DE10324841A1 - Vigilance level determination device for machine operator or vehicle driver using evaluation of measured pupil size of at least one eye - Google Patents

Vigilance level determination device for machine operator or vehicle driver using evaluation of measured pupil size of at least one eye Download PDF

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Abstract

The device has an image recording unit for time-dependent measurement of the pupil size of at least one eye of the machine operator or the vehicle driver, with input of the machine operator or vehicle driver identification and evaluation of the vigilance level dependent on the measured pupil size, for automatic blocking of the operation of the machine or the vehicle, when the vigilance level is insufficient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Vigilanzzu-stands eines Benutzers, der eine sicherheitsrelevante Funktion an einem Aggregat ausüben, insbesondere eine Maschine bedienen oder ein Fahrzeug steuern soll.The The invention relates to a device for determining the level of vigilance of a user who exercise a safety-related function on an aggregate, in particular operate a machine or control a vehicle.

Vigilanz ist das Gegenteil von Schläfrigkeit. Es bedarf keiner näheren Erläuterung, ein wie hohes Gefährdungspotential davon ausgeht, daß die Bedienungsperson eines technischen Aggregats einnickt oder einschläft. Dem individuellen und kommerziellen Kraftfahrzeugverkehr kommt hier als Massenphänomen eine besondere Bedeutung zu. Die Medien sind voll von Berichten über Unfälle, die von übermüdeten Kraftfahrern verursacht werden. Der Wettbewerbsdruck in der Logistikbranche ist bekannt lich hoch. Leider kommt es daher immer wieder zu Verstößen gegen vorgeschriebene Ruhezeiten von Lastkraftwagen- oder Busfahrern.vigilance is the opposite of drowsiness. It requires no closer Explanation, a high risk potential assumes that the Operator of a technical unit einnickt or falls asleep. the individual and commercial motor vehicle traffic comes here as a mass phenomenon a special meaning too. The media are full of reports of accidents that of tired drivers caused. The competitive pressure in the logistics industry is known high. Unfortunately, it is therefore always against violations mandatory rest periods of lorry or bus drivers.

Es gibt durchaus objektive Möglichkeiten, die Vigilanz oder Schläfrigkeit eines Menschen zu bestimmen. Eine bewährte Methode ist die Aufzeichnung der spontanen und unbewußten Bewegung der Pupille im Dunkeln. Bei zunehmender Schläfrigkeit treten typische Pupillenbewegungen auf. Es sind dies langsame Oszillationen im Pupillendurchmesser, sogenannte Ermüdungswellen, die häufig von einem allmählichen Engerwerden der Pupille überlagert sind.It are quite objective ways the vigilance or drowsiness to determine a person. A proven method is the recording the spontaneous and the unconscious Movement of the pupil in the dark. With increasing drowsiness occur typical pupil movements. These are slow oscillations in the pupil diameter, so-called fatigue waves, often from a gradual Enlargement of the pupil is superimposed are.

Es sind Laboruntersuchungen bekannt, bei denen das Auge einer Versuchsperson unter Infrarotbeleuchtung mit einer Videokamera beobachtet und die Änderungen der Pupillengröße aufgezeichnet werden. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Technik für die Vigilanzbestimmung speziell, aber nicht ausschließlich im Straßenverkehr alltagstauglich zu machen.It Laboratory tests are known in which the eye of a subject under infrared lighting with a video camera and observed the changes the pupil size are recorded. The object of the invention is to provide this technique for vigilance determination specifically, but not exclusively in traffic suitable for everyday use.

Die diese Aufgabe lösende Vorrichtung ist ein leichterhand transportables, von dem Benutzer selbstbedienbares Gerät mit Mitteln zur eindeutigen Identifikation des Benutzers. Die Vorrichtung weist eine Bildaufzeichnungseinheit für die zeitabhängige Messung der Pupillengröße wenigstens eines Auges des Benutzers auf. Sie ist geeignet, anhand des Meßergebnisses den Vigilanzzustand des Benutzers zu bewerten und dementsprechend das Aggregat, an dem der Benutzer eine sicherheitsrelevante Funktion ausüben soll, automatisch zu sperren oder freizugeben.The solving this task Device is an easy-to-carry, self-operable by the user Device with Means for unique identification of the user. The device has an image recording unit for the time-dependent measurement the pupil size at least one eye of the user. It is suitable based on the measurement result to evaluate the vigilance state of the user and accordingly the aggregate to which the user is to perform a safety-related function, automatically lock or unlock.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Vorrichtung eine Bildaufzeichnungseinheit mit Infrarotlichtbeleuchtung und infraroter Bilddetektion. Die Pupillengröße wird so mit bestmöglicher Genauigkeit gemessen.at a preferred embodiment the device has an image recording unit with infrared light illumination and infrared image detection. The pupil size is thus with the best possible Accuracy measured.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine binokulare Brille mit zwei Bildaufzeichnungseinheiten für die gleichzeitige Messung der Pupillengröße beider Augen auf. Diese binokulare Aufzeichnung schafft Redundanz. Aufgrund des mehr oder weniger doppelten Datenflusses wird eine bessere Signalqualität erreicht. Überdies besteht die Möglichkeit, die Pupillenbewegungen beider Augen zu korrelieren, um systematische Fehler zu eliminieren und/oder anatomische und physiologische Anomalien der beiden Augen auszugleichen. Einfach gesagt, hat man eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, an wenigstens einem Auge, wenn nicht beiden Augen zugleich richtig zu messen.at a preferred embodiment the device a binocular glasses with two image recording units for the simultaneous measurement of pupil size of both eyes. This Binocular recording creates redundancy. Because of more or less duplicate data flow will result in better signal quality. moreover it is possible, to correlate the pupil movements of both eyes to systematic Eliminate errors and / or anatomical and physiological abnormalities to balance the two eyes. Simply put, you have an increased probability in at least one eye, if not both eyes right at the same time to eat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform läßt sich die Brille abdunkeln. Die Infrarotmessung des Pupillendurchmessers eines Auges läßt sich am besten bei Dunkelheit durchführen.at a preferred embodiment let yourself darken the glasses. The infrared measurement of the pupil diameter One eye leaves best done in the dark.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Brille ein Fixationstarget auf.at a preferred embodiment the glasses on a fixation target.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mit aufgesetzter Brille ein Display sichtbar. Das Einblenden von Informationen an dem Display ist eine besonders praktische Möglichkeit der Benutzerführung bei der Selbstbedienung der Vorrichtung.at a preferred embodiment is visible with attached glasses a display. The fade in Information on the display is a particularly practical option the user guide in the self-service of the device.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen aktiven oder passiven Schallschutz auf. Der Schallschutz trägt dem Umstand Rechnung, daß das Ergebnis der erfindungsgemäßen Vigilanzbestimmung durch Hörschall beeinflußt werden kann. Die Wirkung ist ambivalent. Abrupter Schall wie der Klingelton eines Weckers oder auch Musik hat eine Weckfunktion oder wachhaltende Funktion, die allerdings mit zunehmendem Ermüdungsgrad abfällt. Monotoner Schall schläfert eher ein. Es empfiehlt sich daher, Hörschalleinflüsse auf den Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung soweit wie möglich auszuschalten, um ein möglichst objektives Ergebnis zu erzielen.at a preferred embodiment the device on an active or passive sound protection. Of the Soundproofing contributes the fact that the Result of the vigilance determination according to the invention by sound of hearing affected can be. The effect is ambivalent. Abrupt sound like that Ringtone of an alarm clock or even music has a wake-up function or maintaining function, but with increasing degree of fatigue drops. Monotonous sound rather sleeps on. It is therefore advisable to Hörschalleinflüsse on the user of the device according to the invention as far as possible turn off as much as possible achieve objective result.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Vorrichtung eine Sicherung, mit der sich das Anlegen des Schallschutzes während der Messung überprüfen läßt. Es bedarf dazu nur eines oder mehrerer kurzen/kurzer Kabel(s), mit dem/denen ein Kopfhörer des Schallschutzes an die binokulare Brille angeschlossen wird. Das Bestehen der Anschlußverbindung läßt sich auf einfache Weise elektronisch überprüfen.at a preferred embodiment the device has a fuse with which the application of the Soundproofing during the measurement can be checked. It requires with only one or more short / short cables (s) with which a headphone the sound insulation is connected to the binocular glasses. The existence of the connection let yourself check electronically in a simple way.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann dem Benutzer der Vorrichtung durch einen zugleich dem Schallschutz dienenden Kopfhörer akustische Information übermittelt werden. Das ist eine ebenfalls praktische Form der Benutzerführung bei der Selbstbedienung.In a preferred embodiment the user of the device can be transmitted by a simultaneously serving the soundproofing headphones acoustic information. This is another practical form of self-service user guidance.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einer Eingabe für eine Personenkennung des Benutzers versehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Identifikation des Benutzers mit Mitteln zur Bilderkennung von dessen Gesicht oder Teilen davon, insbesondere seiner Augenpartie, seiner Netzhautstruktur oder seines Papillarmusters an der Fingerkuppe versehen sein. Damit ist eine eindeutige Personenerkennung möglich, und es wird Manipulationen entgegengewirkt.at a preferred embodiment is the device with an input for a person ID of the User provided. Alternatively or additionally, the identification the user with means for image recognition of the face or Parts of it, especially its eye area, its retinal structure or his papillary pattern on the fingertip. In order to a clear person recognition is possible, and it becomes manipulations counteracted.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einer Ausgabe für die Betriebsfreigabe eines Aggregats versehen, an dem der Benutzer eine sicherheitsrelevante Funktion ausüben soll.at a preferred embodiment is the device with an operating release one output Aggregate provided at which the user a security-relevant Exercise function should.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert.The The invention will be explained in more detail below with reference to an example.

Vor Fahrtantritt eines Lastkraftwagens werden in der Zentrale einer Spedition mehrere Betriebsfreigabecodes in den Bordrechner des Lastkraftwagens eingegeben und dort verschlüsselt und verdeckt abgelegt. Die Betriebsfreigabecodes sind jeweils einem ganz bestimmten Fahrer eindeutig zugeordnet.In front Ride of a truck are in the headquarters of a Spedition several operation release codes in the on-board computer of the truck entered and encrypted there and stored face down. The operation release codes are each one clearly assigned to specific drivers.

Der Fahrer nimmt eine Vorrichtung zur Bestimmung seines Vigilanzzu-stands in die Fahrerkabine mit. Zu der Vorrichtung gehören ein tragbarer Computer (Laptop, Notebook), eine binokulare Brille und ein kopfhörerartiger Schallschutz.Of the Driver takes a device to determine his Vigilanzzu-stand in the cab With. Belong to the device a portable computer (laptop, notebook), binocular glasses and an earphone-like Soundproofing.

Zur elektrischen Versorgung der Vorrichtung dient ein zu dem Computer gehöriges Akkumulatorpaket. Die Vorrichtung kann aber auch aus dem Bordnetz des Lastkraftwagens gespeist sein.to electrical supply to the device serves a to the computer belonging Battery Pack. The device can also be from the electrical system be fed by the truck.

Die Brille hat mit einem lichtdichten Gehäuse Paßsitz am Gesicht des Benutzers. Sie läßt sich mit einer frontal aufsetzbaren Klappe total abdunkeln. Im Innern der Brille befinden sich Infrarotlichtquellen und infrarotlichtempfindliche Videokameras, die auf je ein Auge des Benutzers gerichtet sind. Die Kameras zeichnen die Pupillengröße der Augen zeitabhängig auf. Zur Auswertung des Meßergebnisses ist die Brille an den Computer angeschlossen.The Glasses have a light-tight housing snug fit on the user's face. She lets herself completely darkened with a frontally attachable flap. At the inside The glasses are infrared light sources and infrared sensitive Video cameras that are directed to one eye of the user. The cameras record the pupil size of the eyes time-dependent. For evaluation of the measurement result the glasses are connected to the computer.

Vor Beginn einer Vigilanzbestimmung gibt der Fahrer eine Personenkennung in den Computer ein, die ihm allein bekannt und persönlich zugeordnet ist. Der Computer überprüft die Personenkennung auf Plausibilität. Andere Möglichkeiten zur eindeutigen Identifizierung des Fahrers sind die Bilderkennung von dessen Gesicht oder Teilen davon, insbesondere seiner Augenpartie, seiner Netzhautstruktur oder des Papillarmusters an seiner Fingerkuppe.In front Beginning of a vigilance determination, the driver gives a personal identification into the computer, which is known and personally assigned to him alone. The computer checks the person ID Plausibility. Other options for clear identification of the driver are the image recognition from the face or parts thereof, especially the eye area, his retinal structure or the papillary pattern on his fingertip.

Während der Aufzeichnung der Pupillengröße ist die Brille total abgedunkelt. Der Fahrer trägt den Schallschutz. Das wird überwacht. Beispielsweise kann ein kopfhörerartiger Schalldämpfer mit kurzen Kabeln an die Brille angeschlossen und das Bestehen der Anschlußverbindung elektronisch überprüft werden. Außerdem wird ein Digitalbild vom Kopf des Fahrers aufgenommen und zu Prüfzwecken mit Datum und Uhrzeit dokumentiert.During the Record of pupil size is the Glasses completely darkened. The driver carries the soundproofing. This is monitored. For example, an earphone-like silencer with short cables connected to the glasses and the existence of the terminal connection be checked electronically. In addition a digital image is taken from the driver's head and for testing purposes documented with date and time.

Der Fahrer wird in der Handhabung der Vorrichtung durch ein Menue geführt. Er kann Anweisungen über das Display des tragbaren Computers, ein in sein Sichtfeld mit der Brille eingeblendetes Display oder akustisch über den Kopfhörer des Schallschutzes erhalten.Of the Driver is guided in the handling of the device by a menu. He can statements about the display of the portable computer, one in his field of vision with the Glasses on display or audibly on the headphones of the Soundproofing received.

Der Computer wertet die Meßsignale der Infrarotkameras aus. Er ermittelt daraus den Vigilanzzustand des Fahrers. Ist letzterer weiter fahrtüchtig, so gibt der Computer einen der Betriebsfreigabecodes aus. Dieser wird dem Bordrechner des Lastkraftwagens überstellt, was durch den Fahrer oder automatisch geschehen kann. Der Fahrer hat nur dann die Möglichkeit, weiterzufahren, wenn einer der vorgegebenen Betriebsfreigabecodes an dem Bordrechner ansteht. Andernfalls sind entscheidende Betriebsfunktionen des Lastkraftwagens blockiert.Of the Computer evaluates the measuring signals of the infrared cameras. He determines from this the vigilance state the driver. If the latter is still roadworthy, then the computer gives one of the operation release codes. This becomes the on-board computer transferred to the truck, what can happen by the driver or automatically. The driver only then has the opportunity continue if one of the given operating release codes pending on the on-board computer. Otherwise they are crucial operational features of the truck blocked.

Für den Fall, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ausfällt, sind spezielle Betriebsfreigabecodes in dem Bordrechner des Lastkraftwagens abgelegt. Diese Codes können bei Bedarf von der Zentrale erfragt werden.In the case, that the inventive device fails, are special operation release codes in the on-board computer of the truck stored. These codes can if required, requested by the head office.

Claims (12)

Vorrichtung zur Bestimmung des Vigilanzzustands eines Benutzers, der eine sicherheitsrelevante Funktion an einem Aggregat ausüben, insbesondere eine Maschine bedienen oder ein Fahrzeug steuern soll, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein leichterband transportables, von dem Benutzer selbstbedienbares Gerät mit Mitteln zur eindeutigen Identifikation des Benutzers ist, eine Bildaufzeichnungseinheit für die zeitabhängige Messung der Pupillengröße wenigstens eines Auges des Benutzers aufweist und anhand des Meßergebnisses den Vigilanzzustand zu bewerten und das Aggregat dementsprechend automatisch zu sperren oder freizugeben geeignet ist.Device for determining the level of vigilance of a user exercising a safety-related function on an aggregate, in particular operating a machine or controlling a vehicle, characterized in that the device is a lightweight portable, user-operable device having means for uniquely identifying the user , An image recording unit for the time-dependent measurement of the pupil size of at least one eye of the user has and on the basis of the measurement result to assess the Vigilanzzustand and the unit is accordingly automatically lock or release is suitable. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bildaufzeichnungseinheit mit Infrarotlichtbeleuchtung und infraroter Bilddetektion.Apparatus according to claim 1, characterized by an image recording unit with infrared light illumination and infrared image detection. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine binokulare Brille mit zwei Bildaufzeichnungseinheiten für die gleichzeitige Messung der Pupillengröße beider Augen aufweist.Device according to Claim 1 or 2, characterized that she a binocular goggles with two imaging units for simultaneous measurement the pupil size of both Eyes. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brille abdunkelbar ist.Device according to claim 3, characterized in that that the Glasses can be darkened. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brille ein Fixationstarget aufweist.Apparatus according to claim 3 or 4, characterized that the Glasses has a fixation target. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit aufgesetzter Brille ein Display sichtbar ist.Device according to one of claims 3 to 5, characterized that with attached glasses a display is visible. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen aktiven oder passiven Schallschutz aufweist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized that she has an active or passive sound insulation. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Sicherung aufweist, mit der das Anlegen des Schallschutzes während der Messung überprüfbar ist.Device according to claim 7, characterized in that that she has a fuse, with the creation of sound insulation while the measurement is verifiable. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen zugleich dem Schallschutz dienenden Kopfhörer dem Benutzer akustische Information übermittelbar ist.Apparatus according to claim 7 or 8, characterized that by a simultaneously serving the soundproof headphones the user acoustic Information transferable is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Eingabe für eine Personenkennung des Benutzers versehen ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized that she with an input for a person identifier of the user is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Identifikation des Benutzers mit Mitteln zur Bilderkennung von dessen Gesicht oder Teilen davon, insbesondere seiner Augenpartie, seiner Netzhautstruktur oder seines Papillarmusters an der Fingerkuppe versehen ist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized that she for identifying the user with means for image recognition of the latter Face or parts thereof, especially his eye area, his Retinal structure or its papillary pattern on the fingertip is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Ausgabe für die Betriebsfreigabe des Aggregats versehen ist.Device according to one of claims 1 to 11, characterized that she with an issue for the operating release of the unit is provided.
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