DE10359125A1 - Motor vehicle driver`s reflex action recognizing method, involves measuring brightness of ambient light and reflex time taken by pupil of driver against light, and generating threshold value for automatic tiredness estimate of driver - Google Patents

Motor vehicle driver`s reflex action recognizing method, involves measuring brightness of ambient light and reflex time taken by pupil of driver against light, and generating threshold value for automatic tiredness estimate of driver Download PDF

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Abstract

The method involves measuring brightness of ambient light and a reflex time taken by pupil of a driver against the light. The changes in the brightness are related to the changes of the reflex time of the pupil. A threshold value for automatic tiredness estimate of the driver is generated based on the relation. The changes in brightness are found using a camera (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und zur Abschätzung der Reaktionsbereitschaft eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Erkennung evtl. Müdigkeit des Fahrers.The The invention relates to a method for detecting and estimating the Responsiveness of a driver of a motor vehicle. Especially The invention relates to the detection of possible tiredness the driver.

Der Pupillenreflex, also die Kontraktion der Pupille bei Lichteinfall, ist ein anerkanntes Maß für den Müdigkeitsgrad und damit die Reaktionsbereitschaft eines Fahrers. Nachteilig ist allerdings, dass für eine Auslösung des Pupillenreflexes eine Blendung des Auges mit Hilfe von einfallendem Licht, also z.B. Lichtblitzen, erforderlich ist, was den Fahrer bei der Fahraufgabe stören könnte. Daher wurden bisherige Untersuchungen mit dieser Methodik häufig vor und nach der Fahrt unter definierten Beleuchtungsbedingungen vorgenommen. Eine Beobachtung des Pupillenreflexes sowie dessen Auswertung während der Fahrt ist nach bestem Wissen der Anmelderin und der Erfinder bisher nicht bekannt geworden.Of the Pupil reflex, ie the contraction of the pupil in the event of light, is a recognized measure of tiredness and thus the responsiveness of a driver. The disadvantage is however, that for a trigger of the pupil reflex a glare of the eye with the help of incident Light, e.g. Flashes of light, what is necessary to the driver interfere with the driving task could. Therefore, previous studies using this methodology have often been and still are made after driving under defined lighting conditions. An observation of the pupillary reflex as well as its evaluation during the Ride is to the best of the applicant and the inventor to date not known.

Aus der DE 35 41 726 A1 oder aus der US 4,950,069 ist jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Messung von Augenbewegungen bekannt. Eine Auswertung des Pupillenreflexes ist aus diesen Dokumenten nicht bekannt.From the DE 35 41 726 A1 or from the US 4,950,069 In each case a method and a device for monitoring and measuring eye movements is known. An evaluation of the pupillary reflex is not known from these documents.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswertung des Pupillenreflexes eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das auch während der Fahrt einsetzbar ist und damit insbesondere zur kontinuierlichen Überwachung der Reaktionsbereitschaft des Fahrers auch während der Fahrt sinnvoll eingesetzt werden kann.Of the The invention is therefore based on the object, a method for evaluation of the pupil reflex of a driver of a motor vehicle, that too during the ride is used and thus in particular for continuous monitoring the responsiveness of the driver used well while driving can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zur Erkennung der Reaktionsbereitschaft eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, dass eine Umgebungshelligkeit und Reaktionszeiten der Pupille des Fahrers auf Lichteinfall gemessen werden und dass Veränderungen der Umgebungshelligkeit zu Veränderungen der Reaktionszeit der Pupille des Fahrers auf die Veränderungen der Umgebungshelligkeit in Relation gesetzt werden.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved. This is in a process for detecting the readiness to react a driver of a motor vehicle provided that an ambient brightness and reaction times of the pupil of the driver measured by light and that changes the ambient brightness changes reaction time of a pupil of the driver on changes the ambient brightness are related.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der Pupillenreflex, also die Kontraktion der Pupille bei Lichteinfall, etwa durch Steigerung der Leuchtdichte oder Blendung, ein anerkanntes Maß für den Müdigkeitsgrad des Fahrers eines Fahrzeugs ist.The Invention is based on the recognition that the pupil reflex, that is, the contraction of the pupil in the event of light, for example by an increase Luminance or glare, a recognized measure of fatigue the driver of a vehicle.

Aus einer Veränderung der Reaktionszeit der Pupille (Adaptation) auf Lichteinfall lassen sich Schlussfolgerungen über die Reaktionsbereitschaft des Organismus ziehen. Dabei scheinen Akkomodationsvorgänge des Auges im Fahrzeug bei Dunkelfahrten vermutlich eine untergeordnete Rolle zu spielen, da die Augen annähernd konstant auf den ausgeleuchteten Bereich vor dem Fahrzeug akkomodiert sein sollten.Out a change the reaction time of the pupil (adaptation) to light conclusions about pull the responsiveness of the organism. It seems Akkomodationsvorgänge the eye in the vehicle in dark driving probably a subordinate To play a role, since the eyes are approximately constant on the illuminated Area in front of the vehicle should be accommodated.

Werden nun die zufällig im Fahrtverlauf auftretenden Leuchtdichteveränderungen, die eine Pupillenreaktion nach sich ziehen, gemessen, können Erwartungswerte zu den anhand einer Baseline-Messung geschätzten Reaktionsparametern der Pupille in Relation zu diesen Leuchtdichteveränderungen gebildet werden. Bei einer Abweichung der Pupillenreaktion vom Erwartungswert kann eine verminderte organische Reaktionsbereitschaft unterstellt werden und dies in die automatische Müdigkeitseinschätzung als Schwellwert eingehen.Become now the random ones in the course of the course occurring luminance changes, the pupil reaction can entail, measured, expected values to the reaction parameters estimated from a baseline measurement Pupil in relation to these luminance changes. In a deviation of the pupil reaction from the expected value can a reduced organic responsiveness to be assumed and this in the automatic fatigue assessment as Threshold.

Um die Leuchtdichte in der Umgebung zu ermitteln, kann dieselbe Kamera verwendet werden, die als Lidschlusssensor zur Müdigkeitsdetektion eingesetzt wird. Die Leuchtdichteänderungen durch Gegenverkehr oder Straßenbeleuchtung können durch die Bildhelligkeitsunterschiede im Umgebungsbereich der Augen aus dem Kamerabild ermittelt werden und ebenso – bei einer entsprechend hochauflösenden Kamera – die Pupillenreaktion bzw. daraus abgeleitete Parameter wie Reaktionsgeschwindigkeit oder Dilationsgeschwindigkeit.Around To determine the luminance in the environment, the same camera used as eyelid sensor for fatigue detection becomes. The luminance changes by oncoming traffic or street lighting can by the image brightness differences in the surrounding area of the eyes be determined from the camera image and also - in a correspondingly high-resolution camera - the pupil reaction or derived parameters such as reaction rate or Dilationsgeschwindigkeit.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Ermittlung der Reaktionsbereitschaft des Fahrers anhand des Pupillenreflexes erstmals während der Fahrt ermittelbar ist. Im Falle einer durch Ermüdung oder Übermüdung drohenden verminderten Fahrtüchtigkeit oder einer Fahruntüchtigkeit des Fahrers kann direkt ein diesbezüglicher Hinweis für den Fahrer oder ein Alarm ausgegeben werden. Des Weiteren ist die Überwachung des Pupillenreflexes kontinuierlich möglich, so dass auch eine während längerer Fahrtstrecken ggf. nachlassende Reaktionsbereitschaft jederzeit erkennbar ist.Of the Advantage of the invention is that the determination of the reaction readiness the driver's first use of the pupillary reflex while driving can be determined. In case of fatigue or fatigue threatening diminished roadworthiness or a driving inactivity the driver can directly a relevant note for the driver or an alarm is issued. Furthermore, the monitoring the pupil reflex continuously possible, so that even during long journeys if necessary decreasing responsiveness is recognizable at any time.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.following is an embodiment of Invention with reference to the drawing explained.

Darin zeigt die einzige Figur ein schematisch vereinfachtes Fahrzeug mit einem Fahrer, dessen Gesicht im Bereich der Augen mittels einer Kamera erfasst wird.In this the sole figure shows a schematically simplified vehicle with a driver whose face in the area of the eyes by means of a Camera is detected.

1 zeigt in einer stilisierten und stark vereinfachten Darstellung ein Kraftfahrzeug 10, das von einem Fahrer 11 gesteuert wird. Im Bereich eines nicht dargestellten Armaturenbrettes, also oberhalb oder vom Fahrer 11 aus gesehen hinter einem Lenkrad 12 ist eine Kamera 13 angeordnet, die auf die Augen des Fahrers 11, zumindest aber auf dessen Gesicht gerichtet ist. Das von der Kamera 13 aufgenommene Bild wird an eine Bildverarbeitungseinheit 14 übermittelt. 1 shows in a stylized and strongly ver simplified illustration of a motor vehicle 10 by a driver 11 is controlled. In the area of a dashboard, not shown, so above or from the driver 11 seen from behind a steering wheel 12 is a camera 13 arranged on the eyes of the driver 11 but at least on his face. That from the camera 13 captured image is sent to an image processing unit 14 transmitted.

Die Bildverarbeitungseinheit 14 ist zur Verarbeitung, Analyse und Auswertung der von der Kamera 13 aufgenommenen Bilder vorgesehen. Speziell ist die Bildverarbeitungseinheit 14 zum einen zum Erkennen von Veränderungen, insbesondere von Veränderungen der Helligkeit, in den aufgenommenen Bildern über der Zeit vorgesehen. Zum anderen ist die Bildverarbeitungseinheit 14 zum Ermitteln einer Reaktionszeit der Pupille des Fahrers 11 auf Lichteinfall vorgesehen.The image processing unit 14 is for processing, analysis and evaluation of the camera 13 taken pictures. Special is the image processing unit 14 on the one hand for detecting changes, in particular changes in the brightness, provided in the recorded images over time. The other is the image processing unit 14 for determining a reaction time of the pupil of the driver 11 intended for incidence of light.

Veränderungen der Helligkeit in den aufgenommenen Bildern über der Zeit können im Falle ortsfester oder im wesentlichen ortsfester Bildelemente, die in schwarz-weiss aufgenommen sind, in einfachster Form durch Subtraktion zweier zeitlich aufeinanderfolgender Bilder, also durch Subtraktion der Grauwerte jedes Pixels eines ersten Bildes vom Grauwert des entsprechenden Pixel eines zeitlich vorhergehenden oder zeitlich nachfolgenden Pixels, ermittelt werden. Bereiche, die auf beiden Bildern von ortsfesten Bildelementen eingenommen werden und die in beiden Bildern in gleicher Helligkeit erscheinen, löschen sich bei dieser Operation aus, d.h. es ergibt sich nach der Subtraktion ein resultierender Grauwert von "Null" oder in der Nähe von Null. Bei Bereichen mit unterschiedlicher Helligkeit ergibt sich diese Auslöschung nicht. Ist für das gesamte Bild oder für grossflächige Abschnitte des resultierenden Bild keine Auslöschung bemerkbar, ist der mittlere Zahlenwert der resultierenden Grauwerte ein gutes Maß für die Zunahme der Helligkeit.changes The brightness in the recorded images over time can be in Case of fixed or substantially stationary pixels, the are recorded in black and white, in the simplest form by subtraction two temporally successive images, ie by subtraction of Gray values of each pixel of a first image from the gray value of the corresponding one Pixels of a temporally preceding or temporally succeeding one Pixels, to be determined. Areas that are stationary in both pictures Picture elements are taken and in both pictures in the same Brightness appear, delete during this operation, i. it results after the subtraction a resulting gray value of "zero" or near zero. For areas with different brightness, this cancellation does not occur. Is for the entire picture or for large sections the resulting image no extinction noticeable, is the middle one Numerical value of the resulting gray values a good measure of the increase the brightness.

Die in der oben beschriebenen oder einer ähnlichen Art und Weise ermittelte Veränderung der auf den Fahrer 11 einwirkenden Umgebungshelligkeit wird an eine der Bildverarbeitungseinheit 14 nachgeordnete Verarbeitungseinheit 15 übermittelt, die die Veränderung der Umgebungshelligkeit in Relation zu jeweils beobachteten Pupillenreflex setzt.The change in the driver determined in the manner described above or a similar manner 11 acting ambient brightness is sent to one of the image processing unit 14 downstream processing unit 15 transmitted, which sets the change in the ambient brightness in relation to each observed pupil reflex.

Zum Erkennen und Ermitteln der Reaktionszeiten der Pupille des Fahrers 11 auf Lichteinfall (Pupillenreflex) können gleichfalls an sich bekannte Verfahren der digitalen Bildverarbeitung eingesetzt werden. Je nach Größe der Pupille in den von der Kamera 13 aufgenommen Bildern ändert sich entsprechend auch der Flächeninhalt des zugehörigen Bildabschnitts. Dieser Flächeninhalt kann mit bekannten Algorithmen der digitalen Bildverarbeitung ermittelt und als Maß für die Reaktionszeiten der Pupille ebenfalls an die Verarbeitungseinheit 15 übermittelt werden.To detect and determine the reaction times of the pupil of the driver 11 on incidence of light (pupil reflex) can also be used in per se known methods of digital image processing. Depending on the size of the pupil in the camera 13 The area of the associated image section changes accordingly. This area can be determined with known algorithms of digital image processing and as a measure of the reaction times of the pupil also to the processing unit 15 be transmitted.

Die Verarbeitungseinheit 15 setzt die Veränderungen der Umgebungshelligkeit zu Veränderungen der Reaktionszeit der Pupille des Fahrers 11 auf die Veränderungen der Umgebungshelligkeit in Relation zueinander und ermittelt auf diese Weise ein Maß für die Reaktionsbereitschaft des Fahrers 11, insbesondere als Maß für den Müdigkeitsgrad des Fahrers 11. Der dabei ermittelte Wert kann auf das über- oder unterschreiten bestimmter vorgegebener oder vorgebbarer Schwellwerte überwacht werden, wobei beim Über- oder Unterschreiten der jeweiligen Schwellwerte ein insbesondere optischer und/oder akustischer Alarm oder dergleichen ausgelöst wird, der den Fahrer auf seine beginnende oder bereits bestehende Fahruntüchtigkeit aufmerksam macht. Des Weiteren kann der ermittelte Wert auch als Schwellwert in eine automatische Müdigkeitseinschätzung eingehen, die ggf. ebenfalls von der Verarbeitungseinheit 15 durchgeführt wird.The processing unit 15 The changes in ambient brightness translate into changes in the reaction time of the driver's pupil 11 on the changes in ambient brightness in relation to each other and thus determines a measure of the responsiveness of the driver 11 , in particular as a measure of the degree of tiredness of the driver 11 , The value determined in this case can be monitored for exceeding or falling below certain predefined or predefinable threshold values, wherein when the respective threshold values are exceeded or undershot a particular visual and / or audible alarm or the like is triggered, which causes the driver to start or already exist Alertness. Furthermore, the determined value can also enter as a threshold into an automatic fatigue assessment, which may also be received by the processing unit 15 is carried out.

Bildverarbeitungseinheit 14 und Verarbeitungseinheit 15 können zu einer Einheit zusammengefasst sein. Die Überwachung der Pupille des Fahrers 11 und der Umgebungshelligkeit kann kontinuierlich oder zu vorgegebenen, insbesondere äquidistanten Zeitpunkten erfolgen. Günstig ist auch eine Konstellation, bei der mit einem Photosensor oder dergleichen Änderungen der Umgebungshelligkeit gemessen werden und die oben beschrieben Auswertung durch ein vom Photosensor ableitbares elektrisches Signal immer dann gestartet wird, wenn die Umgebungshelligkeit bestimmte vorgegebene oder vorgebbare Schwellwerte über- oder unterschreitet.Image processing unit 14 and processing unit 15 can be grouped together. Monitoring the pupil of the driver 11 and the ambient brightness can be continuous or at predetermined, in particular equidistant, times. Also favorable is a constellation in which changes in the ambient brightness are measured with a photosensor or the like and the evaluation described above is started by an electrical signal derivable from the photosensor whenever the ambient brightness exceeds or falls below certain predefined or predefinable threshold values.

Insgesamt lässt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen: Es wird ein Verfahren zur Erkennung der Reaktionsbereitschaft eines Fahrers 11 eines Kraftfahrzeugs 10 angegeben, das auf der Auswertung des Pupillenreflexes während der Fahrt basiert, wobei zur Vermeidung von Blendung für den Fahrer der Pupillenreflex in Bezug auf Veränderungen der Umgebungshelligkeit untersucht wird, was den Vorteil hat, dass der Fahrer 11 durch die Überwachung des Pupillenreflexes bei seiner Fahraufgabe nicht gestört wird und dass die Überwachung kontinuierlich auch während längerer Fahrten durchgeführt werden kann, wobei im Falle eines nachlassenden, also unterhalb vorgegebener oder vorgebbarer Erwartungswerte liegenden Pupillenreflexes ein Hinweis für den Fahrer 11, z.B. in Form eines optischen oder akustischen Alarms ausgegeben wird. Schlagwortartig lässt sich die Erfindung als "Pupillographie mit Umgebungslicht" beschreiben.Overall, the invention can be briefly represented as follows: It is a method for detecting the responsiveness of a driver 11 of a motor vehicle 10 which is based on the evaluation of the pupil reflex while driving, wherein the pupil reflex is examined with respect to changes in the ambient brightness to avoid glare for the driver, which has the advantage that the driver 11 is not disturbed by the monitoring of the pupillary reflex in his driving task and that the monitoring can be carried out continuously during longer trips, with in the case of a decreasing, so below predetermined or predeterminable expectations lying pupil reflex an indication to the driver 11 , eg in the form of a visual or audible alarm. The invention can be described in terms of keywords as "pupillography with ambient light".

1010
Fahrzeugvehicle
1111
Fahrerdriver
1212
Lenkradsteering wheel
1313
Kameracamera
1414
BildverarbeitungseinheitImage processing unit
1515
Verarbeitungseinheitprocessing unit

Claims (6)

Verfahren zur Erkennung der Reaktionsbereitschaft eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs wobei eine Umgebungshelligkeit und Reaktionszeiten der Pupille des Fahrers auf Lichteinfall gemessen werden und wobei Veränderungen der Umgebungshelligkeit zu Veränderungen der Reaktionszeit der Pupille des Fahrers auf die Veränderungen der Umgebungshelligkeit in Relation gesetzt werden.Method for detecting reactivity a driver of a motor vehicle with an ambient brightness and reaction times of the pupil of the driver measured by light and being changes the ambient brightness changes reaction time of a pupil of the driver on changes the ambient brightness are related. Verfahren nach Anspruch 1, wobei anhand der ermittelten Relation ein Schwellwert für eine automatische Müdigkeitseinschätzung erzeugt wird.The method of claim 1, wherein based on the determined Relation a threshold for generates an automatic fatigue assessment becomes. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Veränderungen der Umgebungshelligkeit mit einer Kamera auf den Fahrer, insbesondere mit einer auf mindestens ein Auge des Fahrers gerichteten Kamera, ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the changes the ambient brightness with a camera on the driver, in particular with a camera aimed at at least one eye of the driver, be determined. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Veränderungen der Umgebungshelligkeit anhand von Bildhelligkeitsunterschieden eines von der Kamera gelieferten Bildes ermittelt werden.The method of claim 3, wherein the changes the ambient brightness based on image brightness differences detected by the camera. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Reaktionszeiten der Pupille des Fahrers anhand zeitlicher Veränderungen des von der Kamera gelieferten Bildes ermittelt werden.The method of claim 3 or 4, wherein the reaction times the pupil of the driver based on temporal changes of the camera delivered image. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kamera zugleich als Lidschlusssensor zur Müdigkeitsdetektion eingesetzt wird.Method according to one of claims 3 to 5, wherein the camera at the same time used as an eyelid sensor for fatigue detection becomes.
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