JP3997142B2 - 車両用の覚醒度推定装置および覚醒度推定方法 - Google Patents
車両用の覚醒度推定装置および覚醒度推定方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の覚醒度推定装置および覚醒度推定方法に係り、特に、車幅方向における車両の変位を時系列的にモニタリングすることにより、ドライバの覚醒度を推定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライバの覚醒度の低下に起因した事故を未然に防止する技術の開発は、安全性の観点から重要な研究課題の一つであり、覚醒度低下を検出する手法や警報技術に関する研究が盛んに行われている。本願出願人の先願である特許文献１には、走行環境や車速に大きな変化が生じても、正確に覚醒度を判断できる覚醒度推定手法が開示されている。この推定手法では、まず、車幅方向における車両の変位量を時系列的に検出し、これらの変位量を周波数変換することにより、各周波数成分パワーが算出される。つぎに、それぞれの周波数成分パワーの平均値が高周波成分量として算出される。それとともに、ドライバの覚醒度が低下した状態で顕在化するふらつき周波数を含む所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値が低周波成分量として算出される。そして、高周波成分量と低周波成分量との比に相当する評価値に基づいて、ドライバの覚醒の程度が判断される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５４３４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術では、高周波成分量が少なく、かつ、低周波成分量が多い場合に、ドライバの覚醒度が低いと判断される。しかしながら、覚醒度推定の判断基準となる高周波成分量および低周波成分量は、ドライバによって個人差がある。そのため、これらの成分量が共に多いケース（ふらつきが多いドライバ）、或いは、これらが共に少ないケース（ふらつきが少ないドライバ）では、正確な覚醒度の判断が困難になる可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ドライバの個人差に拘らず、ドライバの覚醒の程度を一層正確に判断することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、車両用の覚醒度推定装置を提供する。この推定装置は、時系列的に検出された車幅方向における車両の変位量を周波数変換することにより、各周波数成分パワーを算出する信号処理部と、信号処理部によって算出された周波数成分パワーの平均値を高周波成分量として算出するとともに、ドライバの覚醒度が低下した状態で顕在化するふらつき周波数を含む所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値を低周波成分量として算出する周波成分量算出部と、高周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる高周波パーセンタイル値を算出し、低周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる低周波パーセンタイル値を算出し、高周波パーセンタイル値と低周波パーセンタイル値とに基づいて、補正係数を算出する補正係数算出部と、高周波成分量と低周波成分量との比を補正係数で補正することによって、評価値を算出する評価値算出部と、評価値に基づいて、ドライバの覚醒度を判断する判断部とを有する。
【０００７】
ここで、第１の発明において、上記所定の割合は、７０％以上で９０％以下であることが好ましい。また、補正係数算出部は、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値に相当する所定の標準高周波パーセンタイル値と算出された高周波成分パーセンタイル値との第１の比を算出し、標準的なドライバの低周波パーセンタイル値に相当する所定の標準低周波パーセンタイル値と算出された低周波成分パーセンタイル値との第２の比を算出し、第１の比と第２の比とに基づいて、補正係数を算出することが望ましい。さらに、標準高周波パーセンタイル値に対する標準低周波パーセンタイル値の割合は、２倍以上で２．５倍以下であることが好ましい。
【０００８】
また、第１の発明において、評価値算出部は、高周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、高周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、高周波成分量と低周波成分量との比を評価値として算出することが好ましい。
【０００９】
また、第１の発明において、補正係数算出部は、低周波パーセンタイル値に、標準高周波パーセンタイル値と高周波パーセンタイル値との比を乗じることにより、補正低周波数パーセンタイル値を算出することが好ましい。この場合、評価値算出部は、補正低周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、補正低周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、高周波成分量と低周波成分量との比を評価値として算出することが望ましい。
【００１０】
また、第１の発明において、周波数成分パワーは、周波数成分パワーに各周波数のべき数ｎを乗じた値を、周波数成分パワーに掛けることにより、平準化されていることが好ましく、より具体的には、べき数ｎは、2.0以上で3.0以下の値であることが望ましい。
【００１１】
また、第１の発明において、評価値算出部は、周波成分量算出部により算出されたそれぞれの周波数成分パワーのうち、最大値を除いた周波数成分パワーに基づいて、高周波成分量を算出することが好ましい。
【００１２】
また、第１の発明において、評価値算出部は、評価値を経時的に算出してもよい。この場合、判断部は、評価値に応じてカウンタの値を増加または減少させるとともに、カウンタの値が判定値に到達した場合、ドライバに対して警告を行うべき状況であると判断することが好ましい。さらに、判断部は、評価値に応じてカウンタの変更量を変えてもよい。
【００１３】
第２の発明は、算出された評価値に基づいて、ドライバの覚醒度を判断する車両用の覚醒度推定方法を提供する。この推定方法は、時系列的に検出された車幅方向における車両の変位量を周波数変換することにより、各周波数成分パワーを算出する第１のステップと、信号処理部によって算出された周波数成分パワーの平均値を高周波成分量として算出する第２のステップと、ドライバの覚醒度が低下した状態で顕在化するふらつき周波数を含む所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値を低周波成分量として算出する第３のステップと、高周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる高周波パーセンタイル値を算出する第４のステップと、低周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる低周波パーセンタイル値を算出する第５のステップと、高周波パーセンタイル値と低周波パーセンタイル値とに基づいて、補正係数を算出する第６のステップと、高周波成分量と低周波成分量との比を補正係数で補正することによって、評価値を算出する第７のステップとを有する。
【００１４】
ここで、第２の発明において、上記所定の割合は、７０％以上で９０％以下であることが好ましい。また、上記第６のステップは、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値に相当する所定の標準高周波パーセンタイル値と算出された高周波成分パーセンタイル値との第１の比を算出するステップと、標準的なドライバの低周波パーセンタイル値に相当する所定の標準低周波パーセンタイル値と算出された低周波成分パーセンタイル値との第２の比を算出するステップと、第１の比と第２の比とに基づいて、補正係数を算出するステップとを含んでいてもよい。この場合、標準高周波パーセンタイル値に対する標準低周波パーセンタイル値の割合は、２倍以上で２．５倍以下であることが望ましい。
【００１５】
また、上記第７のステップにおいて、高周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、高周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、高周波成分量と低周波成分量との比を評価値として算出することが好ましい。
【００１６】
また、上記第６のステップにおいて、低周波パーセンタイル値に、標準高周波パーセンタイル値と高周波パーセンタイル値との比を乗じることにより、補正低周波数パーセンタイル値を算出してもよい。この場合、第７のステップにおいて、補正低周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、補正低周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、高周波成分量と低周波成分量との比を評価値として算出することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、覚醒度推定装置の具体的な説明に先立ち、本実施形態にかかる覚醒度の推定手法の概要について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、ふらつきが少ないドライバの眠い状況における周波成分量の分布特性図の一例であり、図２は、ふらつきが多いドライバの眠くない状況における周波成分量の分布特性図の一例である。これらの図において、横軸は高周波成分量を示し、縦軸は低周波成分量を示す。
【００１８】
図示した黒丸点は、あるタイミングにおいて算出された高周波成分量と、これと同じタイミングで算出された低周波成分量とで表される座標点（周波成分量点）をプロットしたものである。ここで、「周波成分量」とは、時系列的に検出された車幅方向における車両の変位量を周波数変換することにより得られる離散的な周波数成分パワーである。通常の走行状態では、カーブ等に起因した意図的な操舵が行われるため、ドライバの覚醒状態に拘わらず、比較的高周波側の成分量（高周波成分量）が、周波数領域の全体に亘って定常的に出現する傾向がある。本実施形態では、算出された周波数成分パワーの平均値を「高周波成分量」としている。これに対して、比較的低周波側の成分量（低周波成分量）は、覚醒度が低下している走行状態においてのみ顕在化する傾向がある。本実施形態では、所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値を「低周波成分量」としている。この周波数領域は、後述するふらつき周波数を基準に設定された、ふらつき周波数を含む低周波数帯ある。
【００１９】
楕円で囲まれた領域は、覚醒度推定に大きな影響を与える領域、すなわち、高周波成分量が少なく、かつ、低周波成分量が多い領域である。ドライバの覚醒度が低下するにしたがって、楕円領域内に存在する周波成分量点の個数が多くなる。低周波成分量を高周波成分量で除算した値（後述するＰ'slp／Ｐ'ave）は、ドライバの覚醒度が低下するほど、大きくなる。
【００２０】
図１に示すように、ふらつきが少ないドライバが眠い状況における覚醒状態を考える。同図（ａ）は、算出された周波成分量点（高周波成分量，低周波成分量）をそのままプロットした分布特性を示す。このタイプのドライバの特性としては、標準的なドライバの特性と比較して、低周波成分量が本来的に少ない。そのため、覚醒度が低下している走行下であっても、楕円で囲まれた領域内に周波成分量点があまり出現しない場合がある。その結果、覚醒度が低下しているにも拘わらず、覚醒度が低下していないと誤判定してしまう可能性がある。
【００２１】
一方、図２に示すように、ふらつきが多いドライバが眠くない状況における覚醒状態を考える。同図（ａ）は、算出された周波成分量点（高周波成分量，低周波成分量）をそのままプロットした分布特性を示す。このタイプのドライバの特性としては、標準的なドライバの特性と比較して、低周波成分量が本来的に多い。そのため、覚醒度が低下していない走行下であっても、楕円で囲まれた領域内に周波成分量点が多数出現してしまう場合がある。その結果、覚醒度が低下していないにも拘わらず、覚醒度が低下していると誤判定してしまう可能性がある。
【００２２】
上述した２つのケースにおいて誤判定が生じる原因は、ふらつきに関する個々のドライバの固有特性を考慮していない点にある。ドライバの固有特性は、低周波パーセンタイル値および高周波パーセンタイル値に反映される。図１および図２に示した白角点は、あるタイミングにおいて算出された高周波パーセンタイル値と、これと同じタイミングで算出された低周波パーセンタイル値とで表される座標点（パーセンタイル点）をプロットしたものである。あるタイミングにおいて算出されたパーセンタイル点（高周波パーセンタイル値，低周波パーセンタイル値）は、これと同じタイミングで算出された周波成分量点（高周波成分量，低周波成分量）と大きな相関がある。ここで、「高周波パーセンタイル値」は、高周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になるパーセンタイル値である。一人のドライバが行う一回の走行プロセスにおいて、高周波パーセンタイル値の変動は比較的少なく、ほぼ一定値となる傾向がある（ドライバの覚醒状態にはほとんど依存しない）。
【００２３】
なお、本実施形態では、上記所定の割合を８０％とし８０パーセンタイル値（80％ile値）を用いているが、この割合は一例であって、７０％以上９０％以下の範囲内であればよい（次の低周波パーセンタイル値についても同様）。一方、「低周波パーセンタイル値」は、低周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合（例えば80％）になるパーセンタイル値（例えば80％ile値）である。この低周波パーセンタイル値は、高周波パーセンタイル値の特性とは異なり変動が大きく、覚醒度の低下に伴い変動が大きくなる傾向がある。なお、高周波パーセンタイル値と低周波パーセンタイル値との比は、ドライバが覚醒している限り、ほぼ一定値となる傾向がある。
【００２４】
発明者が、多数のドライバを対象とした走行実験を行い、得られた走行データを詳細に検討した結果、標準的なドライバ（出現頻度が最も高い走行特性を示す仮想的なドライバ）のパーセンタイル点（高周波パーセンタイル値，低周波パーセンタイル値）は（200，400〜500）であることが判明した。以下、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値を「標準高周波パーセンタイル値」といい、本実施形態では200とする。また、標準的なドライバの低周波パーセンタイル値を「標準低周波パーセンタイル値」といい、本実施形態では500とする。そして、標準的なドライバのパーセンタイル点を「標準パーセンタイル点」という。なお、標準高周波パーセンタイル値に対する標準低周波パーセンタイル値の割合は、２倍以上で２．５倍以下の範囲内であればよく、例えば、標準パーセンタイル点を（200，400）に設定してもよい。
【００２５】
図１（ａ）に示したケースでは、パーセンタイル点（高周波パーセンタイル値，低周波パーセンタイル値）が（100，250）近傍に集中していることが分かる。したがって、標準的なドライバのパーセンタイル点が（200，500）であることに鑑みれば、図１（ａ）に示す特性のドライバは、本来的にふらつきが少ないドライバであると判断することができる。一方、図２（ａ）に示したケースでは、パーセンタイル点が（100〜200，400〜600）に集中していることが分かる。したがって、標準的なドライバのパーセンタイル点が（200，500）であることに鑑みれば、図２（ａ）に示す特性のドライバは、本来的にふらつきの大きなドライバであると判断することができる。
【００２６】
そこで、本実施形態では、それぞれの周波成分量点を算出されたパーセンタイル点と標準パーセンタイル点との縦横比でシフトさせることにより、周波成分量点を標準化する。例えば、図１（ａ）において、ある周波成分量点（100，500）について考える。この場合、この周波成分量点に対応するパーセンタイル点が（100，250）とすると、これと標準パーセンタイル点（200，500）との縦横比は、（横2.0倍，縦2.0倍）となる。その結果、この周波成分量点のシフト後の座標は（100×2.0，500×2.0）、すなわち（200，1000）になる。このようなシフトを全ての周波成分量点に関して行うことにより、図１（ａ）に示した分布特性は、同図（ｂ）に示した分布特性に補正される。このような補正を通じて、楕円で囲まれた領域内に周波成分量点が多数出現するため、本来的にふらつきが少ないドライバに関する誤判定を有効に防止することができる。
【００２７】
また、図２（ａ）に示した分布特性に対しても同様のシフトを行う。例えば、図２（ａ）において、ある周波成分量点（100，1000）について考える。この場合、この周波成分量点に対応するパーセンタイル点が（100，500）とすると、これと標準パーセンタイル点（200，500）との縦横比は、（横2.0倍，縦1.0倍）となる。その結果、この周波成分量点のシフト後の座標は（100×2.0，1000×1.0）、すなわち（200，1000）になる。このようなシフトを全ての周波成分量点に関して行うことにより、図２（ａ）に示した分布特性は、同図（ｂ）に示した分布特性に補正される。このような補正を通じて、楕円で囲まれた領域内に出現する周波成分量点の数が減少するため、本来的にふらつきが多いドライバに関する誤判定を有効に防止することができる。
【００２８】
このように、算出されたパーセンタイル点と標準パーセンタイル点との縦横比で、高周波成分量と低周波成分量とを補正する。これにより、ふらつきに関するドライバの個人差に拘わらず、全てのドライバを標準的なドライバと同等に取り扱うことができる。その結果、ドライバの覚醒の程度を一層正確に判断することが可能となる。
【００２９】
つぎに、図３を参照しながら、本実施形態における車両覚醒度推定装置について説明する。横変位検出部１は、車幅方向における車両の変位（横変位）を検出する。この検出部１には、例えばＣＣＤ（固体撮像素子）等を用いたステレオカメラや単眼カメラを用いることができる。画像情報処理部２は、横変位検出部１で得られた画像を処理して車両の変位量を求める。例えば、ＣＣＤで道路の左右車線を撮像しておき、１フレームの画像データを画像情報処理部２のメモリに記憶する。そして、画像認識技術を用いて左右車線をそれぞれ認識する。この認識プロセスにおいては、車線に関するテンプレートやステレオマッチング等といった周知の認識手法を用いて、１フレームの画像データから車線に相当する領域を特定する。左右車線内における車両位置は、例えば、横方向における車両の中心から左右車線の中央までの距離および道路幅から計算することができる。
【００３０】
なお、横変位検出部１は、カメラ等の自立型検出装置の他にも、道路中に埋設された磁気ネイルに基づいた路車間通信、或いはＧＰＳおよびナビゲーションシステムを車速と組み合わせることで横変位を検出することも可能である（ナビゲーションを用いたふらつき警報に関しては特開平９−９９７５６号公報を参照）。さらに、操舵角により横変位を推定することが可能なので、横変位検出部１として操舵角センサを用いてもよい。また、ヨーレートや横Ｇを検出することにより横変位を推定してもよい。車両の横方向のふらつき（変位量）は、例えば、分解能１mm、時間ステップ0.1秒で計測する。変位量に関するデータは、シフトレジスタ３中に随時格納される。シフトレジスタ３には、時系列的に算出された一連の変位量データが所定時間分だけ格納されている。シフトレジスタ３中に格納されたデータは、新たな変位量データの算出・格納にともない順次更新されていく。
【００３１】
ＦＦＴ信号処理部４、周波成分量算出部５、補正係数算出部７、評価値算出部８および判断部９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および入出力回路等を主体に構成された一般的なコンピュータにより実現される機能的なブロックである。後述するルーチンを実行するアプリケーションの制御下において、コンピュータを構成する各構成部材が相互に作用することにより機能ブロック４，５，７〜９が実現される。なお、ＲＯＭ中には、覚醒度推定プログラム、補正係数算出ルーチンにおける下限値α１low，α２'lowおよび上限値α１high，α２'high，補正係数算出における標準値，高周波成分量Ｐ'aveの下限値Ｐlow，ステップ値βの設定用テーブルおよび警報判定値Ｄ１，Ｄ２等が記憶されている。
【００３２】
図４は、評価値算出ルーチンのフローチャートであり、このルーチンは所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップ１において、ＦＦＴ信号処理部４は、シフトレジスタ３に格納された過去Ｘ秒間の変位量データをＹ秒（例えば90秒以下）ごとに読み出す。サンプル時間Ｘは、覚醒度を精度よく推定するため、ある程度長い時間（例えば50秒から80秒程度）を設定しておくことが好ましい。
【００３３】
ステップ２において、ＦＦＴ信号処理部４は、時系列的に検出された変位量を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等を用いて周波数変換して、周波数スペクトルにおける各周波数成分パワー（振幅）Ｐ[i]を算出する。本実施形態では、0.03〜0.3[Hz]の周波数領域において、0.02[Hz]刻みで１６個の周波数成分パワーＰ[1]〜Ｐ[16]を算出している。0.03Hzよりも低い周波数領域を考慮しない理由は、その領域のパワーはカーブ走行時に増大する傾向があり、ドライバの覚醒の程度とは直接関係がないからである。また、0.3Hzより高い周波数領域を考慮しない理由は、通常、その周波数領域内におけるパワーは無視できる程度に小さいので、評価値Ｈの算出に要する演算量を減らすためである。
【００３４】
ここで、変位量と周波数成分パワーとの関係について説明する。図５は運転開始からの経過時間および横変位量の変化との関係を示した図である。これらは、比較的空いた自動車専用道を比較的単調な走行環境で走行したことを想定した場合の測定結果である。走行約10分後は、本線に合流して交通の流れに乗って走行するようになった直後の状態であり、変位量も未だ小さい。約20分が経過すると、走行環境にも慣れリラックスした状態になり、走行開始直後よりも低周波成分の変化量が増加し、高周波成分が減少している。約50分を経過すると、運転が退屈であったり少し眠気を感じる状態になり，時々大きな変位量が生じる傾向が生じる。この場合、20分経過時と比べて、低周波成分の変位量が増加する傾向がさらに顕著になる。
【００３５】
図６は、図５の各経過時間における変位量を周波数変換して、周波数成分ｉおよびそのパワーＰ[i]の関係を示した図であり、離散的な各周波数成分パワーＰ[i]を折れ線的に繋いで表現したものである。点線は走行約10分後における各周波数成分パワーＰ[i]、破線は約20分後のパワーＰ[i]、実線は約50分経過後のパワーＰ[i]をそれぞれ示している。この図から、走行時間が長くなるほど、低周波領域の周波数成分パワーＰ[i]が増加する傾向にあることがわかる。
【００３６】
ステップ３において、周波成分量算出部５は、0.03〜0.3[Hz]の周波数領域（ｉ＝1〜16）における各周波数成分パワーＰ[i]を下式にしたがって平準化して、平準化された周波数成分パワーＰ'[i]を算出する。
【数１】
Ｐ'[i]＝Ｐ[i]・ｆn
（べき数ｎ：2.0≦ｎ≦3.0）
【００３７】
車線内における車両のふらつきは、自然界に多く存在する揺らぎの一つであると考えた場合、その振幅は１／ｆであり、パワーは１／ｆ2となる。したがって、数式１におけるべき数ｎは理論的には2.0でよいが、実験結果より、ｎ＝2.5とすることが好ましい。これは、車の諸元や運転に関するドライバの個人差、或いは走路の影響等によるものと思われる。ただし、2.0から3.0の範囲内の任意のべき数を用いてもドライバの覚醒度を判断することが可能である。本実施形態では、べき数ｎとして2.5を用いている。
【００３８】
図７は、周波数成分ｉと平準化された周波数成分パワーＰ'[i]との関係を示した図である。平準化された周波数成分パワーＰ'[i]の分布より、全体的な特性を視覚的に確認できる。同図から、約50分後に低周波領域、特に、ふらつき周波数ｆ1である0.1[Hz]付近である0.09[Hz]のパワーＰ'[4]と、0.11[Hz]のパワーＰ'[5]とが急激に増大していることがわかる。ドライバの覚醒度が低下している状態では、車両の横変位に関して、ふらつき周波数ｆ1付近のパワーが顕在化する傾向がある。換言すれば、覚醒度が下がった状態では、ふらつき周波数ｆ1を含む低周波数領域のパワーのみが増大し、それ以外のレベルは低いという特徴を有する。このような傾向に鑑み、ふらつき周波数ｆ1付近におけるパワーのピークと、それ以外の周波数領域のパワー状態とを比較することにより、ドライバの覚醒度を判断することができる。
【００３９】
ここで、「ふらつき周波数ｆ1」とは、ドライバの覚醒度が低下した状態（居眠り状態を含む）で顕在化（または収れん）する周波数をいう。一般に、乗用車では0.08〜0.12[Hz]あたりに出現する傾向があるが、実際には、ステアリング操作にともなう車両挙動の反応遅れ，車両特性，車速等の影響を受けるため、実験やシミュレーション等を通じて、車種毎に適切な値を設定する。本実施形態では、ふらつき周波数ｆ1を0.1[Hz]に設定している。
【００４０】
ステップ３に続くステップ４において、周波成分量算出部５は、平準化された各周波数成分パワーＰ'[1]〜Ｐ'[16]の総和を求め、その平均値を高周波成分量Ｐ'aveとして算出する。ただし、本実施形態では、ドライバの覚醒の程度をより正確に評価値Ｈに反映するため、平準化された各周波数成分パワーＰ'[1]〜Ｐ'[16]のうちパワーが最大となるものを除外し、残りの平準化された周波数成分パワーＰ'[i]より高周波成分量Ｐ'aveを算出する。このようなフィルタリングを行う理由は、ふらつき周波数ｆ1のパワーの増大の影響と外乱の影響とを除去するためである。
【００４１】
ステップ５において、周波成分量算出部５は、ふらつき周波数パワー判定、すなわち、ふらつき周波数ｆ1（0.01[Hz]）を含む所定の周波数領域（0.09〜0.11[Hz]）における平準化された周波数成分パワーＰ'[4]，Ｐ'[5]の大小を比較する。そして、パワーの大きい方が低周波成分量Ｐ'slpとしてセットされる。すなわち、0.11[Hz]のパワーＰ'[5]が0.09[Hz]のパワーＰ'[4]よりも大きい場合には、低周波成分量Ｐ'slpとしてパワーＰ'[5]がセットされる（ステップ６）。一方、0.09[Hz]のパワーＰ'[4]が0.11[Hz]のパワーＰ'[5]以上の場合には、低周波成分量Ｐ'slpとしてパワーＰ'[4]がセットされる（ステップ７）。そして、ステップ４〜７において算出された高周波成分量Ｐ'aveと低周波成分量Ｐ'slpとの組がシフトレジスタ６に格納される。
【００４２】
ステップ８において、補正係数算出部７は、高周波成分量Ｐ'aveと低周波成分量Ｐ'slpとに基づいて、補正係数Ｋ2を算出する。図８は、補正係数算出ルーチンのフローチャートであり、このルーチンは所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップ２１において、補正係数算出部７は、シフトレジスタ６に格納された高周波成分量Ｐ'aveの履歴を取得する。本実施形態では、取得する高周波成分量Ｐ'aveの履歴の数を、一例として５００サンプルとする。
【００４３】
ステップ２２において、補正係数算出部７は、高周波成分量Ｐ'aveに基づいて、高周波パーセンタイル値α１を算出する。図９は、高周波パーセンタイル値α１の説明図である。まず、補正係数算出部７は、取得したサンプル分について高周波成分量Ｐ'aveのヒストグラムを作成する。つぎに、このヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる値を高周波パーセンタイル値α１とする。本実施形態では、この割合を８０％として高周波成分量Ｐ'aveの８０パーセンタイル値を算出する。換言すれば、このように算出される値α１は、周波数成分パワーの低い方から８０％のしきい値である。このしきい値によって、ヒストグラムにおける異常値が除かれ、このヒストグラムにおける主要なデータ範囲を正規分布に近づけることができる。
【００４４】
ステップ２３において、補正係数算出部７は、シフトレジスタ６に格納された低周波成分量Ｐ'slpの履歴を取得する。本実施形態では、取得する低周波成分量Ｐ'slpの履歴の数を、一例として５００サンプルとする。
【００４５】
ステップ２４において、補正係数算出部７は、低周波成分量Ｐ'slpに基づいて、低周波パーセンタイル値α２を算出する。まず、補正係数算出部７は、取得したサンプル分について低周波成分量Ｐ'slpのヒストグラムを作成する。つぎに、このヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントし、低周波成分量Ｐ'slpの８０パーセンタイル値を低周波パーセンタイル値α２とする。
【００４６】
ステップ２５において、補正係数算出部７は、高周波パーセンタイル値α１が正常であるか否か判断する。すなわち、この値α１が所定の下限値α１low（例えば、100）よりも大きいか、または、この値α１が所定の上限値α１high（例えば、300）よりも小さい否かを判断する。高周波パーセンタイル値α１が下限値α１lowから上限値α１highの範囲内であれば、ステップ２７に進む。これに対して、高周波パーセンタイル値α１が下限値α１lowよりも小さい場合、または、上限値α１highよりも大きい場合、高周波パーセンタイル値α１が正常でないと判断し、ステップ２６に進む。このようなしきい値を設けた理由は、これらの値の範囲内に高周波パーセンタイル値α１がない場合には、ドライバの個人差以上の要因の影響（環境要因の影響など）が大きく、標準的なドライバに補正するデータとしては不適切だからである。すなわち、高周波パーセンタイル値α１が下限値α１lowより小さい場合は、このようなドライバに対して補正を行うと、覚醒度が低下していると誤判定を招く可能性が高い。また、高周波パーセンタイル値α１が上限値α１highよりも大きい場合は、車両のふらつきが正確に識別されていない状態や、高速道路の乗り始めなどで発生する可能性が高い。
【００４７】
ステップ２６において、補正係数Ｋ2として１がセットされる。これは、後述する評価値Ｈを算出するステップ１１において、Ｐ'slp／Ｐ'aveの値を補正することなく、この値をそのまま評価値Ｈとすることを意味する。
【００４８】
一方、ステップ２７において、補正係数算出部７は、高周波パーセンタイル値α１と所定の標準高周波パーセンタイル値との比であるＫ1を算出する。この標準高周波パーセンタイル値は、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値α１に相当する値であり、本実施形態では200に設定されている。つぎに、ステップ２８において、補正係数算出部７は、低周波パーセンタイル値α２に、ステップ２７で算出した比Ｋ1を乗じることにより、補正低周波パーセンタイル値α２'を算出する。
【００４９】
ステップ２９において、補正係数算出部７は、補正低周波パーセンタイル値α２'が正常であるか否か判断する。すなわち、この値α２'が所定の下限値α２'low（例えば、400）よりも大きいか、または、この値α２’が所定の上限値α２'high（例えば、500）よりも小さいか否かを判断する。補正低周波パーセンタイル値α２'が下限値α２'lowから上限値α２'highの範囲内であれば、ステップ３０に進む。これに対して、補正低周波パーセンタイル値α２'が下限値α２'lowよりも小さい場合、または、上限値α２'highよりも大きい場合、補正低周波パーセンタイル値α２'が正常でないと判断し、ステップ２６に進む。このようなしきい値を設けた理由は、これらの値の範囲内に補正低周波パーセンタイル値α２'がない場合には、ドライバの個人差以上の要因の影響が大きく、標準的なドライバに補正するデータとしては不適切だからである。すなわち、補正低周波パーセンタイル値α２'が下限値α２'lowより小さい場合、このようなドライバに対して補正を行うと、覚醒度が低下していると誤判定を招く可能性が高い。また、補正低周波パーセンタイル値α２'が上限値α２'highより大きい場合には、ドライバの覚醒度の低下が継続している状態である。
【００５０】
ステップ２６において、補正係数Ｋ2として１がセットされる。これは、ステップ２６の場合と同様に、後述する評価値Ｈを算出するステップ１１において、Ｐ'slp／Ｐ'aveの値を補正することなく、この値をそのまま評価値Ｈとすることを意味する。
【００５１】
ステップ３０において、補正係数算出部７は、補正低周波パーセンタイル値α２'に基づいて補正係数Ｋ2を算出する。この補正係数Ｋ2は、補正された低周波パーセンタイル値α２'と所定の標準低周波パーセンタイル値との比として算出される。この標準低周波パーセンタイル値は、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値α２に相当する値であり、本実施形態では500に設定されている。
【００５２】
なお、このように算出された補正係数Ｋ2は、高周波パーセンタイル値α１および補正低周波パーセンタイル値α２'が正常であるか否か判断するために、ステップ２５〜３０により算出される。しかしながら、その値を算出するだけであれば、以下の算出手順で算出してもよい。まず、標準高周波パーセンタイル値と、高周波パーセンタイル値α１との比である第１の比を算出する。つぎに、標準低周波パーセンタイル値と、高周波パーセンタイル値α２との比である第２の比を算出する。そして、このように算出された第１の比と第２の比とを積算すれば、補正係数Ｋ2が算出できる。
【００５３】
ステップ９において、評価値算出部８は、高周波成分量Ｐ'aveの下限判定、すなわち、高周波成分量Ｐ'aveが予め設定された下限値Ｐlow（例えば100）よりも小さいか否かを判断する。高周波成分量Ｐ'aveが下限値Ｐlowよりも小さい場合には、ドライバの覚醒の状態が安定しているものと判断し、高周波成分量Ｐ'aveに下限値Ｐlowをセットする（ステップ１０）。これにより、ステップ１１における評価値Ｈの算出に際して、分母が過小になり評価値Ｈが不適切に大きくなってしまうことを防ぐ（評価値Ｈの増大は覚醒度の低下を意味する）。これに対して、高周波成分量Ｐ'aveが下限値Ｐlow以上であれば、ステップ１０をスキップしてステップ１１に進む。
【００５４】
ステップ１１において、評価値算出部８は、評価値Ｈを下式に基づいて算出する。この評価値Ｈは、経時的要素を考慮しない瞬間的な覚醒度に相当し、高周波成分量Ｐ'aveと、低周波成分量Ｐ'slpとの比を補正係数Ｋ2で補正することによって算出される。なお、上述したように高周波パーセンタイル値α１および補正低周波パーセンタイル値α２'が異常であると判定された場合は、ステップ２６において補正係数Ｋ2に１がセットされる。この場合に算出された評価値Ｈは、補正係数Ｋ2によって補正せずに算出された評価値Ｈに相当する。そして、ステップ１１において評価値Ｈが算出された後、本ルーチンを抜ける。
【数２】
Ｈ＝（Ｐ'slp×Ｋ2）／Ｐ'ave×100
【００５５】
図７に示したように、評価値Ｈは、ドライバが覚醒している状態では（約10分経過後）、低周波成分量Ｐ'slp（Ｐ'[4]またはＰ'[5]）が小さいため、小さな値となる。これに対して、ドライバの覚醒度が低下している状態では（約50分経過後）、低周波成分量Ｐ'slpが増大するため、評価値Ｈの値は大きくなる。このように、評価値Ｈは、ドライバの覚醒度を反映した値となる。
【００５６】
図１０は、警報判定ルーチンのフローチャートであり、このルーチンは所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップ３１において、判断部９は、別ルーチンである評価値算出ルーチンで算出された評価値Ｈに基づき、下表よりステップ値βとして定数β1〜β8，０を設定する。なお、これらの定数は、評価値Ｈの値に応じて覚醒度カウンタＤの変更量を変えるため、|β1|＞|β2|＞|β3|＞|β4|＞|β5|，|β6|＜|β7|＜|β8|を具備する非線形な関係を有する。
【００５７】
（ステップ値の設定）
評価値Ｈ ステップ値β 評価値Ｈ ステップ値β
＞1000 ＋β1 ＞300 ±０
＞900 ＋β2 ＞200 −β6
＞800 ＋β3 ＞100 −β7
＞500 ＋β4 ＞0 −β8
＞400 ＋β5
【００５８】
つぎに、ステップ３２において、判断部９は、覚醒度カウンタＤの現在値にステップ値βを加算または減算することにより、覚醒度カウンタＤの値を更新する。そして、ステップ３３において、一次警報判定、すなわち、覚醒度カウンタＤが第１の判定値Ｄ1以上であるか否かが判断される。このステップ３３で否定判定された場合には、ドライバが覚醒している状態であると判断して、本ルーチンを抜ける。一方、覚醒度カウンタＤが第１の判定値Ｄ1以上ならば、ドライバに対して覚醒を促す必要があると判断して、ステップ３４に進む。
【００５９】
ステップ３４では、二次警報判定、すなわち、覚醒度カウンタＤが第２の判定値Ｄ2以上であるか否かが判断される。このステップ３４で否定判定された場合には、ドライバの覚醒度の低下による車両のふらつきを警告すべく、警報部１０に対して一次警報を指示した上で（ステップ３５）、本ルーチンを抜ける。一方、ステップ３４で肯定判定された場合には、ドライバの覚醒度がさらに低下した居眠り状態を警告すべく、警報部１０に対して二次警報処理を指示した上で（ステップ３６）、本ルーチンを抜ける。
【００６０】
判断部９からの指示を受けて、警報部１０は、ドライバに覚醒を促すための各種の警報処理を実行する。警報処理には様々なものが考えられるが、一例として追突警報を鳴らすことが挙げられる。すなわち、覚醒度が低下していると判断された場合、平常時よりも警報車間距離を長め（タイミングは早め）に設定する。また、警報部１０は逸脱警報を鳴らしてもよい。例えば、車線を踏む瞬間に鳴らすようにしたタイミングを覚醒度の低下時に早く設定する。さらに、居眠り警報を鳴らしてもよい。例えば覚醒度の低下時に、ふらつき警報音とともに表示画面上に「ふらつき注意」と表示する。
【００６１】
図１１は、高速道路走行時における実際の計測結果を示す図であり、下段は車両の横変位の特性、上段は評価値Ｈの特性、中段は覚醒度カウンタＤの特性をそれぞれ示している。走行開始から1400秒を経過したあたりから、車両の横変位に特徴的なピークが連続的に出現し、0.1[Hz]のふらつき周波数ｆ1が顕在化する。これにより、評価値Ｈが増大し、覚醒度カウンタＤの値がインクリメントされていくため、ドライバに対する警報が適切に発せられる。なお、計測状況によっては、1400秒以前においても評価値Ｈのピークが単発的に出現している。しかしながら、本実施形態では、そのようなピークが連続的に出現しない限り（換言すれば、覚醒度カウンタＤが継続的にインクリメントされていかない限り）、ドライバに対する警報は発せられない。
【００６２】
このように、本実施形態では、補正係数Ｋ2によって評価値Ｈを補正することにより、ドライバの個人差に起因した高周波成分量Ｐ'aveの値と低周波成分量Ｐ'slpの値との大小を解消することができる。したがって、図１および図２に示すような様々なドライバを標準的なドライバとして扱うことができるため、ドライバの個人差に起因した誤判定の問題を解消することができ、ドライバの覚醒の程度を一層正確に判断することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、高周波パーセンタイル値α１および補正低周波パーセンタイル値α２'が正常でないと判断された場合には、補正係数Ｋ2による補正を行わず（Ｋ2＝１に相当）に評価値Ｈを算出している。このように評価値Ｈを算出しているため、環境要因などの影響が大きい場合に、これらの影響までも補正して評価値Ｈを算出するような問題を解消できる。
【００６４】
また、本実施形態では、ふらつき周波数ｆ1付近におけるパワーのピークを、それ以外の周波数領域のパワーと比較することにより、ドライバの覚醒度を判断している。したがって、平常運転時のサンプルを予め用意する必要がなく、判定時のデータ（その直前のデータを含めて）のみに基づいて、ドライバの覚醒度を判定できる。そのため、走行環境の変化に依存することなく覚醒度を適切に判定することができ、従来技術のような走行環境の変化に起因した誤判定の問題を解消できる。
【００６５】
また、上述した高周波成分量Ｐ'aveのレベルについて下限値を設定した上で、評価値Ｈを算出している。これにより、評価値Ｈの算出式である数式２における分母がＰ'aveにより過小になることを規制するため、高速走行時におけるわずかな外乱やドライバ固有の運転パターンの影響を受けることなく、覚醒度の推定を精度よく行うことが可能となる。
【００６６】
また、本実施形態では、車両の横変位のふらつきにより、ふらつき周波数ｆ1を含む周波数領域内におけるパワーのピークが、それ以外の周波数領域のパワーよりも顕在化した場合、ドライバの覚醒度低下を検出する。このような検出手法では、安定した高速走行時に、横変位量が総じて小さい状況や軽い横風や大型車の脇を通過する状況が生じたとしても、覚醒度の誤判定を防止できる。
【００６７】
さらに、従来は、単発覚醒度の時間平均を取って最終的な覚醒度を算出し、その値を警報判定用のしきい値と比較することにより、警報の有無を判断していた。しかしながら、このような従来の手法では、警報の時間遅れが発生するという問題がある。これに対して、本実施形態のようなカウンタ方式では、単発覚醒度に相当する評価値Ｈが大きい場合（特に覚醒状態が著しく低下している場合）、覚醒度カウンタ値Ｄのステップ値αを大きくしている。したがって、線形カウンタである時間平均処理と比較して、警報を遅滞なく発することができる。
【００６８】
【発明の効果】
このように本発明では、補正係数により評価値を補正することにより、様々なドライバを標準的なドライバとして扱うことができる。このため、ドライバの個人差に起因した誤判定を解消することができ、ドライバの覚醒の程度を一層正確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ふらつきが少ないドライバの眠い状況における周波成分量の分布特性図
【図２】ふらつきが多いドライバの眠くない状況における周波成分量の分布特性図
【図３】覚醒度推定装置のブロック構成図
【図４】評価値算出ルーチンのフローチャート
【図５】横変位量の経時的な変化を示す図
【図６】各周波数成分パワーを示した図
【図７】評価値算出の説明図
【図８】補正係数算出ルーチンのフローチャート
【図９】高周波パーセンタイル値の説明図
【図１０】警報判定ルーチンのフローチャート
【図１１】高速道路走行時における実際の計測結果を示す図
【符号の説明】
１ 横変位検出部
２ 画像情報処理部
３ シフトレジスタ
４ ＦＦＴ信号処理部
５ 周波成分量算出部
６ シフトレジスタ
７ 補正係数算出部
８ 評価値算出部
９ 判断部
１０ 警報部
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の覚醒度推定装置および覚醒度推定方法に係り、特に、車幅方向における車両の変位を時系列的にモニタリングすることにより、ドライバの覚醒度を推定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライバの覚醒度の低下に起因した事故を未然に防止する技術の開発は、安全性の観点から重要な研究課題の一つであり、覚醒度低下を検出する手法や警報技術に関する研究が盛んに行われている。本願出願人の先願である特許文献１には、走行環境や車速に大きな変化が生じても、正確に覚醒度を判断できる覚醒度推定手法が開示されている。この推定手法では、まず、車幅方向における車両の変位量を時系列的に検出し、これらの変位量を周波数変換することにより、各周波数成分パワーが算出される。つぎに、それぞれの周波数成分パワーの平均値が高周波成分量として算出される。それとともに、ドライバの覚醒度が低下した状態で顕在化するふらつき周波数を含む所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値が低周波成分量として算出される。そして、高周波成分量と低周波成分量との比に相当する評価値に基づいて、ドライバの覚醒の程度が判断される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５４３４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術では、高周波成分量が少なく、かつ、低周波成分量が多い場合に、ドライバの覚醒度が低いと判断される。しかしながら、覚醒度推定の判断基準となる高周波成分量および低周波成分量は、ドライバによって個人差がある。そのため、これらの成分量が共に多いケース（ふらつきが多いドライバ）、或いは、これらが共に少ないケース（ふらつきが少ないドライバ）では、正確な覚醒度の判断が困難になる可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ドライバの個人差に拘らず、ドライバの覚醒の程度を一層正確に判断することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、車両用の覚醒度推定装置を提供する。この推定装置は、時系列的に検出された車幅方向における車両の変位量を周波数変換することにより、各周波数成分パワーを算出する信号処理部と、信号処理部によって算出された周波数成分パワーの平均値を高周波成分量として算出するとともに、ドライバの覚醒度が低下した状態で顕在化するふらつき周波数を含む所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値を低周波成分量として算出する周波成分量算出部と、高周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる高周波パーセンタイル値を算出し、低周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる低周波パーセンタイル値を算出し、高周波パーセンタイル値と低周波パーセンタイル値とに基づいて、補正係数を算出する補正係数算出部と、高周波成分量と低周波成分量との比を補正係数で補正することによって、評価値を算出する評価値算出部と、評価値に基づいて、ドライバの覚醒度を判断する判断部とを有する。
【０００７】
ここで、第１の発明において、上記所定の割合は、７０％以上で９０％以下であることが好ましい。また、補正係数算出部は、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値に相当する所定の標準高周波パーセンタイル値と算出された高周波成分パーセンタイル値との第１の比を算出し、標準的なドライバの低周波パーセンタイル値に相当する所定の標準低周波パーセンタイル値と算出された低周波成分パーセンタイル値との第２の比を算出し、第１の比と第２の比とに基づいて、補正係数を算出することが望ましい。さらに、標準高周波パーセンタイル値に対する標準低周波パーセンタイル値の割合は、２倍以上で２．５倍以下であることが好ましい。
【０００８】
また、第１の発明において、評価値算出部は、高周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、高周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、高周波成分量と低周波成分量との比を評価値として算出することが好ましい。
【０００９】
また、第１の発明において、補正係数算出部は、低周波パーセンタイル値に、標準高周波パーセンタイル値と高周波パーセンタイル値との比を乗じることにより、補正低周波数パーセンタイル値を算出することが好ましい。この場合、評価値算出部は、補正低周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、補正低周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、高周波成分量と低周波成分量との比を評価値として算出することが望ましい。
【００１０】
また、第１の発明において、周波数成分パワーは、周波数成分パワーに各周波数のべき数ｎを乗じた値を、周波数成分パワーに掛けることにより、平準化されていることが好ましく、より具体的には、べき数ｎは、2.0以上で3.0以下の値であることが望ましい。
【００１１】
また、第１の発明において、評価値算出部は、周波成分量算出部により算出されたそれぞれの周波数成分パワーのうち、最大値を除いた周波数成分パワーに基づいて、高周波成分量を算出することが好ましい。
【００１２】
また、第１の発明において、評価値算出部は、評価値を経時的に算出してもよい。この場合、判断部は、評価値に応じてカウンタの値を増加または減少させるとともに、カウンタの値が判定値に到達した場合、ドライバに対して警告を行うべき状況であると判断することが好ましい。さらに、判断部は、評価値に応じてカウンタの変更量を変えてもよい。
【００１３】
第２の発明は、算出された評価値に基づいて、ドライバの覚醒度を判断する車両用の覚醒度推定方法を提供する。この推定方法は、時系列的に検出された車幅方向における車両の変位量を周波数変換することにより、各周波数成分パワーを算出する第１のステップと、信号処理部によって算出された周波数成分パワーの平均値を高周波成分量として算出する第２のステップと、ドライバの覚醒度が低下した状態で顕在化するふらつき周波数を含む所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値を低周波成分量として算出する第３のステップと、高周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる高周波パーセンタイル値を算出する第４のステップと、低周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる低周波パーセンタイル値を算出する第５のステップと、高周波パーセンタイル値と低周波パーセンタイル値とに基づいて、補正係数を算出する第６のステップと、高周波成分量と低周波成分量との比を補正係数で補正することによって、評価値を算出する第７のステップとを有する。
【００１４】
ここで、第２の発明において、上記所定の割合は、７０％以上で９０％以下であることが好ましい。また、上記第６のステップは、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値に相当する所定の標準高周波パーセンタイル値と算出された高周波成分パーセンタイル値との第１の比を算出するステップと、標準的なドライバの低周波パーセンタイル値に相当する所定の標準低周波パーセンタイル値と算出された低周波成分パーセンタイル値との第２の比を算出するステップと、第１の比と第２の比とに基づいて、補正係数を算出するステップとを含んでいてもよい。この場合、標準高周波パーセンタイル値に対する標準低周波パーセンタイル値の割合は、２倍以上で２．５倍以下であることが望ましい。
【００１５】
また、上記第７のステップにおいて、高周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、高周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、高周波成分量と低周波成分量との比を評価値として算出することが好ましい。
【００１６】
また、上記第６のステップにおいて、低周波パーセンタイル値に、標準高周波パーセンタイル値と高周波パーセンタイル値との比を乗じることにより、補正低周波数パーセンタイル値を算出してもよい。この場合、第７のステップにおいて、補正低周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、補正低周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、高周波成分量と低周波成分量との比を評価値として算出することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、覚醒度推定装置の具体的な説明に先立ち、本実施形態にかかる覚醒度の推定手法の概要について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、ふらつきが少ないドライバの眠い状況における周波成分量の分布特性図の一例であり、図２は、ふらつきが多いドライバの眠くない状況における周波成分量の分布特性図の一例である。これらの図において、横軸は高周波成分量を示し、縦軸は低周波成分量を示す。
【００１８】
図示した黒丸点は、あるタイミングにおいて算出された高周波成分量と、これと同じタイミングで算出された低周波成分量とで表される座標点（周波成分量点）をプロットしたものである。ここで、「周波成分量」とは、時系列的に検出された車幅方向における車両の変位量を周波数変換することにより得られる離散的な周波数成分パワーである。通常の走行状態では、カーブ等に起因した意図的な操舵が行われるため、ドライバの覚醒状態に拘わらず、比較的高周波側の成分量（高周波成分量）が、周波数領域の全体に亘って定常的に出現する傾向がある。本実施形態では、算出された周波数成分パワーの平均値を「高周波成分量」としている。これに対して、比較的低周波側の成分量（低周波成分量）は、覚醒度が低下している走行状態においてのみ顕在化する傾向がある。本実施形態では、所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値を「低周波成分量」としている。この周波数領域は、後述するふらつき周波数を基準に設定された、ふらつき周波数を含む低周波数帯ある。
【００１９】
楕円で囲まれた領域は、覚醒度推定に大きな影響を与える領域、すなわち、高周波成分量が少なく、かつ、低周波成分量が多い領域である。ドライバの覚醒度が低下するにしたがって、楕円領域内に存在する周波成分量点の個数が多くなる。低周波成分量を高周波成分量で除算した値（後述するＰ'slp／Ｐ'ave）は、ドライバの覚醒度が低下するほど、大きくなる。
【００２０】
図１に示すように、ふらつきが少ないドライバが眠い状況における覚醒状態を考える。同図（ａ）は、算出された周波成分量点（高周波成分量，低周波成分量）をそのままプロットした分布特性を示す。このタイプのドライバの特性としては、標準的なドライバの特性と比較して、低周波成分量が本来的に少ない。そのため、覚醒度が低下している走行下であっても、楕円で囲まれた領域内に周波成分量点があまり出現しない場合がある。その結果、覚醒度が低下しているにも拘わらず、覚醒度が低下していないと誤判定してしまう可能性がある。
【００２１】
一方、図２に示すように、ふらつきが多いドライバが眠くない状況における覚醒状態を考える。同図（ａ）は、算出された周波成分量点（高周波成分量，低周波成分量）をそのままプロットした分布特性を示す。このタイプのドライバの特性としては、標準的なドライバの特性と比較して、低周波成分量が本来的に多い。そのため、覚醒度が低下していない走行下であっても、楕円で囲まれた領域内に周波成分量点が多数出現してしまう場合がある。その結果、覚醒度が低下していないにも拘わらず、覚醒度が低下していると誤判定してしまう可能性がある。
【００２２】
上述した２つのケースにおいて誤判定が生じる原因は、ふらつきに関する個々のドライバの固有特性を考慮していない点にある。ドライバの固有特性は、低周波パーセンタイル値および高周波パーセンタイル値に反映される。図１および図２に示した白角点は、あるタイミングにおいて算出された高周波パーセンタイル値と、これと同じタイミングで算出された低周波パーセンタイル値とで表される座標点（パーセンタイル点）をプロットしたものである。あるタイミングにおいて算出されたパーセンタイル点（高周波パーセンタイル値，低周波パーセンタイル値）は、これと同じタイミングで算出された周波成分量点（高周波成分量，低周波成分量）と大きな相関がある。ここで、「高周波パーセンタイル値」は、高周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になるパーセンタイル値である。一人のドライバが行う一回の走行プロセスにおいて、高周波パーセンタイル値の変動は比較的少なく、ほぼ一定値となる傾向がある（ドライバの覚醒状態にはほとんど依存しない）。
【００２３】
なお、本実施形態では、上記所定の割合を８０％とし８０パーセンタイル値（80％ile値）を用いているが、この割合は一例であって、７０％以上９０％以下の範囲内であればよい（次の低周波パーセンタイル値についても同様）。一方、「低周波パーセンタイル値」は、低周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合（例えば80％）になるパーセンタイル値（例えば80％ile値）である。この低周波パーセンタイル値は、高周波パーセンタイル値の特性とは異なり変動が大きく、覚醒度の低下に伴い変動が大きくなる傾向がある。なお、高周波パーセンタイル値と低周波パーセンタイル値との比は、ドライバが覚醒している限り、ほぼ一定値となる傾向がある。
【００２４】
発明者が、多数のドライバを対象とした走行実験を行い、得られた走行データを詳細に検討した結果、標準的なドライバ（出現頻度が最も高い走行特性を示す仮想的なドライバ）のパーセンタイル点（高周波パーセンタイル値，低周波パーセンタイル値）は（200，400〜500）であることが判明した。以下、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値を「標準高周波パーセンタイル値」といい、本実施形態では200とする。また、標準的なドライバの低周波パーセンタイル値を「標準低周波パーセンタイル値」といい、本実施形態では500とする。そして、標準的なドライバのパーセンタイル点を「標準パーセンタイル点」という。なお、標準高周波パーセンタイル値に対する標準低周波パーセンタイル値の割合は、２倍以上で２．５倍以下の範囲内であればよく、例えば、標準パーセンタイル点を（200，400）に設定してもよい。
【００２５】
図１（ａ）に示したケースでは、パーセンタイル点（高周波パーセンタイル値，低周波パーセンタイル値）が（100，250）近傍に集中していることが分かる。したがって、標準的なドライバのパーセンタイル点が（200，500）であることに鑑みれば、図１（ａ）に示す特性のドライバは、本来的にふらつきが少ないドライバであると判断することができる。一方、図２（ａ）に示したケースでは、パーセンタイル点が（100〜200，400〜600）に集中していることが分かる。したがって、標準的なドライバのパーセンタイル点が（200，500）であることに鑑みれば、図２（ａ）に示す特性のドライバは、本来的にふらつきの大きなドライバであると判断することができる。
【００２６】
そこで、本実施形態では、それぞれの周波成分量点を算出されたパーセンタイル点と標準パーセンタイル点との縦横比でシフトさせることにより、周波成分量点を標準化する。例えば、図１（ａ）において、ある周波成分量点（100，500）について考える。この場合、この周波成分量点に対応するパーセンタイル点が（100，250）とすると、これと標準パーセンタイル点（200，500）との縦横比は、（横2.0倍，縦2.0倍）となる。その結果、この周波成分量点のシフト後の座標は（100×2.0，500×2.0）、すなわち（200，1000）になる。このようなシフトを全ての周波成分量点に関して行うことにより、図１（ａ）に示した分布特性は、同図（ｂ）に示した分布特性に補正される。このような補正を通じて、楕円で囲まれた領域内に周波成分量点が多数出現するため、本来的にふらつきが少ないドライバに関する誤判定を有効に防止することができる。
【００２７】
また、図２（ａ）に示した分布特性に対しても同様のシフトを行う。例えば、図２（ａ）において、ある周波成分量点（100，1000）について考える。この場合、この周波成分量点に対応するパーセンタイル点が（100，500）とすると、これと標準パーセンタイル点（200，500）との縦横比は、（横2.0倍，縦1.0倍）となる。その結果、この周波成分量点のシフト後の座標は（100×2.0，1000×1.0）、すなわち（200，1000）になる。このようなシフトを全ての周波成分量点に関して行うことにより、図２（ａ）に示した分布特性は、同図（ｂ）に示した分布特性に補正される。このような補正を通じて、楕円で囲まれた領域内に出現する周波成分量点の数が減少するため、本来的にふらつきが多いドライバに関する誤判定を有効に防止することができる。
【００２８】
このように、算出されたパーセンタイル点と標準パーセンタイル点との縦横比で、高周波成分量と低周波成分量とを補正する。これにより、ふらつきに関するドライバの個人差に拘わらず、全てのドライバを標準的なドライバと同等に取り扱うことができる。その結果、ドライバの覚醒の程度を一層正確に判断することが可能となる。
【００２９】
つぎに、図３を参照しながら、本実施形態における車両覚醒度推定装置について説明する。横変位検出部１は、車幅方向における車両の変位（横変位）を検出する。この検出部１には、例えばＣＣＤ（固体撮像素子）等を用いたステレオカメラや単眼カメラを用いることができる。画像情報処理部２は、横変位検出部１で得られた画像を処理して車両の変位量を求める。例えば、ＣＣＤで道路の左右車線を撮像しておき、１フレームの画像データを画像情報処理部２のメモリに記憶する。そして、画像認識技術を用いて左右車線をそれぞれ認識する。この認識プロセスにおいては、車線に関するテンプレートやステレオマッチング等といった周知の認識手法を用いて、１フレームの画像データから車線に相当する領域を特定する。左右車線内における車両位置は、例えば、横方向における車両の中心から左右車線の中央までの距離および道路幅から計算することができる。
【００３０】
なお、横変位検出部１は、カメラ等の自立型検出装置の他にも、道路中に埋設された磁気ネイルに基づいた路車間通信、或いはＧＰＳおよびナビゲーションシステムを車速と組み合わせることで横変位を検出することも可能である（ナビゲーションを用いたふらつき警報に関しては特開平９−９９７５６号公報を参照）。さらに、操舵角により横変位を推定することが可能なので、横変位検出部１として操舵角センサを用いてもよい。また、ヨーレートや横Ｇを検出することにより横変位を推定してもよい。車両の横方向のふらつき（変位量）は、例えば、分解能１mm、時間ステップ0.1秒で計測する。変位量に関するデータは、シフトレジスタ３中に随時格納される。シフトレジスタ３には、時系列的に算出された一連の変位量データが所定時間分だけ格納されている。シフトレジスタ３中に格納されたデータは、新たな変位量データの算出・格納にともない順次更新されていく。
【００３１】
ＦＦＴ信号処理部４、周波成分量算出部５、補正係数算出部７、評価値算出部８および判断部９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および入出力回路等を主体に構成された一般的なコンピュータにより実現される機能的なブロックである。後述するルーチンを実行するアプリケーションの制御下において、コンピュータを構成する各構成部材が相互に作用することにより機能ブロック４，５，７〜９が実現される。なお、ＲＯＭ中には、覚醒度推定プログラム、補正係数算出ルーチンにおける下限値α１low，α２'lowおよび上限値α１high，α２'high，補正係数算出における標準値，高周波成分量Ｐ'aveの下限値Ｐlow，ステップ値βの設定用テーブルおよび警報判定値Ｄ１，Ｄ２等が記憶されている。
【００３２】
図４は、評価値算出ルーチンのフローチャートであり、このルーチンは所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップ１において、ＦＦＴ信号処理部４は、シフトレジスタ３に格納された過去Ｘ秒間の変位量データをＹ秒（例えば90秒以下）ごとに読み出す。サンプル時間Ｘは、覚醒度を精度よく推定するため、ある程度長い時間（例えば50秒から80秒程度）を設定しておくことが好ましい。
【００３３】
ステップ２において、ＦＦＴ信号処理部４は、時系列的に検出された変位量を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等を用いて周波数変換して、周波数スペクトルにおける各周波数成分パワー（振幅）Ｐ[i]を算出する。本実施形態では、0.03〜0.3[Hz]の周波数領域において、0.02[Hz]刻みで１６個の周波数成分パワーＰ[1]〜Ｐ[16]を算出している。0.03Hzよりも低い周波数領域を考慮しない理由は、その領域のパワーはカーブ走行時に増大する傾向があり、ドライバの覚醒の程度とは直接関係がないからである。また、0.3Hzより高い周波数領域を考慮しない理由は、通常、その周波数領域内におけるパワーは無視できる程度に小さいので、評価値Ｈの算出に要する演算量を減らすためである。
【００３４】
ここで、変位量と周波数成分パワーとの関係について説明する。図５は運転開始からの経過時間および横変位量の変化との関係を示した図である。これらは、比較的空いた自動車専用道を比較的単調な走行環境で走行したことを想定した場合の測定結果である。走行約10分後は、本線に合流して交通の流れに乗って走行するようになった直後の状態であり、変位量も未だ小さい。約20分が経過すると、走行環境にも慣れリラックスした状態になり、走行開始直後よりも低周波成分の変化量が増加し、高周波成分が減少している。約50分を経過すると、運転が退屈であったり少し眠気を感じる状態になり，時々大きな変位量が生じる傾向が生じる。この場合、20分経過時と比べて、低周波成分の変位量が増加する傾向がさらに顕著になる。
【００３５】
図６は、図５の各経過時間における変位量を周波数変換して、周波数成分ｉおよびそのパワーＰ[i]の関係を示した図であり、離散的な各周波数成分パワーＰ[i]を折れ線的に繋いで表現したものである。点線は走行約10分後における各周波数成分パワーＰ[i]、破線は約20分後のパワーＰ[i]、実線は約50分経過後のパワーＰ[i]をそれぞれ示している。この図から、走行時間が長くなるほど、低周波領域の周波数成分パワーＰ[i]が増加する傾向にあることがわかる。
【００３６】
ステップ３において、周波成分量算出部５は、0.03〜0.3[Hz]の周波数領域（ｉ＝1〜16）における各周波数成分パワーＰ[i]を下式にしたがって平準化して、平準化された周波数成分パワーＰ'[i]を算出する。
【数１】
Ｐ'[i]＝Ｐ[i]・ｆn
（べき数ｎ：2.0≦ｎ≦3.0）
【００３７】
車線内における車両のふらつきは、自然界に多く存在する揺らぎの一つであると考えた場合、その振幅は１／ｆであり、パワーは１／ｆ2となる。したがって、数式１におけるべき数ｎは理論的には2.0でよいが、実験結果より、ｎ＝2.5とすることが好ましい。これは、車の諸元や運転に関するドライバの個人差、或いは走路の影響等によるものと思われる。ただし、2.0から3.0の範囲内の任意のべき数を用いてもドライバの覚醒度を判断することが可能である。本実施形態では、べき数ｎとして2.5を用いている。
【００３８】
図７は、周波数成分ｉと平準化された周波数成分パワーＰ'[i]との関係を示した図である。平準化された周波数成分パワーＰ'[i]の分布より、全体的な特性を視覚的に確認できる。同図から、約50分後に低周波領域、特に、ふらつき周波数ｆ1である0.1[Hz]付近である0.09[Hz]のパワーＰ'[4]と、0.11[Hz]のパワーＰ'[5]とが急激に増大していることがわかる。ドライバの覚醒度が低下している状態では、車両の横変位に関して、ふらつき周波数ｆ1付近のパワーが顕在化する傾向がある。換言すれば、覚醒度が下がった状態では、ふらつき周波数ｆ1を含む低周波数領域のパワーのみが増大し、それ以外のレベルは低いという特徴を有する。このような傾向に鑑み、ふらつき周波数ｆ1付近におけるパワーのピークと、それ以外の周波数領域のパワー状態とを比較することにより、ドライバの覚醒度を判断することができる。
【００３９】
ここで、「ふらつき周波数ｆ1」とは、ドライバの覚醒度が低下した状態（居眠り状態を含む）で顕在化（または収れん）する周波数をいう。一般に、乗用車では0.08〜0.12[Hz]あたりに出現する傾向があるが、実際には、ステアリング操作にともなう車両挙動の反応遅れ，車両特性，車速等の影響を受けるため、実験やシミュレーション等を通じて、車種毎に適切な値を設定する。本実施形態では、ふらつき周波数ｆ1を0.1[Hz]に設定している。
【００４０】
ステップ３に続くステップ４において、周波成分量算出部５は、平準化された各周波数成分パワーＰ'[1]〜Ｐ'[16]の総和を求め、その平均値を高周波成分量Ｐ'aveとして算出する。ただし、本実施形態では、ドライバの覚醒の程度をより正確に評価値Ｈに反映するため、平準化された各周波数成分パワーＰ'[1]〜Ｐ'[16]のうちパワーが最大となるものを除外し、残りの平準化された周波数成分パワーＰ'[i]より高周波成分量Ｐ'aveを算出する。このようなフィルタリングを行う理由は、ふらつき周波数ｆ1のパワーの増大の影響と外乱の影響とを除去するためである。
【００４１】
ステップ５において、周波成分量算出部５は、ふらつき周波数パワー判定、すなわち、ふらつき周波数ｆ1（0.01[Hz]）を含む所定の周波数領域（0.09〜0.11[Hz]）における平準化された周波数成分パワーＰ'[4]，Ｐ'[5]の大小を比較する。そして、パワーの大きい方が低周波成分量Ｐ'slpとしてセットされる。すなわち、0.11[Hz]のパワーＰ'[5]が0.09[Hz]のパワーＰ'[4]よりも大きい場合には、低周波成分量Ｐ'slpとしてパワーＰ'[5]がセットされる（ステップ６）。一方、0.09[Hz]のパワーＰ'[4]が0.11[Hz]のパワーＰ'[5]以上の場合には、低周波成分量Ｐ'slpとしてパワーＰ'[4]がセットされる（ステップ７）。そして、ステップ４〜７において算出された高周波成分量Ｐ'aveと低周波成分量Ｐ'slpとの組がシフトレジスタ６に格納される。
【００４２】
ステップ８において、補正係数算出部７は、高周波成分量Ｐ'aveと低周波成分量Ｐ'slpとに基づいて、補正係数Ｋ2を算出する。図８は、補正係数算出ルーチンのフローチャートであり、このルーチンは所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップ２１において、補正係数算出部７は、シフトレジスタ６に格納された高周波成分量Ｐ'aveの履歴を取得する。本実施形態では、取得する高周波成分量Ｐ'aveの履歴の数を、一例として５００サンプルとする。
【００４３】
ステップ２２において、補正係数算出部７は、高周波成分量Ｐ'aveに基づいて、高周波パーセンタイル値α１を算出する。図９は、高周波パーセンタイル値α１の説明図である。まず、補正係数算出部７は、取得したサンプル分について高周波成分量Ｐ'aveのヒストグラムを作成する。つぎに、このヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる値を高周波パーセンタイル値α１とする。本実施形態では、この割合を８０％として高周波成分量Ｐ'aveの８０パーセンタイル値を算出する。換言すれば、このように算出される値α１は、周波数成分パワーの低い方から８０％のしきい値である。このしきい値によって、ヒストグラムにおける異常値が除かれ、このヒストグラムにおける主要なデータ範囲を正規分布に近づけることができる。
【００４４】
ステップ２３において、補正係数算出部７は、シフトレジスタ６に格納された低周波成分量Ｐ'slpの履歴を取得する。本実施形態では、取得する低周波成分量Ｐ'slpの履歴の数を、一例として５００サンプルとする。
【００４５】
ステップ２４において、補正係数算出部７は、低周波成分量Ｐ'slpに基づいて、低周波パーセンタイル値α２を算出する。まず、補正係数算出部７は、取得したサンプル分について低周波成分量Ｐ'slpのヒストグラムを作成する。つぎに、このヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントし、低周波成分量Ｐ'slpの８０パーセンタイル値を低周波パーセンタイル値α２とする。
【００４６】
ステップ２５において、補正係数算出部７は、高周波パーセンタイル値α１が正常であるか否か判断する。すなわち、この値α１が所定の下限値α１low（例えば、100）よりも大きいか、または、この値α１が所定の上限値α１high（例えば、300）よりも小さい否かを判断する。高周波パーセンタイル値α１が下限値α１lowから上限値α１highの範囲内であれば、ステップ２７に進む。これに対して、高周波パーセンタイル値α１が下限値α１lowよりも小さい場合、または、上限値α１highよりも大きい場合、高周波パーセンタイル値α１が正常でないと判断し、ステップ２６に進む。このようなしきい値を設けた理由は、これらの値の範囲内に高周波パーセンタイル値α１がない場合には、ドライバの個人差以上の要因の影響（環境要因の影響など）が大きく、標準的なドライバに補正するデータとしては不適切だからである。すなわち、高周波パーセンタイル値α１が下限値α１lowより小さい場合は、このようなドライバに対して補正を行うと、覚醒度が低下していると誤判定を招く可能性が高い。また、高周波パーセンタイル値α１が上限値α１highよりも大きい場合は、車両のふらつきが正確に識別されていない状態や、高速道路の乗り始めなどで発生する可能性が高い。
【００４７】
ステップ２６において、補正係数Ｋ2として１がセットされる。これは、後述する評価値Ｈを算出するステップ１１において、Ｐ'slp／Ｐ'aveの値を補正することなく、この値をそのまま評価値Ｈとすることを意味する。
【００４８】
一方、ステップ２７において、補正係数算出部７は、高周波パーセンタイル値α１と所定の標準高周波パーセンタイル値との比であるＫ1を算出する。この標準高周波パーセンタイル値は、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値α１に相当する値であり、本実施形態では200に設定されている。つぎに、ステップ２８において、補正係数算出部７は、低周波パーセンタイル値α２に、ステップ２７で算出した比Ｋ1を乗じることにより、補正低周波パーセンタイル値α２'を算出する。
【００４９】
ステップ２９において、補正係数算出部７は、補正低周波パーセンタイル値α２'が正常であるか否か判断する。すなわち、この値α２'が所定の下限値α２'low（例えば、400）よりも大きいか、または、この値α２’が所定の上限値α２'high（例えば、500）よりも小さいか否かを判断する。補正低周波パーセンタイル値α２'が下限値α２'lowから上限値α２'highの範囲内であれば、ステップ３０に進む。これに対して、補正低周波パーセンタイル値α２'が下限値α２'lowよりも小さい場合、または、上限値α２'highよりも大きい場合、補正低周波パーセンタイル値α２'が正常でないと判断し、ステップ２６に進む。このようなしきい値を設けた理由は、これらの値の範囲内に補正低周波パーセンタイル値α２'がない場合には、ドライバの個人差以上の要因の影響が大きく、標準的なドライバに補正するデータとしては不適切だからである。すなわち、補正低周波パーセンタイル値α２'が下限値α２'lowより小さい場合、このようなドライバに対して補正を行うと、覚醒度が低下していると誤判定を招く可能性が高い。また、補正低周波パーセンタイル値α２'が上限値α２'highより大きい場合には、ドライバの覚醒度の低下が継続している状態である。
【００５０】
ステップ２６において、補正係数Ｋ2として１がセットされる。これは、ステップ２６の場合と同様に、後述する評価値Ｈを算出するステップ１１において、Ｐ'slp／Ｐ'aveの値を補正することなく、この値をそのまま評価値Ｈとすることを意味する。
【００５１】
ステップ３０において、補正係数算出部７は、補正低周波パーセンタイル値α２'に基づいて補正係数Ｋ2を算出する。この補正係数Ｋ2は、補正された低周波パーセンタイル値α２'と所定の標準低周波パーセンタイル値との比として算出される。この標準低周波パーセンタイル値は、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値α２に相当する値であり、本実施形態では500に設定されている。
【００５２】
なお、このように算出された補正係数Ｋ2は、高周波パーセンタイル値α１および補正低周波パーセンタイル値α２'が正常であるか否か判断するために、ステップ２５〜３０により算出される。しかしながら、その値を算出するだけであれば、以下の算出手順で算出してもよい。まず、標準高周波パーセンタイル値と、高周波パーセンタイル値α１との比である第１の比を算出する。つぎに、標準低周波パーセンタイル値と、高周波パーセンタイル値α２との比である第２の比を算出する。そして、このように算出された第１の比と第２の比とを積算すれば、補正係数Ｋ2が算出できる。
【００５３】
ステップ９において、評価値算出部８は、高周波成分量Ｐ'aveの下限判定、すなわち、高周波成分量Ｐ'aveが予め設定された下限値Ｐlow（例えば100）よりも小さいか否かを判断する。高周波成分量Ｐ'aveが下限値Ｐlowよりも小さい場合には、ドライバの覚醒の状態が安定しているものと判断し、高周波成分量Ｐ'aveに下限値Ｐlowをセットする（ステップ１０）。これにより、ステップ１１における評価値Ｈの算出に際して、分母が過小になり評価値Ｈが不適切に大きくなってしまうことを防ぐ（評価値Ｈの増大は覚醒度の低下を意味する）。これに対して、高周波成分量Ｐ'aveが下限値Ｐlow以上であれば、ステップ１０をスキップしてステップ１１に進む。
【００５４】
ステップ１１において、評価値算出部８は、評価値Ｈを下式に基づいて算出する。この評価値Ｈは、経時的要素を考慮しない瞬間的な覚醒度に相当し、高周波成分量Ｐ'aveと、低周波成分量Ｐ'slpとの比を補正係数Ｋ2で補正することによって算出される。なお、上述したように高周波パーセンタイル値α１および補正低周波パーセンタイル値α２'が異常であると判定された場合は、ステップ２６において補正係数Ｋ2に１がセットされる。この場合に算出された評価値Ｈは、補正係数Ｋ2によって補正せずに算出された評価値Ｈに相当する。そして、ステップ１１において評価値Ｈが算出された後、本ルーチンを抜ける。
【数２】
Ｈ＝（Ｐ'slp×Ｋ2）／Ｐ'ave×100
【００５５】
図７に示したように、評価値Ｈは、ドライバが覚醒している状態では（約10分経過後）、低周波成分量Ｐ'slp（Ｐ'[4]またはＰ'[5]）が小さいため、小さな値となる。これに対して、ドライバの覚醒度が低下している状態では（約50分経過後）、低周波成分量Ｐ'slpが増大するため、評価値Ｈの値は大きくなる。このように、評価値Ｈは、ドライバの覚醒度を反映した値となる。
【００５６】
図１０は、警報判定ルーチンのフローチャートであり、このルーチンは所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップ３１において、判断部９は、別ルーチンである評価値算出ルーチンで算出された評価値Ｈに基づき、下表よりステップ値βとして定数β1〜β8，０を設定する。なお、これらの定数は、評価値Ｈの値に応じて覚醒度カウンタＤの変更量を変えるため、|β1|＞|β2|＞|β3|＞|β4|＞|β5|，|β6|＜|β7|＜|β8|を具備する非線形な関係を有する。
【００５７】
（ステップ値の設定）
評価値Ｈ ステップ値β 評価値Ｈ ステップ値β
＞1000 ＋β1 ＞300 ±０
＞900 ＋β2 ＞200 −β6
＞800 ＋β3 ＞100 −β7
＞500 ＋β4 ＞0 −β8
＞400 ＋β5
【００５８】
つぎに、ステップ３２において、判断部９は、覚醒度カウンタＤの現在値にステップ値βを加算または減算することにより、覚醒度カウンタＤの値を更新する。そして、ステップ３３において、一次警報判定、すなわち、覚醒度カウンタＤが第１の判定値Ｄ1以上であるか否かが判断される。このステップ３３で否定判定された場合には、ドライバが覚醒している状態であると判断して、本ルーチンを抜ける。一方、覚醒度カウンタＤが第１の判定値Ｄ1以上ならば、ドライバに対して覚醒を促す必要があると判断して、ステップ３４に進む。
【００５９】
ステップ３４では、二次警報判定、すなわち、覚醒度カウンタＤが第２の判定値Ｄ2以上であるか否かが判断される。このステップ３４で否定判定された場合には、ドライバの覚醒度の低下による車両のふらつきを警告すべく、警報部１０に対して一次警報を指示した上で（ステップ３５）、本ルーチンを抜ける。一方、ステップ３４で肯定判定された場合には、ドライバの覚醒度がさらに低下した居眠り状態を警告すべく、警報部１０に対して二次警報処理を指示した上で（ステップ３６）、本ルーチンを抜ける。
【００６０】
判断部９からの指示を受けて、警報部１０は、ドライバに覚醒を促すための各種の警報処理を実行する。警報処理には様々なものが考えられるが、一例として追突警報を鳴らすことが挙げられる。すなわち、覚醒度が低下していると判断された場合、平常時よりも警報車間距離を長め（タイミングは早め）に設定する。また、警報部１０は逸脱警報を鳴らしてもよい。例えば、車線を踏む瞬間に鳴らすようにしたタイミングを覚醒度の低下時に早く設定する。さらに、居眠り警報を鳴らしてもよい。例えば覚醒度の低下時に、ふらつき警報音とともに表示画面上に「ふらつき注意」と表示する。
【００６１】
図１１は、高速道路走行時における実際の計測結果を示す図であり、下段は車両の横変位の特性、上段は評価値Ｈの特性、中段は覚醒度カウンタＤの特性をそれぞれ示している。走行開始から1400秒を経過したあたりから、車両の横変位に特徴的なピークが連続的に出現し、0.1[Hz]のふらつき周波数ｆ1が顕在化する。これにより、評価値Ｈが増大し、覚醒度カウンタＤの値がインクリメントされていくため、ドライバに対する警報が適切に発せられる。なお、計測状況によっては、1400秒以前においても評価値Ｈのピークが単発的に出現している。しかしながら、本実施形態では、そのようなピークが連続的に出現しない限り（換言すれば、覚醒度カウンタＤが継続的にインクリメントされていかない限り）、ドライバに対する警報は発せられない。
【００６２】
このように、本実施形態では、補正係数Ｋ2によって評価値Ｈを補正することにより、ドライバの個人差に起因した高周波成分量Ｐ'aveの値と低周波成分量Ｐ'slpの値との大小を解消することができる。したがって、図１および図２に示すような様々なドライバを標準的なドライバとして扱うことができるため、ドライバの個人差に起因した誤判定の問題を解消することができ、ドライバの覚醒の程度を一層正確に判断することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、高周波パーセンタイル値α１および補正低周波パーセンタイル値α２'が正常でないと判断された場合には、補正係数Ｋ2による補正を行わず（Ｋ2＝１に相当）に評価値Ｈを算出している。このように評価値Ｈを算出しているため、環境要因などの影響が大きい場合に、これらの影響までも補正して評価値Ｈを算出するような問題を解消できる。
【００６４】
また、本実施形態では、ふらつき周波数ｆ1付近におけるパワーのピークを、それ以外の周波数領域のパワーと比較することにより、ドライバの覚醒度を判断している。したがって、平常運転時のサンプルを予め用意する必要がなく、判定時のデータ（その直前のデータを含めて）のみに基づいて、ドライバの覚醒度を判定できる。そのため、走行環境の変化に依存することなく覚醒度を適切に判定することができ、従来技術のような走行環境の変化に起因した誤判定の問題を解消できる。
【００６５】
また、上述した高周波成分量Ｐ'aveのレベルについて下限値を設定した上で、評価値Ｈを算出している。これにより、評価値Ｈの算出式である数式２における分母がＰ'aveにより過小になることを規制するため、高速走行時におけるわずかな外乱やドライバ固有の運転パターンの影響を受けることなく、覚醒度の推定を精度よく行うことが可能となる。
【００６６】
また、本実施形態では、車両の横変位のふらつきにより、ふらつき周波数ｆ1を含む周波数領域内におけるパワーのピークが、それ以外の周波数領域のパワーよりも顕在化した場合、ドライバの覚醒度低下を検出する。このような検出手法では、安定した高速走行時に、横変位量が総じて小さい状況や軽い横風や大型車の脇を通過する状況が生じたとしても、覚醒度の誤判定を防止できる。
【００６７】
さらに、従来は、単発覚醒度の時間平均を取って最終的な覚醒度を算出し、その値を警報判定用のしきい値と比較することにより、警報の有無を判断していた。しかしながら、このような従来の手法では、警報の時間遅れが発生するという問題がある。これに対して、本実施形態のようなカウンタ方式では、単発覚醒度に相当する評価値Ｈが大きい場合（特に覚醒状態が著しく低下している場合）、覚醒度カウンタ値Ｄのステップ値αを大きくしている。したがって、線形カウンタである時間平均処理と比較して、警報を遅滞なく発することができる。
【００６８】
【発明の効果】
このように本発明では、補正係数により評価値を補正することにより、様々なドライバを標準的なドライバとして扱うことができる。このため、ドライバの個人差に起因した誤判定を解消することができ、ドライバの覚醒の程度を一層正確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ふらつきが少ないドライバの眠い状況における周波成分量の分布特性図
【図２】ふらつきが多いドライバの眠くない状況における周波成分量の分布特性図
【図３】覚醒度推定装置のブロック構成図
【図４】評価値算出ルーチンのフローチャート
【図５】横変位量の経時的な変化を示す図
【図６】各周波数成分パワーを示した図
【図７】評価値算出の説明図
【図８】補正係数算出ルーチンのフローチャート
【図９】高周波パーセンタイル値の説明図
【図１０】警報判定ルーチンのフローチャート
【図１１】高速道路走行時における実際の計測結果を示す図
【符号の説明】
１ 横変位検出部
２ 画像情報処理部
３ シフトレジスタ
４ ＦＦＴ信号処理部
５ 周波成分量算出部
６ シフトレジスタ
７ 補正係数算出部
８ 評価値算出部
９ 判断部
１０ 警報部
Claims (15)
- 車両用の覚醒度推定装置において、
時系列的に検出された車幅方向における車両の変位量を周波数変換することにより、各周波数成分パワーを算出する信号処理部と、
前記信号処理部によって算出された周波数成分パワーの平均値を高周波成分量として算出するとともに、ドライバの覚醒度が低下した状態で顕在化するふらつき周波数を含む所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値を低周波成分量として算出する周波成分量算出部と、
前記高周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる高周波パーセンタイル値を算出し、前記低周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる低周波パーセンタイル値を算出し、前記高周波パーセンタイル値と前記低周波パーセンタイル値とに基づいて、補正係数を算出する補正係数算出部と、
前記高周波成分量と前記低周波成分量との比を前記補正係数で補正することによって、評価値を算出する評価値算出部と、
前記評価値に基づいて、ドライバの覚醒度を判断する判断部と
を有することを特徴とする車両用の覚醒度推定装置。 - 前記所定の割合は、７０％以上で９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載された車両用の覚醒度推定装置。
- 前記補正係数算出部は、標準的なドライバの高周波パーセンタイル値に相当する所定の標準高周波パーセンタイル値と前記算出された高周波成分パーセンタイル値との第１の比を算出し、標準的なドライバの低周波パーセンタイル値に相当する所定の標準低周波パーセンタイル値と前記算出された低周波成分パーセンタイル値との第２の比を算出し、前記第１の比と前記第２の比とに基づいて、前記補正係数を算出することを特徴とする請求項１または２に記載された車両用の覚醒度推定装置。
- 前記標準高周波パーセンタイル値に対する前記標準低周波パーセンタイル値の割合は、２倍以上で２．５倍以下であることを特徴とする請求項３に記載された車両用の覚醒度推定装置。
- 前記評価値算出部は、前記高周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、前記高周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、前記高周波成分量と前記低周波成分量との比を前記評価値として算出することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された車両用の覚醒度推定装置。
- 前記補正係数算出部は、前記低周波パーセンタイル値に、前記標準高周波パーセンタイル値と前記高周波パーセンタイル値との比を乗じることにより、補正低周波数パーセンタイル値を算出し、
前記評価値算出部は、前記補正低周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、前記補正低周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、前記高周波成分量と前記低周波成分量との比を前記評価値として算出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載された車両用の覚醒度推定装置。 - 前記周波数成分パワーは、前記周波数成分パワーの各周波数をべき数ｎで乗じた値を、前記周波数成分パワーに掛けることにより、平準化されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載された車両用の覚醒度推定装置。
- 前記評価値算出部は、前記周波成分量算出部により算出されたそれぞれの周波数成分パワーのうち、最大値を除いた周波数成分パワーに基づいて、高周波成分量を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載された車両用の覚醒度推定装置。
- 前記評価値算出部は、前記評価値を経時的に算出し、
前記判断部は、前記評価値に応じてカウンタの値を増加または減少させるとともに、前記カウンタの値が判定値に到達した場合、ドライバに対して警告を行うべき状況であると判断することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載された車両用の覚醒度推定装置。 - 算出された評価値に基づいて、ドライバの覚醒度を判断する車両用の覚醒度推定方法において、
時系列的に検出された車幅方向における車両の変位量を周波数変換することにより、各周波数成分パワーを算出する第１のステップと、
前記信号処理部によって算出された周波数成分パワーの平均値を高周波成分量として算出する第２のステップと、
ドライバの覚醒度が低下した状態で顕在化するふらつき周波数を含む所定の周波数領域内における周波数成分パワーの最大値を低周波成分量として算出する第３のステップと、
前記高周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる高周波パーセンタイル値を算出する第４のステップと、
前記低周波成分量のヒストグラムにおいて、周波数成分パワーの低い方からカウントしていった出現頻度の和が総和に占める割合が所定の割合になる低周波パーセンタイル値を算出する第５のステップと、
前記高周波パーセンタイル値と前記低周波パーセンタイル値とに基づいて、補正係数を算出する第６のステップと、
前記高周波成分量と前記低周波成分量との比を前記補正係数で補正することによって、評価値を算出する第７のステップと
を有することを特徴とする車両用の覚醒度推定方法。 - 前記所定の割合は、７０％以上で９０％以下であることを特徴とする請求項１０に記載された車両用の覚醒度推定方法。
- 前記第６のステップは、
標準的なドライバの高周波パーセンタイル値に相当する所定の標準高周波パーセンタイル値と前記算出された高周波成分パーセンタイル値との第１の比を算出するステップと、
標準的なドライバの低周波パーセンタイル値に相当する所定の標準低周波パーセンタイル値と前記算出された低周波成分パーセンタイル値との第２の比を算出するステップと、
前記第１の比と前記第２の比とに基づいて、前記補正係数を算出するステップと
を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載された車両用の覚醒度推定方法。 - 前記標準高周波パーセンタイル値に対する前記標準低周波パーセンタイル値の割合は、２倍以上で２．５倍以下であることを特徴とする請求項１２に記載された車両用の覚醒度推定方法。
- 前記第７のステップにおいて、前記高周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、前記高周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、前記高周波成分量と前記低周波成分量との比を前記評価値として算出することを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載された車両用の覚醒度推定方法。
- 前記第６のステップにおいて、前記低周波パーセンタイル値に、前記標準高周波パーセンタイル値と前記高周波パーセンタイル値との比を乗じることにより、補正低周波数パーセンタイル値を算出し、
前記第７のステップにおいて、前記補正低周波パーセンタイル値が所定の上限値よりも大きい場合、または、前記補正低周波パーセンタイル値が所定の下限値よりも小さい場合、前記高周波成分量と前記低周波成分量との比を前記評価値として算出することを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載された車両用の覚醒度推定装置。
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