automatic distance control) to specify.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a driver assistance system having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung der Aufmerksamkeit des Fahrers eines Kraftfahrzeugs und zur Erzeugung eines Aktivitätssignals für ein Fahrerassistenzsystem führt mittels einer biometrischen Gesichtserkennung durch ein gesichtsbiometrisches Kamerasystem die folgenden Schritte durch:
- a) Aufnehmen eines Fahrerbildes und Bestimmen des Vorhandensein des Fahrers anhand des Fahrerbildes,
- b) Prüfen ob es sich um einen realen Fahrer oder um einen Täuschungsversuch handelt,
- c) Extrahieren von Gesichtsmerkmalen des Fahrers aus dem Fahrerbild, falls die Schritte a) und b) positiv sind,
- d) Bestimmen der Fahreraufmerksamkeit aus den extrahierten Merkmalen, und
- e) Erzeugen eines Aktivitätssignal aus der in Schritt d) bestimmten Fahreraufmerksamkeit.
- a) recording a driver image and determining the presence of the driver based on the driver image,
- b) Checking whether it is a real driver or an attempted deception,
- c) extracting facial features of the driver from the driver image if steps a) and b) are positive,
- d) determining driver attention from the extracted features, and
- e) generating an activity signal from the driver attention determined in step d).
Vorzugsweise werden zu Fahrtbeginn ein frontales Bild des Fahrers als initiales Fahrerbild und seine extrahierten Merkmale zu Vergleichszwecken gespeichert, um das Verfahren auf einen definierten Ausgangszustand aufsetzen zu können. Dieser Vorgang läuft vorzugsweise automatisch ab und wird beispielsweise mit dem Entriegeln des Fahrzeugs initiiert, da der Vorgang des Entriegelns zumindest eine teilweise Stromversorgung des Fahrzeugs und eine Aktivierung bzw. Initiierung vorgegebener Fahrerassistenzsysteme bewirkt.Preferably, a frontal image of the driver as an initial driver image and its extracted features are stored at the beginning of the journey for comparison purposes, in order to be able to set the method to a defined initial state. This process preferably takes place automatically and is initiated, for example, with the unlocking of the vehicle, since the process of unlocking causes at least a partial power supply of the vehicle and an activation or initiation of predetermined driver assistance systems.
Vorzugsweise wird der Schritt a), d. h. das Aufnehmen eines Fahrerbildes und die Bestimmung des Vorhandenseins eines Fahrers, durch eine Bestimmung der Gesichtskontur des Fahrers im aufgenommenen Fahrerbild durchgeführt.Preferably, step a), i. H. the taking of a driver image and the determination of the presence of a driver, performed by a determination of the driver's facial contour in the recorded driver image.
Weiter bevorzugt wird Schritt b) des Verfahrens durch eine Lebend-Erkennung, eine Täuschungs-Erkennung und eine Fahreridentifizierung durchgeführt.Further preferred is step b) of the method by a live recognition, a Deception detection and driver identification performed.
Insbesondere kann die Lebend-Erkennung durch eine laufende Überprüfung intrinsischer Bewegungen des Fahrerkopfes und/oder des Fahrergesichts erfolgen. Intrinsische Bewegungen sind beispielsweise Kopf- und/oder Lidbewegungen über einen vorgegebenen Zeitraum.In particular, the live recognition can be carried out by a continuous check of intrinsic movements of the driver's head and / or the driver's face. Intrinsic movements are, for example, head and / or eyelid movements over a given period of time.
Die Täuschungserkennung kann durch Überprüfung des Abstandes Fahrerkopf und Kamera, den Einsatz gepulster Nah-Infrarotbeleuchtung und/oder der Helligkeitsverteilung im erkannten Fahrergesicht erfolgen. Die Ergebnisse der Täuschungserkennung können auch zumindest teilweise in die Lebend-Erkennung einfließen.The deception detection can be done by checking the distance between the driver's head and camera, the use of pulsed near-infrared illumination and / or the brightness distribution in the recognized driver's face. The results of the detection of deception can also at least partially be incorporated into the live recognition.
Weiter bevorzugt erfolgt die Fahreridentifizierung anhand des Ähnlichkeitswertes des initial gespeicherten Fahrerbildes und des aktuellen Fahrerbildes, was auch als Matchscore bezeichnet wird.More preferably, the driver identification is based on the similarity value of the initially stored driver image and the current driver image, which is also referred to as a match score.
Vorzugsweise werden die Gesichtsmerkmale Kopfrotation, Kopfposition, X- und Y-Koordinaten der Fahreraugen und der Augenöffnungsgrad extrahiert, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist. Weitere geeignete Merkmale wie beispielsweise Kopfneigungswinkel oder Mundmerkmale können verwendet werden.Preferably, the facial features head rotation, head position, X and Y coordinates of the driver's eyes, and the eye opening degree are extracted, the enumeration being incomplete. Other suitable features such as head angle or mouth features may be used.
Zur Bestimmung der Fahreraktivität wird vorzugsweise ein biometrischer Vergleich der extrahierten aktuellen Gesichtsmerkmale mit den gespeicherten Gesichtmerkmalen des initialen Fahrerbildes durchgeführt.To determine the driver's activity, a biometric comparison of the extracted current facial features with the stored facial features of the initial driver's image is preferably performed.
Vorzugsweise wird der Fahrer als aktiv eingeschätzt und ein Aktivitätssignal erzeugt, wenn der biometrische Vergleich eine frontale Kopfrichtung und einen Augenöffnungsgrad, der offenen Augen entspricht, ergibt.Preferably, the driver is estimated to be active and an activity signal is generated when the biometric comparison gives a frontal head direction and an eye opening degree corresponding to open eyes.
Das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, welches das im Vorangegangenen erläuterte Verfahrens verwendet, umfasst ein gesichtsbiometrisches Kamerasystem, welches den Fahrer insbesondere während der Standzeit des Kraftfahrzeugs im Stau beobachtet und ein Fahrerbild erzeugt, und ein Steuergerät zur Durchführung der biometrischen Gesichtserkennung. Dabei erfolgt vom Fahrerassistenzsystem dann eine fahrerseitige Anfahrfreigabe, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
- i) der Fahrersitz ist belegt sowie Tür und Gurtschloss geschlossen,
- ii) der Lenkradwinkel liegt zwischen +/–60 Grad,
- iii) die Gesichtskontur im Fahrerbild ist erkannt,
- iv) das Fahrergesicht ist ”lebendig”,
- v) der Fahrerkopf ist für eine vorgegebene Zeit t1 frontal ausgerichtet, und
- vi) die Augen des Fahrers sind für eine vorgegebene Zeit t2 offen.
- i) the driver's seat is occupied and the door and buckle are closed,
- ii) the steering wheel angle is between +/- 60 degrees,
- iii) the facial contour in the driver's image is recognized,
- iv) the driver's face is "alive",
- v) the driver head is frontally aligned for a predetermined time t1, and
- vi) the driver's eyes are open for a predetermined time t2.
Als Fahrerassistenzsystems kommen ACC-Fahrerassistenzsysteme mit Stop & Go-Funktionalität oder alle Systeme für autonome oder automatisierte Fahrunterstützung in Betracht, die im stehenden oder fahrenden Zustand Informationen über den Fahrerzustand benötigen.As a driver assistance system, ACC driver assistance systems with stop-and-go functionality or all systems for autonomous or automated driving support are considered, which require information about the driver's state when standing or driving.
Weiter bevorzugt erfolgt ein Fahrfreigabe für das Kraftfahrzeug dann, wenn neben der fahrerseitigen Freigabe eine Freigabe der Fahrt durch weitere Fahrzeugsensoren erfolgt. Mit anderen Worten, es erfolgt eine Sensorfusion der fahrerseitigen Freigabe mit Ergebnissen anderer Umfeldsensoren wie beispielsweise Radar, Laser und/oder Außenkamera.Further preferably, a drive release for the motor vehicle takes place when, in addition to the driver-side release, a release of the drive takes place by further vehicle sensors. In other words, there is a sensor fusion of the driver-side release with results of other environment sensors such as radar, laser and / or outdoor camera.
Die beschriebenen Signale des gesichtsbiometrischen Kamerasystems werden daher neben der klassischen Fahrerpersonalisierung vorrangig für Eingangssignale von Fahrerassistenzsystemen, beispielsweise in einem ACC-Fahrerassistenzsystem, genutzt. Der zusätzliche Vorteil besteht in der Mehrfachnutzung eines Algorithmus auf einem Steuergerät, so dass weitere Softwarevarianten entfallen.The described signals of the facial biometric camera system are therefore used in addition to the classic driver personalization primarily for input signals of driver assistance systems, for example in an ACC driver assistance system. The additional advantage is the multiple use of an algorithm on a control unit, so that accounts for more software variants.
Ferner erfolgt nunmehr die Anfahrfreigabe, die derzeit nach einer kurzen Standzeit, beispielsweise in einem Stau, manuell durch eine Betätigung eines Hebels am Lenkstock oder des Beschleunigungspedals, durch die biometrische Gesichtserkennung, wobei zusätzlich mit dem Algorithmus eine sogenannte Lebend- und Täuschungserkennung erfolgt, um beispielsweise das Lesen einer Zeitung im Stau zu detektieren, in welchem Fall keine Anfahrfreigabe erfolgt und damit die funktionale Sicherheit erhöht wird.Furthermore, now the Anfahrfreigabe, which is currently after a short life, for example, in a traffic jam, manually by an operation of a lever on the steering column or the accelerator pedal, by the biometric face recognition, which additionally takes place with the algorithm so-called detection of life and deception, for example to detect the reading of a newspaper in a traffic jam, in which case no start-up clearance occurs and thus the functional safety is increased.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigtA preferred embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawings. It shows
Die für einen Anfahrentscheidung beteiligten Komponenten des ACC-Fahrerassistenzsystems mit Stop&Go-Funktionalität sind das HMI
Das biometrische Erkennungssystem
Aus den entsprechenden Signalen der beteiligten Komponenten HMI
Das gesichtsbiometrische Kamerasystem, auch abgekürzt als GBKS bezeichnet, der Fahrerbeobachtung
- – der Fahrersitz ist belegt, Tür und Gurtschloss sind geschlossen,
- – der Lenkradwinkel liegt zwischen –/+60 Grad,
- – das GBKS erkennt Gesichtskontur des Fahrers im Videobild,
- – das GBKS erkennt, dass das Gesicht des Fahrers ”lebendig” ist,
- – das GBKS erkennt, dass der Kopf des Fahrers für eine vorgegebene Zeit t1 frontal ausgerichtet ist, und
- – das GBKS erkennt, dass die Augen des Fahrers für eine vorgegebene Zeit t2 offen sind.
- - the driver's seat is occupied, door and buckle are closed,
- - the steering wheel angle is between - / + 60 degrees,
- - the GBKS recognizes the driver's facial contour in the video image,
- - the GBKS recognizes that the driver's face is "alive",
- - the GBKS recognizes that the head of the driver is frontal for a given time t1, and
- - the GBKS recognizes that the driver's eyes are open for a given time t2.
Sind alle Parameter erfüllt, erfolgt von Seiten des gesichtsbiometrisches Kamerasystem eine Anfahrfreigabe für das Teilsystem ”Fahrer”. Eine endgültige Entscheidung für ACC Stop&Go wird über die Fusion mit anderen Fahrzeugsensoren (Radar, Außenkamera, etc.) getroffen.If all parameters are met, the face biometric camera system initiates a start-up release for the "driver" subsystem. A final decision for ACC Stop & Go will be made by merging with other vehicle sensors (radar, outdoor camera, etc.).
Die hier verwendeten Werte des Algorithmus sind:
- – der Match Score, d. h. der Ähnlichkeitswert zwischen einem hinterlegten Frontalbild
- – des Fahrers und dem aktuellen Gesichtbild des Fahrers, dem sogenannten Livebild,
- – die X- und Y-Koordinaten der detektierten Augen des Fahrers aus dem aktuellen Bild
- – der aktuelle Augenöffnungsgrad in Prozent, und
- – die geschätzte Kopfposition aus den geometrischen Verhältnissen im aktuellen Fahrergesicht.
- - The match score, ie the similarity value between a stored frontal image
- The driver and the current face of the driver, the so-called live image,
- The X and Y coordinates of the driver's detected eyes from the current image
- - the current eye opening degree in percent, and
- - The estimated head position from the geometric relationships in the current driver's face.
Dabei sind die X- und Y-Koordinaten der Fahreraugen bezogen beispielsweise auf die jeweilige Augenmitte oder Augenecken, um eine konsistente Koordinatendefinition zu erhalten.The X and Y coordinates of the driver's eyes are related, for example, to the respective center of the eye or corners of the eye in order to obtain a consistent coordinate definition.
Zur Erkennung der oben genannten Kopfrotation gelten die folgenden Bedingungen:
- – der Matchscore ist abhängig von der Kopfrotation,
- – Ist der Kopf frontal, d. h. die Kopfrotation ist 0 Grad, dann ist der Match Score maximal (100%), d. h. das aktuelle Bild ist zum gespeicherten initialen Bild absolut ähnlich,
- – dreht der Fahrer den Kopf, dann sinkt der Match Score,
- – ab etwa 30 Grad hat der Match Score üblicherweise den Wert Null, mit anderen Worten bis zu diesem Winkel ist eine direkte Winkel- und sektorenabhängige Erkennung möglich,
- – Erkennung der Rotationsrichtung (links/rechts) erfolgt über Symmetrie- und Richtungsberechnung der x- und y-Augenpunkte.
- - the match score depends on the head rotation,
- - If the head is head-on, ie the head rotation is 0 degrees, then the match score is maximum (100%), ie the current image is absolutely similar to the stored initial image,
- - turns the driver's head, then the score decreases,
- - from about 30 degrees, the match score usually has the value zero, in other words up to this angle a direct angle and sector-dependent detection is possible,
- - Detection of the direction of rotation (left / right) takes place via symmetry and direction calculation of the x and y eye points.
Dabei bedeutet der Wert von 30 Grad nicht die Grenze der Funktionsfähigkeit des Systems, sondern der Wert signalisiert nur, dass der Fahrer nicht mehr frontal schaut. Eine Erkennung des Fahrers funktioniert noch über den Wert mittels der Betrachtung der Historie und eine Prognose ist über den Bereich hinaus möglich.The value of 30 degrees does not mean the limit of the functionality of the system, but the value only signals that the driver no longer looks head-on. A recognition of the driver still works on the value by means of the consideration of the history and a prognosis is possible beyond the range.
Im nächsten Schritt
Nachdem die Voraussetzungen des Schrittes
Im Schritt
Anschließend wird im nächsten Schritt
Die im Ablaufdiagramm angesprochenen Schritt
Die Täuschungs- und Lebend-Erkennung der bevorzugten Ausführungsform arbeitet wie folgt:
- – das gesichtsbiometrische Kamerasystem erwartet den Kopf des Fahrers in einer gewissen Entfernung vor der Kamera, dem sog. Erwartungsraum, womit einfache Foto-Täuschungen ermittelt werden können,
- – der Einsatz von gepulster Nah-Infrarot-Beleuchtung führt zur Aufdeckung von Video-Täuschungen,
- – es wird eine laufende Prüfung intrinsische Bewegungen (Kopf- und Lidbewegungen über einen Zeitraum), was zur Detektion von Abdeckung von Foto- und Puppen-Täuschungen führt,
- – mittels der Überprüfung von Helligkeitsverteilungen im erkannten Gesicht durch Abgleich zwischen bekannten Verläufen sowie Abgleich zwischen Sonnensensorrichtung und Helligkeitsverteilung im Gesicht werden Foto- und Videotäuschungen ermittelt, und
- – eine Unterscheidung zwischen Fahrer und Beifahrer erfolgt über das initial gespeichertes Frontalbild: beugt sich beispielsweise der Beifahrer in die Fahrerzone, dann würde das System einen deutlich geringeren Match Score berechnen und keine Freigabe erteilen, wodurch eine Abdeckung einer absichtlichen Fehlbedienung erreicht wird.
- The facial biometric camera system expects the head of the driver at a certain distance in front of the camera, the so-called expectation space, with which simple photo illusions can be determined
- - the use of pulsed near-infrared lighting leads to the detection of video illusions,
- It is an ongoing examination intrinsic movements (head and eyelid movements over a period of time), which leads to the detection of cover of photo and doll delusions,
- - By checking brightness distributions in the recognized face by matching between known gradients and balance between the sun sensor direction and brightness distribution in the face photo and video illusions are determined, and
- - A distinction between the driver and front passenger over the initially stored frontal image: bends, for example, the passenger in the driver's area, then the system would charge a significantly lower match score and grant no clearance, which covers a deliberate misuse is achieved.
Eine Unterscheidung zwischen Fahrer und Beifahrer kann auch über die unterschiedliche Kopfrotation mittels der Auswertung der X- und Y-Augenpunkte erfolgen.A distinction between driver and front passenger can also be made via the different head rotation by means of the evaluation of the X and Y eye points.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- HMI (Mensch-Maschine-InterfaceHMI (human-machine interface
- 1a1a
- Beschleunigungspedalaccelerator pedal
- 1b1b
- Lenkstockpitman
- 1c1c
- Kombiinstrumentinstrument cluster
- 22
- Antriebdrive
- 2a2a
- Gangcorridor
- 2b2 B
- Verzögerungdelay
- 2c2c
- Beschleunigungacceleration
- 33
- Umfeldsensorikenvironment sensors
- 3a3a
- Videokamera FrontscheibeVideo camera windscreen
- 3b3b
- Radar (Fernbereich)Radar (far range)
- 3c3c
- Ultraschall (Nahbereich)Ultrasound (close range)
- 44
- Biometrisches ErkennungssystemBiometric recognition system
- 55
- Fahrerparameterdriver parameters
- 66
- Fahrerbeobachtungdriver observation
- 77
- AnfahrentscheidungAnfahrentscheidung
- 1111
- InnenraumkameraInterior camera
- 1212
- Steuergerätcontrol unit
- 1313
- Gesichtssucheface search
- 1414
- Augenfindereye finder
- 1515
- BildqualitätsprüfungImage quality test
- 1616
- Gesichtsnormalisierungface normalization
- 1717
- Vorbereitungpreparation
- 1818
- Merkmalsextraktionfeature extraction
- 1919
- Musterbildungpatterning
- 2020
- Speicherung Frontalbild und Merkmalsextraktion aktueller FahrerStorage of frontal image and feature extraction of current drivers
- 2121
- Voraussetzungenrequirements
- 2222
- LivebildLive image
- 2323
- Gesichtskontur vorhandenFacial contour available
- 2424
- Täuschungsversuchattempt to deceive
- 25 25
- Merkmalsextraktion aus LivebildFeature extraction from live image
- 2626
- Biometrischer VergleichBiometric comparison
- 2727
- Kopfrichtung nicht frontalHead direction not frontal
- 2828
- Kopfrichtung frontalHead direction frontal
- 2929
- AugenöffnungsgradEye opening degree
- 3030
- Augen geschlosseneyes closed
- 3131
- Augen offenEyes open
- 3232
- Freigaberelease
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007023140 A1 [0003] DE 102007023140 A1 [0003]
- DE 102008031697 A1 [0004] DE 102008031697 A1 [0004]
Claims (12)
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DE102011011221.9A DE102011011221B4 (en) | 2010-12-30 | 2011-02-15 | Method for detecting the attention of the driver of a motor vehicle |
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
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