JP2017068424A - Attitude measuring apparatus and attitude measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、人体の複数の部位の実空間での位置を計測する姿勢計測装置及び姿勢計測方法に関する。 The present invention relates to an attitude measurement device and an attitude measurement method for measuring the positions of a plurality of parts of a human body in real space, for example.
近年、車両の自動運転に関する研究がなされている。車両の自動運転では、ドライバから車両の自動運転を行う自動運転装置へ、あるいは、自動運転装置からドライバへの運転権限の委譲が生じることがある。自動運転装置からドライバへ運転権限が委譲される場合、事故を防止するために、ドライバが車両を運転可能な姿勢を取っていることが求められる。そこで、ドライバが運転可能な姿勢を取っているか否かを判定するために、被写体の実空間の位置情報を得ることが可能な3次元センサにより得られたドライバの各部の実空間での位置に基づいて、ドライバの姿勢を計測できることが好ましい。 In recent years, research on automatic driving of vehicles has been made. In the automatic driving of the vehicle, there is a case where the driving authority is transferred from the driver to the automatic driving device that performs automatic driving of the vehicle or from the automatic driving device to the driver. When the driving authority is delegated from the automatic driving device to the driver, it is required that the driver has a posture capable of driving the vehicle in order to prevent an accident. Therefore, in order to determine whether or not the driver is in a drivable posture, the position in the real space of each part of the driver obtained by the three-dimensional sensor that can obtain the position information of the real space of the subject is obtained. Based on this, it is preferable that the attitude of the driver can be measured.
また、測定対象物体の姿勢を追跡する技術の一つとして、Iterative Closest Point(ICP)アルゴリズムが知られている。ICPアルゴリズムは、ある時刻に得られた測定対象物体の3次元計測データと、他の時刻に得られた3次元計測データとの間での対応関係が分かっていない状況下で、その3次元計測データ間のマッチングを行う。その際、ICPアルゴリズムは、一方の3次元計測データに含まれる測定点群をアフィン変換して得られた点群と、他方の3次元計測データの測定点群間の誤差が最小となるように繰り返し演算することで、アフィン変換パラメータを算出する。 As one technique for tracking the posture of a measurement target object, an Iterative Closest Point (ICP) algorithm is known. The ICP algorithm uses the 3D measurement data in a situation where the correspondence between the 3D measurement data of the measurement object obtained at a certain time and the 3D measurement data obtained at another time is unknown. Perform matching between data. At that time, the ICP algorithm minimizes the error between the point group obtained by affine transformation of the measurement point group included in one of the three-dimensional measurement data and the measurement point group of the other three-dimensional measurement data. An affine transformation parameter is calculated by repeatedly calculating.
ICPアルゴリズムを利用することで、測定対象物体の姿勢などの変化により、その測定対象物体の一部が見えなくなる場合でも、測定対象物体の姿勢の変化を追跡することが可能となる。しかし、ICPアルゴリズムでは、測定対象物体が剛体であることが前提となっている。一方、ドライバは、剛体ではないので、ドライバの姿勢計測にICPアルゴリズムをそのまま適用しても、ドライバの姿勢を正確に計測できない可能性がある。ここで、3次元計測データ内に非剛体が存在する場合においてもICPアルゴリズムで正しく追跡する技術として、第1表面情報及び第2表面情報に位置する動的障害物を検出し、その動的障害物を除去した第3表面情報を生成し、第3表面情報と第1表面情報及び第2表面情報の何れか一つをマッチングする技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 By using the ICP algorithm, it is possible to track the change in the posture of the measurement target object even when a part of the measurement target object becomes invisible due to a change in the posture of the measurement target object. However, the ICP algorithm assumes that the object to be measured is a rigid body. On the other hand, since the driver is not a rigid body, there is a possibility that the driver's posture cannot be accurately measured even if the ICP algorithm is directly applied to the driver's posture measurement. Here, as a technique for correctly tracking with the ICP algorithm even when a non-rigid body exists in the three-dimensional measurement data, a dynamic obstacle located in the first surface information and the second surface information is detected, and the dynamic obstacle is detected. A technique for generating third surface information from which an object has been removed and matching any one of the third surface information, the first surface information, and the second surface information has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、ドライバは動物体であるため、特許文献1に記載の技術では、3次元計測データから、計測対象となるべきドライバに相当する測定点群が除去されてしまい、ドライバの姿勢を計測できなくなることがある。 However, since the driver is a moving object, the technique described in Patent Document 1 removes the measurement point group corresponding to the driver to be measured from the three-dimensional measurement data, making it impossible to measure the driver's posture. Sometimes.
一つの側面では、本発明は、人物の部位ごとの実空間での位置を計測できる姿勢計測装置を提供することを目的とする。 In one aspect, an object of the present invention is to provide an attitude measurement device that can measure the position of a person in real space.
一つの実施形態によれば、姿勢計測装置が提供される。この姿勢計測装置は、測定範囲内の各点の実空間での位置を表す3次元計測データを生成する3次元センサと、人の複数の部位のそれぞれについて、その部位に隣接する部位、及びその部位から隣接する部位までの長さを表す人体構造モデルと、複数の部位のそれぞれについて、実空間での位置の計測精度の確からしさを表す信頼度が第1の信頼度となるか、第1の信頼度よりも低い第2の信頼度となるかを表す信頼度情報とを記憶する記憶部と、測定範囲内にいる測定対象人物の複数の部位のうち、第1の信頼度を持つ第1の部位の実空間での位置を、3次元計測データと過去のその部位の実空間での位置の計測結果に基づく追跡処理によって求める追跡部と、測定対象人物の複数の部位のうち、第2の信頼度を持つ第2の部位の実空間での位置を、複数の第1の部位の実空間での位置と人体構造モデルに基づいて定められる第1の部位と第2の部位間の長さに基づいて求める位置推定部とを有する。 According to one embodiment, an attitude measurement device is provided. This posture measuring device includes a three-dimensional sensor that generates three-dimensional measurement data representing the position of each point in the measurement range in real space, a part adjacent to the part, and a part adjacent to the part. Whether the human body model representing the length from the part to the adjacent part and the reliability representing the accuracy of the measurement accuracy of the position in the real space for each of the plurality of parts is the first reliability, or the first A storage unit that stores reliability information indicating whether or not the second reliability is lower than the reliability of the first and the first reliability having a first reliability among a plurality of parts of the measurement target person within the measurement range A tracking unit for obtaining a position of one part in the real space by a tracking process based on the three-dimensional measurement data and a past measurement result of the position of the part in the real space; In the real space of the second part with a confidence of 2 Position, and a position estimation unit for determining based on the length between the first and second sites determined based on the position and anatomical model in the real space of the plurality of first parts.
人物の部位ごとの実空間での位置を計測できる。 The position in real space can be measured for each part of a person.
以下、図を参照しつつ、姿勢計測装置について説明する。
この姿勢計測装置は、例えば、被写体の実空間での位置を計測可能な3次元センサを用いて、一定周期ごとに、計測対象となる人物を含む、所定範囲の3次元計測データを得る。そしてこの姿勢計測装置は、人物の各部位のうち、位置、形状などの変動が比較的少なく、過去での位置と最新の3次元計測データに基づく追跡により得られる推定位置の信頼性が相対的に高い高信頼度部位については、追跡処理により実空間での推定位置を求める。一方、この姿勢計測装置は、位置、形状などの変動が比較的大きく、過去での位置と最新の3次元計測データに基づく追跡により得られる推定位置の信頼性が相対的に低い低信頼度部位には追跡処理を適用しない。その代りに、この姿勢計測装置は、低信頼度部位については、周囲の高信頼度部位の位置と、人体構造モデルで定義される、その高信頼度部位と低信頼度部位間の長さにより推定位置を求める。
Hereinafter, the posture measuring apparatus will be described with reference to the drawings.
For example, this posture measurement apparatus uses a three-dimensional sensor capable of measuring the position of a subject in real space to obtain a predetermined range of three-dimensional measurement data including a person to be measured at regular intervals. This posture measurement device has relatively little variation in position, shape, etc. of each part of the person, and the reliability of the estimated position obtained by tracking based on the past position and the latest three-dimensional measurement data is relatively For highly reliable parts, an estimated position in real space is obtained by tracking processing. On the other hand, this posture measurement device has a relatively low variation in position, shape, etc., and the reliability of the estimated position obtained by tracking based on the past position and the latest three-dimensional measurement data is relatively low. No tracking process is applied to. Instead, this posture measurement device uses the position of the surrounding high-reliability part and the length between the high-reliability part and the low-reliability part defined by the human body structure model for the low-reliability part. Find the estimated position.
本実施形態では、姿勢計測装置は、自動運転装置に実装され、姿勢計測装置による測定対象人物は、ドライバであるとする。しかし姿勢計測装置は、ドライバ以外の人物の姿勢計測に利用されてもよい。 In the present embodiment, it is assumed that the posture measurement device is mounted on an automatic driving device, and the person to be measured by the posture measurement device is a driver. However, the posture measurement device may be used for posture measurement of a person other than the driver.
図1は、姿勢計測装置が実装された一つの実施形態による自動運転装置の概略構成図である。図2は、車両内における自動運転装置の配置の一例を示す図である。自動運転装置1は、3次元センサ2と、車外センサ3と、記憶部4と、制御部5とを有する。自動運転装置1は、さらに、各種の情報を表示するためのディスプレイ(図示せず)を有してもよい。記憶部4及び制御部5は、例えば、基板6上に設けられる。また、3次元センサ2及び車外センサ3は、コントロールエリアネットワークといった規格に準拠した車内ネットワーク7を介して制御部5と接続される。さらに、制御部5は、車内ネットワーク7を介して、車両10の電子制御装置(ECU)(図示せず)と接続される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an automatic driving device according to an embodiment in which an attitude measurement device is mounted. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the automatic driving devices in the vehicle. The automatic driving device 1 includes a three-
3次元センサ2は、例えば、車室内前方の天井付近、例えば、ルームミラー付近に、ドライバ11の方へ向けて取り付けられる。そして3次元センサ2は、一定の周期(例えば、50msec〜100msec)ごとに、ドライバ11を含む、測定範囲内の3次元計測データを生成し、生成した3次元計測データを車内ネットワーク7を介して制御部5へ出力する。そのために、3次元センサ2は、例えば、Time of Flight方式を採用したデプスカメラ、あるいはステレオカメラとすることができる。3次元計測データは、例えば、所定点(例えば、3次元センサ2のセンサ面の中心)を原点とする3次元の直交座標系における、3次元センサ2の測定範囲内の各点の実空間の座標を含む。
The three-
車外センサ3は、車両10の前方を撮影可能なように、例えば、車室内の天井付近に、車両10の前方へ向けて取り付けられたカメラを有する。そして車外センサ3は、所定の撮影周期(例えば、30msec〜100msec)で車両10の前方が写った画像を生成し、その生成した画像を車内ネットワーク7を介して制御部5へ出力する。なお、車外センサ3が有するカメラは、ステレオカメラであってもよい。さらに、車外センサ3は、車両10から車両10の周囲に位置する物体までの距離を測定するためのレーダセンサを有していてもよい。そして車外センサ3は、そのレーダセンサによる測距データも、車内ネットワーク7を介して制御部5へ出力してもよい。
The vehicle
記憶部4は、例えば、読み書き可能な不揮発性または揮発性の半導体メモリ及び読み出し専用の不揮発性の半導体メモリを有する。そして記憶部4は、制御部5上で実行される、姿勢計測処理を含む、自動運転処理のプログラムを記憶する。また記憶部4は、姿勢計測処理で利用あるいは生成される、人体構造モデル及び直近の一定期間内に生成された骨格モデルといった各種のデータを記憶する。なお、人体構造モデル及び骨格モデルの詳細については後述する。
The
制御部5は、一つまたは複数のプロセッサ及びその周辺回路を有し、自動運転装置1の各部及びECUと信号線あるいは車内ネットワーク7を通じて接続されている。制御部5は、例えば、ステアリングなどに設けられた自動運転開始スイッチ(図示せず)をドライバが操作することにより、自動運転処理を開始する。制御部5は、自動運転処理の実行中、一定周期ごとに、例えば、車外センサ3から得られた車両10の前方の画像に基づいて車両10の走行車線を認識する。そして制御部5は、その認識結果、及び、ナビゲーションシステム(図示せず)から取得した、走行予定ルート及び車両10の現在位置などの情報に基づいて操舵角を決定する。また制御部5は、車両10の前方の画像または測距データ、及び、ECUから取得した、車両10の速度などの車両10の挙動を表す情報に基づいて、アクセル開度及びブレーキ操作量を決定する。そして制御部5は、操舵角、アクセル開度及びブレーキ操作量を表す操作信号をECUへ出力する。なお、制御部5は、走行車線の認識、操舵角、アクセル開度及びブレーキ操作量の決定に関する様々な手法の何れかに従って、これらの処理を実行すればよい。
The
さらに、制御部5は、自動運転処理の実行中、一定周期ごとに、ドライバの姿勢を計測する。そして制御部5は、例えば、車両10が目的地から所定距離の範囲内に近づいたとき、あるいは、ドライバが自動運転を解除する操作を、ステアリングなどに設けられたスイッチを介して行った場合に、権限移譲準備モードに設定する。そして制御部5は、権限移譲準備モードが設定されている場合、ドライバの姿勢の計測結果に基づいて、ドライバに運転権限を委譲するか否かを判定する。
Further, the
図3は、姿勢計測処理に関する、制御部5の機能ブロック図である。制御部5は、骨格モデル生成部21と、高信頼度部位追跡部22と、低信頼度部位推定部23と、運転権限移譲判定部24とを有する。
制御部5が有するこれらの各部は、制御部5が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。
また制御部5が有するこれらの各部は、その各部に対応する回路が集積された一つまたは複数の集積回路として、制御部5が有するプロセッサとは別個に、自動運転装置1に実装されてもよい。
FIG. 3 is a functional block diagram of the
Each of these units included in the
Each of these units included in the
骨格モデル生成部21は、検出部の一例であり、姿勢計測処理が開始された後に、3次元計測データが得られる度に、その3次元計測データに基づいて、人体構造モデルで表されるドライバの所定の各部位の実空間での位置を検出する。そして骨格モデル生成部21は、各部位の実空間での位置に基づいて、ドライバの骨格を表す骨格モデルを生成する。なお、以下の説明において、実空間での位置を、単に位置と呼ぶことがある。
The skeleton
最初に、人体構造モデルについて説明する。
図4は、人体構造モデルの概要を表す説明図である。人体構造モデル400は、人体において各部位間の不変の配置関係を表すモデルである。例えば、頭部と首(中肩)が隣接していること、右肩と右肘が隣接していることなどは、どの人体でも不変である。そこで人体構造モデル400は、そのモデル400において実線で連結された二つの部位が隣接していること、及び、その二つの部位間の長さなどを定義する。なお、実際には、人体構造モデルとして、例えば、部位ごとに、その部位の名称または識別番号と、その部位に隣接する部位の名称または識別番号と、隣接する部位までの長さとがリスト形式で記録される。そして人体構造モデルは、予め、記憶部4に保存される。
First, the human body structure model will be described.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the human body structure model. The human
骨格モデル生成部21は、ドライバの姿勢の推定に利用される各部位、例えば、頭部、両肩、両肘、両手首の実空間での位置を、3次元センサ2から得た3次元計測データに基づいて検出する。そのために、骨格モデル生成部21は、1フレームの3次元計測データに基づいて人体の各部位の位置を検出する様々な技術の何れかを利用して、部位ごとに、3次元計測データ中でその部位に相当する測定点を検出する。例えば、骨格モデル生成部21は、Random Forestといった機械学習に基づいて予め学習された識別器を用いて、部位ごとに、その部位に相当する測定点を検出する(例えば、J.Shotton他、"Real-Time Human Pose Recognition in Parts from Single Depth Images"、CVPR、2011年を参照)。あるいは、骨格モデル生成部21は、円柱及び球などの幾何形状を組み合わせた人体モデルを3次元計測データとフィッティングすることにより、部位ごとに、その部位に相当する測定点を検出してもよい(例えば、村上他、「3次元ボクセルデータに基づく人体の姿勢推定」、情報処理学会研究報告、2003年を参照)。あるいはまた、骨格モデル生成部21は、Reeb Graphを利用して、部位ごとに、その部位に相当する測定点を検出してもよい(例えば、唯野他、「測地線距離による高速かつロバストな三次元ビデオからのスケルトン抽出」、電子情報通信学会論文誌、D Vol.J90-D No.7 pp.1729-1732、2007年を参照)。
The skeletal
なお、部位によっては、他の部位に隠れて3次元センサ2から見えなかったり、あるいは、他の部位と密接しているために、他の部位と識別できないことがある。骨格モデル生成部21は、このような部位については、対応する測定点を検出しなくてもよい。
Note that some parts may be hidden behind other parts and cannot be seen from the three-
骨格モデル生成部21は、対応する測定点が検出された部位に基づいて骨格モデルを生成する。
The skeleton
図5は、骨格モデルの一例を示す図である。この例では、骨格モデル500は、部位ごとに、その部位に対応する測定点の実空間での位置を表す3次元座標が表されたテーブルとして生成される。なお、骨格モデル500において、検出されなかった部位については、3次元座標を表す欄が空欄、あるいは、3次元座標の値がデフォルト値となっている。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a skeleton model. In this example, the
骨格モデル生成部21は、生成した骨格モデルを、その骨格モデルの生成に利用した3次元計測データの取得時刻とともに記憶部4に保存する。
The skeleton
高信頼度部位追跡部22は、追跡部の一例であり、3次元計測データが新たに得られる度に、記憶部4に保存された、直前のフレームの3次元計測データに基づいて生成された骨格モデルと、最新のフレームの3次元計測データに基づいて高信頼度部位を追跡する。これにより、高信頼度部位追跡部22は、高信頼度部位の実空間での位置を更新する。
The high-reliability
高信頼度部位は、位置、形状などの変動が比較的少なく、過去に求められた位置と最新の3次元計測データに基づく追跡により得られる推定位置の信頼性が相対的に高い部位である。例えば、ドライバについては、シートに座って前方を向き、かつ、両手でステアリングを把持していることが想定される。そのため、各部位のうち、顔、首、両肩、胴体、及び両手首については比較的変動が少なく、追跡により得られる推定位置の信頼性が高い。そこで本実施形態では、顔、首、両肩、胴体、及び両手首が高信頼度部位に設定される。一方、両肘は、ステアリングの操作などに応じて大きく移動したり、変形することがある。その結果として、3次元センサ2から両肘は見えなくなる可能性も比較的高い。そこで本実施形態では、両肘が低信頼度部位に設定される。このように、部位ごとの高信頼度部位または低信頼度部位の設定は、人体の構造、測定対象人物について想定される姿勢または3次元センサ2に対する相対的な位置などに基づいて、予め行われる。
The highly reliable site is a site where the variation in position, shape, etc. is relatively small, and the reliability of the estimated position obtained by tracking based on the position obtained in the past and the latest three-dimensional measurement data is relatively high. For example, it is assumed that the driver is sitting on the seat and facing forward and holding the steering wheel with both hands. Therefore, among the parts, the face, neck, both shoulders, trunk, and both wrists have relatively little fluctuation, and the reliability of the estimated position obtained by tracking is high. Therefore, in the present embodiment, the face, neck, both shoulders, torso, and both wrists are set as highly reliable parts. On the other hand, both elbows may move greatly or be deformed depending on the steering operation or the like. As a result, there is a relatively high possibility that both elbows will not be visible from the three-
人体構造モデルに定義された各部位について、高信頼度部位か、低信頼度部位かを表すフラグが、予め、その部位の識別番号とともに記憶部4に保存される。なお、このフラグは、部位が高信頼度部位か低信頼度部位かを表す信頼度情報の一例である。本実施形態では、高信頼度部位追跡部22は、骨格モデル生成部21において位置が求められていない部位の中から、フラグを参照することで、高信頼度部位を選択する。そして高信頼度部位追跡部22は、選択した高信頼度部位のそれぞれについて、前フレームでの骨格モデルに表された高信頼度部位の位置と現フレームの3次元計測データに基づく追跡処理を実行することで、現フレームでの実空間の推定位置を求める。その際、高信頼度部位追跡部22は、例えば、追跡処理として、ICPアルゴリズムを適用し、前フレームでの骨格モデルに表された着目する高信頼度部位の位置から現フレームへの移動を表す位置変換パラメータ(例えば、アフィン変換パラメータ)を算出する。そして高信頼度部位追跡部22は、現フレームの3次元計測データに含まれる測定点のうち、前フレームでの着目する高信頼度部位の位置に対してその位置変換パラメータを適用して得られる推定位置との誤差が最小となる測定点を特定する。高信頼度部位追跡部22は、特定した測定点と推定位置の差が所定の許容範囲(例えば、5〜10cm)内である場合、特定した測定点の位置を、現フレームでの着目する高信頼度部位の位置とする。また、高信頼度部位追跡部22は、特定した測定点と推定位置の差が所定の許容範囲から外れている場合には、推定位置そのものを、現フレームでの着目する高信頼度部位の位置としてもよい。これは、着目する高信頼度部位が他の部位に隠れている可能性が有るためである。
For each part defined in the human body structure model, a flag indicating whether the part is a high-reliability part or a low-reliability part is stored in advance in the
高信頼度部位追跡部22は、現フレームでの位置を求めた高信頼度部位のそれぞれについて、骨格モデルにその高信頼度部位の位置を書き込んで、骨格モデルを更新する。
The high-reliability
骨格モデル生成部21において位置が求められていない低信頼度部位については、追跡処理により求められるその部位の位置推定の精度は低く、誤差が大きい可能性がある。これは、低信頼度部位は、相対的に変動が大きかったり、あるいは、3次元センサ2から見えなくなる可能性が高いためである。
For a low-reliability part whose position is not obtained in the skeleton
そこで低信頼度部位推定部23は、骨格モデル生成部21において位置が求められていない低信頼度部位のそれぞれについて、人体構造モデル及び周囲の複数の高信頼度部位の位置に基づいて現フレームでの推定位置を求める。なお、低信頼度部位推定部23は、位置推定部の一例である。
Therefore, the low reliability
低信頼度部位推定部23は、例えば、着目する低信頼度部位に隣接する複数(例えば、二つ)の高信頼度部位を選択する。なお、着目する低信頼度部位に隣接する高信頼度部位が一つしかない場合には、低信頼度部位推定部23は、着目する低信頼度部位に近い方から順に複数の高信頼度部位を選択してもよい。そして低信頼度部位推定部23は、選択した複数の高信頼度部位のそれぞれについて、人体構造モデルを参照して、その高信頼度部位から着目する低信頼度部位までの長さを特定する。低信頼度部位推定部23は、選択した二つの高信頼度部位のそれぞれについて、その高信頼度部位の位置を中心として、その高信頼度部位から着目する低信頼度部位までの長さを半径とする球を求め、各球の交点を、着目する低信頼度部位の実空間での位置とする。なお、低信頼度部位推定部23は、交点が複数存在する場合、前フレームでの着目する低信頼度部位の位置に最も近い交点の位置を、その低信頼度部位の位置としてもよい。さらに、低信頼度部位推定部23は、現フレームの3次元計測データに含まれる測定点のうち、交点に最も近い測定点までの距離が所定の許容範囲(例えば、5〜10cm)以内にある場合、その測定点の位置を、その低信頼度部位の位置としてもよい。
The low reliability
低信頼度部位推定部23は、現フレームでの位置を求めた低信頼度部位のそれぞれについて、骨格モデルにその低信頼度部位の位置を書き込んで、骨格モデルを更新する。
The low reliability
図6(a)は、前フレームの3次元計測データ取得時のドライバの姿勢の一例を示す図であり、図6(b)は、現フレームの3次元計測データ取得時におけるドライバの姿勢の一例を示す図である。図6(a)に示される例では、前フレームの時点で、ドライバ600の各部位の位置は3次元センサ2から見えるので、骨格モデル生成部21により、右手首601及び右肘602を含む、各部位の位置は求められている。一方、図6(b)に示される例では、現フレームの時点で、ドライバ600の右手首601及び右肘602が左手に隠されている。このうち、右手首601は高信頼度部位であるため、高信頼度部位追跡部22により、現フレームにおけるその推定位置が求められる。一方、右肘602は低信頼度部位である。そのため、低信頼度部位推定部23により、現フレームにおける右手首601の推定位置及び右肩603の位置と、右手首601から右肘602までの距離及び右肩603から右肘602までの距離とに基づいて、右肘602の位置は推定される。
FIG. 6A is a diagram illustrating an example of the posture of the driver when acquiring the three-dimensional measurement data of the previous frame, and FIG. 6B is an example of the posture of the driver when acquiring the three-dimensional measurement data of the current frame. FIG. In the example shown in FIG. 6A, since the position of each part of the
運転権限移譲判定部24は、姿勢判定部の一例であり、権限移譲準備モードが設定されている場合、骨格モデルに表された各部位のうちの少なくとも一つの位置に応じて、ドライバが運転権限を委譲可能な姿勢を取っているか否かを判定する。そして運転権限移譲判定部24は、その判定結果に基づいて、自動運転装置1からドライバへ運転権限を委譲するか否かを判定する。
The driving authority
図7(a)〜図7(e)は、それぞれ、自動運転装置1からドライバへ運転権限を委譲するための判定条件の一例を示す図である。図7(a)〜図7(e)に示されるように、以下の条件が全て満たされる場合に、運転権限移譲判定部24は、ドライバの姿勢は、自動運転装置1からドライバへ運転権限を委譲可能な姿勢であると判定する。一方、何れかの条件が満たされない場合、運転権限移譲判定部24は、ドライバの姿勢は、ドライバへ運転権限を委譲可能な姿勢でないと判定する。
(a)ドライバ700は両手でステアリング701を把持している(図7(a))
(b)ドライバ700の両肘の角度θが所定の角度範囲(例えば、90〜150°)に含まれる(図7(b))
(c)ドライバの頭部702がヘッドレスト703で守られる位置にある(図7(c))
(d)頭部702がダッシュボード704の上端よりも所定距離(例えば、20〜40cm)より上にある。すなわち、ドライバの前方視界が確保されている(図7(d))
(e)ドライバ700が前方を向いている(図7(e))
FIG. 7A to FIG. 7E are diagrams showing examples of determination conditions for delegating driving authority from the automatic driving apparatus 1 to the driver. As shown in FIGS. 7A to 7E, when all of the following conditions are satisfied, the driving authority
(a) The
(b) The angle θ of both elbows of the
(c) The driver's
(d) The
(e) The
上記の条件(a)〜(e)のうち、条件(a)について、ステアリングの位置からそれぞれの手までの距離が所定の許容距離(例えば、3〜5cm)以下である場合に、運転権限移譲判定部24は、ドライバが両手でステアリングを把持していると判定する。同様に、条件(c)について、ヘッドレストの位置から頭部までの距離が所定の許容距離以下である場合に、運転権限移譲判定部24は、ドライバの頭部がヘッドレストで守られる位置にあると判定すればよい。また、条件(d)について、ドライバの頭部の鉛直方向座標からダッシュボードの上端の鉛直方向座標を減じた差が所定距離よりも大きい場合に、運転権限移譲判定部24は、ドライバの前方視界が確保されていると判定すればよい。なお、ステアリング、ヘッドレスト及びダッシュボードの上端のそれぞれの位置は、予め記憶部4に保存される。さらに、条件(b)について、運転権限移譲判定部24は、右手と左手のそれぞれについて、手首と肘を結ぶ直線と、肩と肘を結ぶ直線の交差角を、肘の角度として算出し、その角度が所定の角度範囲に含まれるか否かを判定すればよい。さらに、条件(e)について、運転権限移譲判定部24は、左肩から頭部までの距離と、右肩から頭部までの距離の差が所定範囲内にある場合に、ドライバが前方を向いていると判定すればよい。
Of the above conditions (a) to (e), for condition (a), when the distance from the steering position to each hand is a predetermined allowable distance (for example, 3 to 5 cm) or less, the driving authority is transferred. The
なお、運転権限移譲判定部24は、上記の条件(a)〜(e)のうち、条件(a)、(d)及び(e)が満たされる場合に、ドライバの姿勢が運転権限を委譲可能な姿勢であると判定してもよい。
The driving authority
運転権限移譲判定部24は、ドライバの姿勢が運転権限を委譲可能な姿勢である場合、自動運転装置1からドライバへ運転権限を委譲すると判定する。一方、ドライバの姿勢が運転権限を委譲可能な姿勢でない場合、運転権限移譲判定部24は、ドライバへ運転権限を委譲しないと判定する。なお、運転権限移譲判定部24は、所定の期間(例えば、1〜3秒間)にわたって継続してドライバの姿勢が運転権限を委譲可能な姿勢である場合に、自動運転装置1からドライバへ運転権限を委譲すると判定してもよい。
The driving authority
運転権限移譲判定部24は、自動運転装置1からドライバへ運転権限を委譲すると判定した場合、その旨を表すメッセージを、車室内に設けられたディスプレイ(図示せず)に表示したり、その旨を表す音声をスピーカ(図示せず)から出力させる。そして制御部5は、その判定後、一定期間を経過した後に、自動運転処理を終了し、ドライバによる運転に切り替える。
When the driving authority
図8は、制御部5により実行される、姿勢計測処理の動作フローチャートである。制御部5は、3次元センサ2から3次元計測データを受け取る度に、この動作フローチャートに従って姿勢計測処理を実行する。
FIG. 8 is an operation flowchart of posture measurement processing executed by the
骨格モデル生成部21は、ドライバの姿勢の推定に利用される各部位、例えば、頭部、両肩、両肘、両手首の実空間での位置を、3次元センサ2から得た現フレームの3次元計測データに基づいて検出して、骨格モデルを生成する(ステップS101)。
The skeletal
高信頼度部位追跡部22は、骨格モデル生成部21で検出されなかった各部位のうち、高信頼度部位を選択する(ステップS102)。そして高信頼度部位追跡部22は、記憶部4に保存された前フレームの骨格モデルと現フレームの3次元計測データに基づいて、選択した高信頼度部位を追跡することで、高信頼度部位の実空間での位置を更新する(ステップS103)。
The high-reliability
低信頼度部位推定部23は、骨格モデル生成部21で検出されなかった各部位のうち、低信頼度部位を選択する(ステップS104)。低信頼度部位推定部23は、各低信頼度部位について、人体構造モデルに基づいて、その低信頼度部位に隣接する複数の高信頼度部位を特定する。そして低信頼度部位推定部23は、各低信頼度部位について、隣接する複数の高信頼度部位の実空間での位置とその隣接する各高信頼度部位と低信頼度部位間の長さに基づいて、低信頼度部位の推定位置を更新する(ステップS105)。
The low reliability
運転権限移譲判定部24は、権限移譲準備モードが設定されているか否か判定する(ステップS106)。権限移譲準備モードが設定されていなければ(ステップS106−No)、制御部5は、姿勢計測処理を終了する。一方、権限移譲準備モードが設定されている場合(ステップS106−Yes)、運転権限移譲判定部24は、各部位の位置に基づいて、ドライバの姿勢が自動運転装置1からドライバへの運転権限を委譲可能な姿勢か否か判定する(ステップS107)。ドライバの姿勢が権限委譲可能な姿勢である場合(ステップS107−Yes)、運転権限移譲判定部24は、自動運転装置1からドライバへ運転権限を委譲すると判定する。そして制御部5は、運転権限をドライバへ移譲する(ステップS108)。そして制御部5は、姿勢計測処理を終了する。一方、ドライバの姿勢が権限委譲可能な姿勢でない場合(ステップS107−No)、運転権限移譲判定部24は、自動運転装置1からドライバへ運転権限を委譲しないと判定する。そして制御部5は、姿勢計測処理を終了する。
The driving authority
以上に説明してきたように、この姿勢計測装置は、現フレームの3次元計測データに基づいて実空間での位置を特定できなかった部位のうち、高信頼度部位については追跡処理によって実空間での推定位置をもとめる。このように、この姿勢計測装置は、追跡処理を用いて精度良く実空間での位置を推定できると想定される高信頼度部位を対象として追跡処理を実行するので、精度良く部位の位置の推定できる。一方、この姿勢計測装置は、実空間での位置を特定できなかった部位のうち、低信頼度部位については、人体構造モデル及び隣接する複数の高信頼度部位の位置に基づいて実空間での推定位置をもとめる。そのため、この姿勢計測装置は、低信頼度部位についても、その部位の位置の推定できる。 As described above, this posture measurement device is capable of tracking a highly reliable part in the real space by the tracking process among the parts in which the position in the real space cannot be specified based on the three-dimensional measurement data of the current frame. To find the estimated position. As described above, since this posture measurement apparatus performs tracking processing on a highly reliable part that is assumed to be able to accurately estimate the position in the real space using the tracking process, the position of the part is estimated with high accuracy. it can. On the other hand, this posture measuring device, for the low-reliability part among the parts for which the position in the real space could not be specified, based on the human body structure model and the positions of a plurality of adjacent high-reliability parts in the real space Find the estimated position. Therefore, this posture measuring device can estimate the position of a low-reliability part.
なお、変形例によれば、骨格モデル生成部21は、姿勢計測処理が開始されてから最初のフレームの3次元計測データについてのみ、各部位を検出してもよい。すなわち、図8の動作フローチャートにおいて、最初のフレームについてのみ、ステップS101の処理が行われてもよい。そして以降のフレームについては、高信頼度部位追跡部22が、全ての高信頼度部位について、最新のフレームの3次元計測データとその直前のフレームについて算出された骨格モデルとに基づいて追跡処理を行って、その高信頼度部位の推定位置を更新すればよい。また、低信頼度部位推定部23が、全ての低信頼度部位について、隣接する複数の高信頼度部位の推定位置と人体構造モデルとに基づいて、その低信頼度部位の推定位置を更新すればよい。
According to the modification, the skeleton
なお、何れかの部位が、最初のフレームの3次元計測データから、上記の実施形態による骨格モデル生成部21の処理により検出されないことがある。このような場合には、骨格モデル生成部21は、検出できなかった部位のそれぞれについて、低信頼度部位推定部23の処理と同様の処理を行って、その部位の推定位置を求めてもよい。その際、骨格モデル生成部21は、検出できなかった高信頼度部位については、隣接する低信頼度部位の位置が検出されていても、その低信頼度部位の位置を利用せず、その高信頼度部位に近い方から順に検出済みの複数の高信頼度部位の位置を利用してもよい。また、骨格モデル生成部21が一つのフレームの3次元計測データから全ての部位を検出できるまでは、制御部5は、各フレームについて、図8に示される動作フローチャートに従って姿勢計測処理を実行してもよい。そして骨格モデル生成部21が一つのフレームの3次元計測データから全ての部位を検出できると、制御部5は、それ以降のフレームについては、この変形例に従って姿勢計測処理を実行してもよい。
Note that any part may not be detected from the three-dimensional measurement data of the first frame by the processing of the skeleton
この変形例によれば、姿勢計測装置は、全てのフレームについて骨格モデル生成部21の処理を実行しなくてもよいので、演算量を削減できる。
According to this modification, the posture measurement device does not have to execute the processing of the skeleton
また、上記の実施形態または変形例による姿勢計測装置は、他の用途に利用されてもよい。例えば、上記の実施形態または変形例による姿勢計測装置は、ドライバが運転している間に継続してドライバの各部位の位置を計測し、その計測結果に基づいてドライバの姿勢の変化などを調べることで、ドライバの状態を判定するために利用されてもよい。 In addition, the posture measurement device according to the above-described embodiment or modification may be used for other purposes. For example, the posture measurement device according to the above-described embodiment or modification continuously measures the position of each part of the driver while the driver is driving, and checks the change in the posture of the driver based on the measurement result. Thus, it may be used to determine the state of the driver.
また、上記の実施形態または変形例による制御部の各部の機能を実現するコンピュータプログラムは、半導体メモリ、磁気記録媒体または光記録媒体といった、コンピュータ読取可能な可搬性の記録媒体に記録された形で提供されてもよい。なお、記録媒体には、搬送波は含まれない。 In addition, the computer program that realizes the function of each unit of the control unit according to the above-described embodiment or modification is recorded in a computer-readable portable recording medium such as a semiconductor memory, a magnetic recording medium, or an optical recording medium. May be provided. The recording medium does not include a carrier wave.
ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。 All examples and specific terms listed herein are intended for instructional purposes to help the reader understand the concepts contributed by the inventor to the present invention and the promotion of the technology. It should be construed that it is not limited to the construction of any example herein, such specific examples and conditions, with respect to showing the superiority and inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and modifications can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.
以上説明した実施形態及びその変形例に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
測定範囲内の各点の実空間での位置を表す3次元計測データを生成する3次元センサと、
人の複数の部位のそれぞれについて、当該部位に隣接する部位、及び当該部位から前記隣接する部位までの長さを表す人体構造モデルと、前記複数の部位のそれぞれについて、実空間での位置の計測精度の確からしさを表す信頼度が第1の信頼度となるか、前記第1の信頼度よりも低い第2の信頼度となるかを表す信頼度情報とを記憶する記憶部と、
前記測定範囲内にいる測定対象人物の前記複数の部位のうち、前記第1の信頼度を持つ第1の部位の実空間での位置を、前記3次元計測データと過去の当該部位の実空間での位置の計測結果に基づく追跡処理によって求める追跡部と、
前記測定対象人物の前記複数の部位のうち、前記第2の信頼度を持つ第2の部位の実空間での位置を、複数の前記第1の部位の実空間での位置と前記人体構造モデルに基づいて定められる当該第1の部位と当該第2の部位間の長さに基づいて求める位置推定部と、
を有する姿勢計測装置。
(付記2)
前記位置推定部は、前記人体構造モデルに基づいて、前記複数の第1の部位として、前記第2の部位に隣接する前記第1の部位を複数選択し、選択した前記複数の第1の部位のそれぞれについて、前記人体構造モデルに基づいて当該第1の部位と前記第2の部位間の長さを求め、選択した前記複数の第1の部位のそれぞれから当該長さとなる点に基づいて前記第2の部位の実空間での位置を求める、付記1に記載の姿勢計測装置。
(付記3)
前記3次元計測データに含まれる、複数の測定点の実空間での位置に基づいて前記測定対象人物の前記複数の部位の実空間での位置を検出する検出部をさらに有し、
前記追跡部は、前記第1の部位のうち、前記検出部により実空間での位置が検出されなかった第1の部位の実空間での位置を求める、付記1または2に記載の姿勢計測装置。
(付記4)
前記位置推定部は、前記第2の部位のうち、前記検出部により実空間での位置が検出されなかった第2の部位の実空間での位置を求める、付記3に記載の姿勢計測装置。
(付記5)
前記3次元センサは、車両の車室内を前記測定範囲とし、かつ、前記測定対象人物は前記車両のドライバであり、
前記第1の部位は、前記車両のドライバの肩と手首を含み、前記第2の部位は、前記車両のドライバの肘を含む、付記1〜4の何れかに記載の姿勢計測装置。
(付記6)
前記ドライバの前記第1の部位及び前記第2の部位のうちの少なくとも一つの部位に基づいて、前記ドライバが所定の姿勢を取っているか否かを判定する姿勢判定部をさらに有する、付記5に記載の姿勢計測装置。
(付記7)
3次元センサの測定範囲内にいる測定対象人物の複数の部位のうち、実空間での位置の計測精度の確からしさを表す信頼度として第1の信頼度を持つ第1の部位の実空間での位置を、前記3次元センサにより生成された前記測定範囲内の各測定点の実空間での位置を表す3次元計測データと過去の当該部位の実空間での位置の計測結果に基づく追跡処理によって求め、
前記測定対象人物の前記複数の部位のうち、前記第1の信頼度よりも低い第2の信頼度を持つ第2の部位の実空間での位置を、複数の前記第1の部位の実空間での位置と、人の複数の部位のそれぞれについて、当該部位に隣接する部位、及び当該部位から前記隣接する部位までの長さを表す人体構造モデルに基づいて定められる当該第1の部位と当該第2の部位間の長さに基づいて求める、
ことを含む姿勢計測方法。
(付記8)
3次元センサの測定範囲内にいる測定対象人物の複数の部位のうち、実空間での位置の計測精度の確からしさを表す信頼度として第1の信頼度を持つ第1の部位の実空間での位置を、前記3次元センサにより生成された前記測定範囲内の各測定点の実空間での位置を表す3次元計測データと過去の当該部位の実空間での位置の計測結果に基づく追跡処理によって求め、
前記測定対象人物の前記複数の部位のうち、前記第1の信頼度よりも低い第2の信頼度を持つ第2の部位の実空間での位置を、複数の前記第1の部位の実空間での位置と、人の複数の部位のそれぞれについて、当該部位に隣接する部位、及び当該部位から前記隣接する部位までの長さを表す人体構造モデルに基づいて定められる当該第1の部位と当該第2の部位間の長さに基づいて求める、
ことをコンピュータに実行させるための姿勢計測用コンピュータプログラム。
The following supplementary notes are further disclosed regarding the embodiment described above and its modifications.
(Appendix 1)
A three-dimensional sensor that generates three-dimensional measurement data representing the position of each point in the measurement range in real space;
For each of a plurality of parts of a person, a part adjacent to the part and a human body structure model representing a length from the part to the part adjacent to the part, and a position measurement in real space for each of the plurality of parts A storage unit that stores reliability information indicating whether the reliability representing the accuracy of accuracy is the first reliability or the second reliability lower than the first reliability;
Of the plurality of parts of the person to be measured within the measurement range, the position of the first part having the first reliability in the real space is represented by the three-dimensional measurement data and the past real space of the part. A tracking unit obtained by a tracking process based on the position measurement result at
Among the plurality of parts of the person to be measured, the position of the second part having the second reliability in the real space is the position of the plurality of first parts in the real space and the human body structure model. A position estimation unit to be obtained based on the length between the first part and the second part determined based on
A posture measuring device having
(Appendix 2)
The position estimation unit selects a plurality of the first parts adjacent to the second part as the plurality of first parts based on the human body structure model, and the selected first parts For each of the above, the length between the first part and the second part is obtained based on the human body structure model, and based on the point that becomes the length from each of the selected first parts The posture measurement apparatus according to attachment 1, wherein the position of the second part in real space is obtained.
(Appendix 3)
A detector that detects positions of the measurement target person in real space based on positions of the measurement points included in the three-dimensional measurement data in real space;
The posture measurement apparatus according to
(Appendix 4)
The posture measurement apparatus according to
(Appendix 5)
The three-dimensional sensor has a vehicle interior as the measurement range, and the person to be measured is a driver of the vehicle,
The posture measurement device according to any one of appendices 1 to 4, wherein the first part includes a shoulder and a wrist of the driver of the vehicle, and the second part includes an elbow of the driver of the vehicle.
(Appendix 6)
(Appendix 7)
Among the plurality of parts of the person to be measured within the measurement range of the three-dimensional sensor, in the real space of the first part having the first reliability as the reliability representing the reliability of the measurement accuracy of the position in the real space. Tracking processing based on the three-dimensional measurement data representing the position in the real space of each measurement point within the measurement range generated by the three-dimensional sensor and the measurement result of the position of the relevant part in the past in the real space Sought by,
Among the plurality of parts of the person to be measured, the position in the real space of the second part having the second reliability lower than the first reliability is defined as the real space of the plurality of first parts. And each of the plurality of parts of the person, the part adjacent to the part, and the first part determined based on the human body structure model representing the length from the part to the adjacent part and the part Obtained based on the length between the second parts,
Posture measurement method.
(Appendix 8)
Among the plurality of parts of the person to be measured within the measurement range of the three-dimensional sensor, in the real space of the first part having the first reliability as the reliability representing the reliability of the measurement accuracy of the position in the real space. Tracking processing based on the three-dimensional measurement data representing the position in the real space of each measurement point within the measurement range generated by the three-dimensional sensor and the measurement result of the position of the relevant part in the past in the real space Sought by,
Among the plurality of parts of the person to be measured, the position in the real space of the second part having the second reliability lower than the first reliability is defined as the real space of the plurality of first parts. And each of the plurality of parts of the person, the part adjacent to the part, and the first part determined based on the human body structure model representing the length from the part to the adjacent part and the part Obtained based on the length between the second parts,
A computer program for posture measurement that causes a computer to execute this.
1 自動運転装置(姿勢計測装置)
2 3次元センサ
3 車外センサ
4 記憶部
5 制御部
6 基板
7 車内ネットワーク
10 車両
11 ドライバ
21 骨格モデル生成部
22 高信頼度部位追跡部
23 低信頼度部位推定部
24 運転権限移譲判定部
1 Automatic driving device (Attitude measurement device)
2
Claims (5)
人の複数の部位のそれぞれについて、当該部位に隣接する部位、及び当該部位から前記隣接する部位までの長さを表す人体構造モデルと、前記複数の部位のそれぞれについて、実空間での位置の計測精度の確からしさを表す信頼度が第1の信頼度となるか、前記第1の信頼度よりも低い第2の信頼度となるかを表す信頼度情報とを記憶する記憶部と、
前記測定範囲内にいる測定対象人物の前記複数の部位のうち、前記第1の信頼度を持つ第1の部位の実空間での位置を、前記3次元計測データと過去の当該部位の実空間での位置の計測結果に基づく追跡処理によって求める追跡部と、
前記測定対象人物の前記複数の部位のうち、前記第2の信頼度を持つ第2の部位の実空間での位置を、複数の前記第1の部位の実空間での位置と前記人体構造モデルに基づいて定められる当該第1の部位と当該第2の部位間の長さに基づいて求める位置推定部と、
を有する姿勢計測装置。 A three-dimensional sensor that generates three-dimensional measurement data representing the position of each point in the measurement range in real space;
For each of a plurality of parts of a person, a part adjacent to the part and a human body structure model representing a length from the part to the part adjacent to the part, and a position measurement in real space for each of the plurality of parts A storage unit that stores reliability information indicating whether the reliability representing the accuracy of accuracy is the first reliability or the second reliability lower than the first reliability;
Of the plurality of parts of the person to be measured within the measurement range, the position of the first part having the first reliability in the real space is represented by the three-dimensional measurement data and the past real space of the part. A tracking unit obtained by a tracking process based on the position measurement result at
Among the plurality of parts of the person to be measured, the position of the second part having the second reliability in the real space is the position of the plurality of first parts in the real space and the human body structure model. A position estimation unit to be obtained based on the length between the first part and the second part determined based on
A posture measuring device having
前記追跡部は、前記第1の部位のうち、前記検出部により実空間での位置が検出されなかった第1の部位の実空間での位置を求める、請求項1または2に記載の姿勢計測装置。 A detector that detects positions of the measurement target person in real space based on positions of the measurement points included in the three-dimensional measurement data in real space;
The posture measurement according to claim 1, wherein the tracking unit obtains a position in the real space of the first part of the first part that has not been detected in the real space by the detection unit. apparatus.
前記測定対象人物の前記複数の部位のうち、前記第1の信頼度よりも低い第2の信頼度を持つ第2の部位の実空間での位置を、複数の前記第1の部位の実空間での位置と、人の複数の部位のそれぞれについて、当該部位に隣接する部位、及び当該部位から前記隣接する部位までの長さを表す人体構造モデルに基づいて定められる当該第1の部位と当該第2の部位間の長さに基づいて求める、
ことを含む姿勢計測方法。 Among the plurality of parts of the person to be measured within the measurement range of the three-dimensional sensor, in the real space of the first part having the first reliability as the reliability representing the reliability of the measurement accuracy of the position in the real space. Tracking processing based on the three-dimensional measurement data representing the position in the real space of each measurement point within the measurement range generated by the three-dimensional sensor and the measurement result of the position of the relevant part in the past in the real space Sought by,
Among the plurality of parts of the person to be measured, the position in the real space of the second part having the second reliability lower than the first reliability is defined as the real space of the plurality of first parts. And each of the plurality of parts of the person, the part adjacent to the part, and the first part determined based on the human body structure model representing the length from the part to the adjacent part and the part Obtained based on the length between the second parts,
Posture measurement method.
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