JP2006136556A - 居眠り検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、検出（判定）精度をより向上させ得る居眠り検出装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の居眠り検出装置は、目の瞬きを検出する瞬き検出手段と、眼球運動を検出する眼球運動検出手段と、瞬き検出手段によって目の瞬きを検出した時点から所定時間Ｔｈ−ＳＥＭ以内に閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動（ＳＥＭ：Ｓｌｏｗ Ｅｙｅ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ）を検出した場合に覚醒度が低下していると判断する判定手段とを備えていることを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、居眠りを検出する装置と方法とに関するものである。

居眠りを検出する手法としては、目の周囲や顔面を撮した映像に基づいて瞬き（まばたき：以下、瞬目とも言うこととする）の状態を検出し、これに基づいて居眠りであるか否かを判別するもの（［特許文献１］）などが知られている。このとき、瞬きの瞼開閉時間や、瞬目回数などに基づいて居眠りの検出を行っている。［特許文献１］などでは、瞬目が所定時間継続して行われなくなった場合に居眠りであると判定される。
特開平６―２７０７１０号公報

しかし、瞬目という現象自体は個人差が大きく（頻度・閉眼時間など）、瞬目のみに基づいて居眠りを判定することは検出精度上さらなる改善が要望される程度のものであった。そこで、本発明の目的は、検出（判定）精度をより向上させ得る居眠り検出装置及び検出方法を提供することにある。

請求項１に記載の居眠り検出装置は、目の瞬きを検出する瞬き検出手段と、眼球運動を検出する眼球運動検出手段と、瞬き検出手段によって目の瞬きを検出した時点から所定時間以内に閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動を検出した場合に覚醒度が低下していると判断する判定手段とを備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の居眠り検出装置において、判定手段が、瞬き検出手段による目の瞬きの群発を検出した時点から所定時間以内に閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動を検出した場合に覚醒度が低下していると判断することを特徴としている。

請求項３に記載の居眠り検出方法は、目の瞬きの群発を検出した時点から所定時間以内に、閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動を検出した場合に覚醒度が低下していると判断することを特徴としている。

請求項１に記載の居眠り検出装置によれば、目の瞬きを検出してから所定時間以内に閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動、即ち、いわゆるＳＥＭ（ｓｌｏｗ ｅｙｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）を検出した場合に、覚醒度が低下している（居眠りしている）と判定するため、高い検出精度で居眠りを検出することができる。ＳＥＭは、入眠初期に現れる特徴的な現象であり、これを目の瞬きと組み合わせて居眠りを判定することでによって高い検出精度を実現できる。

請求項２に記載の居眠り検出方法によれば、覚醒度の低下に伴って瞬きは群発する（通常の瞬き間隔よりも短い間隔で複数回の瞬きが行われる）ため、この現象と上述した閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動（ＳＥＭ）とを組み合わせて居眠りを判定することで、検出精度をより向上させることができる。

請求項３に記載の居眠り検出方法によれば、目の瞬きの群発を検出してから所定時間以内に閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動（ＳＥＭ）を検出した場合に、覚醒度が低下している（居眠りしている）と判定するため、より高い検出精度で居眠りを検出することができる。瞬目の群発やＳＥＭは、入眠初期に現れる特徴的な現象であり、これらを組み合わせて覚醒度の低下を判定することで高い検出精度を実現できる。

本発明の居眠り検出装置及び居眠り検出方法の一実施形態について以下に説明する。図１に、本実施形態の検出装置の構成を示す。本実施形態においては、瞬目や眼球運動をＥＯＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｃｕｌｏｇｒａｍ）計測によって検出する。ＥＯＧ計測は、個人差による検出バラツキが生じにくい眼電信号に基づく計測である。本実施形態の検出装置は、図１に示されるように、四つの電極１ｔ，１ｂ，１ｒ，１ｌと、これらの電極１ｔ，１ｂ，１ｒ，１ｌが接続された装置本体２とからなる。装置本体２は、検出した電極１ｔ−１ｂ，１ｒ−１ｌ間の電位差（眼電信号）を増幅する増幅部や、増幅した信号を処理するＥＣＵなどを内部に備えている。また、装置本体２の内部には、ＥＣＵでの演算を行う上で必要なプログラムを内蔵したＲＯＭやＲＡＭ、あるいは、ＨＤＤなどの記憶手段なども備えている。さらに、装置本体２は、計測者が各種入力を行うためのキーボードなどの入力手段や、演算過程や演算結果を出力するためのモニタやプリンタなどの出力手段も備えている。

眼球は、角膜側が正に帯電し、網膜側が負に帯電しており、眼球運動に伴う眼窩端での電位差の変動を電極１ｔ，１ｂ，１ｒ，１ｌによって検出することで眼球運動を検出することができる。一対の電極１ｔ，１ｂは、瞬目を検出するために一方の目の上下に取り付けられている。通常、瞬目は両目同時に行われるため、何れか一方の目についてのみ電極を取り付けることで十分である。瞬目や閉瞼時には、瞬目や閉瞼に伴って眼球が無意識的に一定時間上転するため、この眼球運動によって瞬目等を検出する。

また、一対の電極１ｒ，１ｌは、眼球の横方向の移動を検出するために一方の目の上下に取り付けられている。眼球の横移動も通常は両目共、同方向に行われるため、こめかみに一つづつ電極を取り付けることで検出が可能である。このように、眼の周りに備え付けた体内の電気活動を検出することで、眼球運動の眼電位（ＥＯＧ値）を測定する。このＥＯＧ値の変化を計測することで、上述したＳＥＭを検出する。ＳＥＭのＥＯＧから得られる特徴は、（１）振幅１００マイクロボルト以上、（２）継続時間１秒以上である。

装置本体２では、この電位差の変動を検出することで眼球運動がどのようなものであるかを判定する。図２（ａ）に、一対の電極１ｔ，１ｂ間の電位差（増幅前）の時間経過に伴う変化の一例を示す。また、図２（ｂ）に、一対の電極１ｒ，１ｌ間の電位差（増幅前）の時間経過に伴う変化の一例を示す。図２（ａ）と図２（ｂ）とは、同時に検出されたものを時間を揃えて表示したものである。装置本体２の内部では、このような波形が電気的に処理されて眼球運動が判定される（例えば、瞬目があったのかどうか等）。ここでは、電極１ｔ，１ｂと装置本体２とが瞬き検出手段として機能しており、電極１ｒ，１ｌ及び装置本体２とが眼球運動検出手段として機能している。また、装置本体２は判定手段としても機能している。

上述した装置を用いて居眠りを検出する手法について説明する。本実施形態では、目の周囲に取り付けた電極１ｔ，１ｂ，１ｒ，１ｌによって取得した眼電信号に基づいて、目の瞬きの群発を検出した時点から所定時間以内にＳＥＭ（閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動）を検出した場合に覚醒度が低下している（居眠りしている）と判断する。ＳＥＭとは、睡眠に至る途中の段階で、睡眠開始時に観察される特徴的な眼球運動であり、周囲環境に対する認知・認識が無くなる状態を示す。本手法では、瞬目状態（特に、瞬目状態の群発：通常の瞬き間隔よりも短い間隔で行われる複数回の瞬き）に着目し、自動的にこれを検出することでＳＥＭ観測の開始点とする。瞬目の検出は、加速度ピックアップなど瞬きを検出可能なものであればどのような様式のものでも対応することができる。

具体的には、まず、瞬目の群発を検出する。瞬目は、通常時には毎分２０回程度といわれているが、入眠直前には瞬目が急激に増加する傾向が強い。ここでは、この傾向を利用する。このため、上述した電極１ｔ，１ｂを用いて検出した図２（ａ）に示されるような垂直方向のＥＯＧ波形について平滑微分を行う。（なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）の波形は、瞬目群発後の所定時間内にＳＥＭを検出した場合の波形である。）図３に瞬目の群発部分の平滑微分波形を示す。次に、図３に示されるように、平滑微分波形について、微分値のマイナス側とプラス側とに予め設定された所定の閾値を連続して順番にまたぐ波形部分をまず判定対象とする（一方のみをまたぐものであると、瞬きではなく、単なる閉瞼又は開瞼となる）。

さらに、この波形部分について、微分値がマイナス側閾値からプラス側閾値へと変化する時間（図３中のＸ）が、所定の判定設定値未満であるか否かを判定する。時間Ｘが判定設定値未満であるときは瞬目であると判定する。時間Ｘが判定設定値以上である場合は、閉瞼から開瞼までの時間が長く、ここでは瞬目ではないと判断している。次に、この波形部分の次にマイナス側及びプラス側の閾値を連続して順番にまたぐ波形部分について同様の瞬目判定を行う。この二番目の波形部分も瞬目であると判定された場合は、この二つの瞬目の間隔Ｔｉｍｅ−Ｂｌｉｎｋｓ（図２及び図３参照）が予め設定された所定間隔Ｔｈ−Ｂｌｉｎｋｓ未満であるか否かを判定する。

なお、ここでは、図３に示されるように、Ｔｉｍｅ−Ｂｌｉｎｋｓの計測基準となるのは、平滑微分波形がマイナス側閾値をプラス側からマイナス側にまたいだ後に始めてマイナス側からプラス側にまたいだ時である。また、所定間隔Ｔｈ−Ｂｌｉｎｋｓは、通常時の瞬目間隔（毎分２０回程度）に対して、入眠直前に群発する瞬目を検出する程度の短い間隔として設定されている（例えば１秒）。Ｔｉｍｅ−Ｂｌｉｎｋｓ＜Ｔｈ−Ｂｌｉｎｋｓが成立する場合は、この二つの瞬目は入眠前の群発する瞬目だと判定し、二つ目の瞬目から所定時間Ｔｈ−ＳＥＭの間にＳＥＭが発生するか観測される。

なお、この二つの瞬目の後にさらに瞬目がなされる場合がある。このとき、二つ目と三番目の瞬目との間隔がＴｈ−Ｂｌｉｎｋｓ未満であれば、この最後の三番目の瞬目から再度、所定時間Ｔｈ−ＳＥＭの間にＳＥＭが発生するかの観測が開始される。四番目以降の瞬目がある場合も同様である。ただし、二つの瞬目間隔がＴｈ−Ｂｌｉｎｋｓを超えるような場合は、入眠前の群発する瞬目の発生の検出自体が最初から実行される（その最後の瞬目と次に発生する瞬目とで群発瞬目判定をやり直す）。

Ｔｈ−ＳＥＭ（例えば、５秒）の間にＳＥＭが発生しているかどうかは、図２（ｂ）に示される水平方向のＥＯＧ波形と予め用意されたＳＥＭの基準波形との相関を見ることで判定する。相関関数の演算結果が所定の閾値を超えている場合にはＳＥＭが発生していると判定され、居眠りをしている（覚醒度が低下している）と判定される。水平方向のＥＯＧ波形がＳＥＭを示しているときには、垂直方向のＥＯＧ波形からはゆっくりとした閉瞼の様子が見てとれる。なお、ＳＥＭの横方向の眼球移動の方向は決まっていない。ＳＥＭ時に眼球は右方向に移動する場合もあれば、左方向に移動することもある。また、Ｔｈ−ＳＥＭの間に、瞬目でない閉瞼が検出された場合などは、その後に群発瞬目の検出から再度実行される。

このように、本実施形態によれば、入眠初期に特徴的な現象である、瞬目の群発とＳＥＭとを組み合わせて利用して、群発瞬目の後のＳＥＭの有無を検出することで、居眠りを高い精度で検出することができる。また、特に、本実施形態では瞬目の検出やＳＥＭの検出に非侵襲計測であるＥＯＧ計測による眼電信号を用いており、映像に基づく検出などのような検出バラツキを生じさせることなく高い検出精度で覚醒度の低下を検出している。映像に基づいて瞬目を検出する際には、目の大きさの個人差や、眼鏡の有無などがが検出を困難としたりする場合もあるので、ＥＯＧ計測は好ましい。また、映像に基づいて判定を行う場合は、映像の画質（明るさなどの周辺環境の影響を受けやすい）にも左右されてしまうが、ＥＯＧ計測であればそのようなこともない。

本発明の居眠り検出装置又は検出方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、請求項２又は３の発明に関しては、瞬目の群発後の所定時間内でのＳＥＭの発生を検出するが、上記実施形態では群発する瞬目の最後の瞬目を基準に上述した所定時間が設定された。しかし、最初の瞬目や最後以外の瞬目を基準に所定時間が設定されても良い。また、上述した実施形態では、上述した所定時間は瞬目を示す波形が設定された閾値を横切る時点を基準に設定されたが、瞬目を基準として設定されるのであれば他のタイミング、例えば瞬目を示す波形のピーク値（上限ピーク又は下限ピーク）などを基準として設定されても良い。

本発明の居眠り検出装置の一実施形態の構成図である。 眼電信号の波形を示すグラフである。 垂直方向の眼電信号の平滑微分波形を示すグラフである。

符号の説明

１ｔ，１ｂ，１ｒ，１ｌ…電極（瞬き検出手段、眼球運動検出手段）、２…装置本体（瞬き検出手段、眼球運動検出手段、判定手段）。

Claims (3)

1. 目の瞬きを検出する瞬き検出手段と、
   眼球運動を検出する眼球運動検出手段と、
   前記瞬き検出手段によって目の瞬きを検出した時点から所定時間以内に閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動を検出した場合に覚醒度が低下していると判断する判定手段とを備えていることを特徴とする居眠り検出装置。
2. 前記判定手段が、前記瞬き検出手段によって目の瞬きの群発を検出した時点から所定時間以内に閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動を検出した場合に覚醒度が低下していると判断することを特徴とする請求項１に記載の居眠り検出装置。
3. 目の瞬きの群発を検出した時点から所定時間以内に、閉瞼を伴うゆっくりとした眼球の横移動を検出した場合に覚醒度が低下していると判断することを特徴とする居眠り検出方法。

Images