JP5365374B2 - Deficiency determination apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、人間の欠伸状態を判定する欠伸判定装置及び方法に関する。 The present invention relates to a deficiency determination device and method for determining a human deficit state.
従来より、人間の口部分の行動を判定する状態監視装置に関として、下記の特許文献1に記載された技術が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique described in
この特許文献1には、口全体における縦横方向の開口時の大きさを計測し、当該開口大きさの時間的変化の微分値を求める。そして、微分値の変曲点で時間を区切り、当該区切った時間系列中の分節数と各分節の時間の長さとに基づいて、欠伸状態又は会話状態であるかの判定をしている。
In
しかしながら、上述の特許文献1に記載された技術では、開口大きさの時間的変化の微分値を使って、パターンマッチングで口部分の行動を判定する。このため、所定のパターンの設定の仕方によっては誤判定率が高くなるという問題点がある(特に、特許文献1の段落0082等)。
However, in the technique described in
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、パターンマッチングを用いることなく精度の高い欠伸状態の判定を行うことができる欠伸判定装置及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an elongation determination apparatus and method that can perform determination of an elongation state with high accuracy without using pattern matching. .
本発明は、上述の課題を解決するために、顔画像に含まれる口画像から抽出した特徴点に基づいて口の縦横比を算出して口の開閉状態を判定し、当該開状態となっている開口時間に基づいて、欠伸状態であるかを判定するものである。 In order to solve the above-described problem, the present invention calculates the aspect ratio of the mouth based on the feature points extracted from the mouth image included in the face image, determines the open / closed state of the mouth, and enters the open state. It is determined whether or not the stretched state is based on the open time.
本発明によれば、口の縦横比を算出して口の開閉状態を判定し、開状態となっている開口時間に基づいて欠伸状態であるかを判定するので、パターンマッチングを用いることなく欠伸状態の判定ができ、精度の高い欠伸状態の判定を行うことができる。 According to the present invention, the opening / closing state of the mouth is calculated by calculating the aspect ratio of the mouth, and it is determined whether or not the stretched state is based on the opening time in the open state. It is possible to determine the state, and it is possible to determine the stretched state with high accuracy.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施形態として示す欠伸検出システムは、例えば図1に示すように構成される。欠伸判定システムは、欠伸を判定するための各種の演算を行う欠伸演算装置1と、顔画像を取得するカメラ装置(撮像手段)2と、ドライバの顔を含む領域に赤外線を照射する赤外線光源3とを備える。この欠伸判定システムは、赤外線光源3により赤外線を照射している状態で、カメラ装置2により顔画像を撮影する。なお、カメラ装置2は、赤外線カメラに限らず、他の形式のカメラであってもよいことは勿論である。
The stretch detection system shown as an embodiment of the present invention is configured, for example, as shown in FIG. The defect determination system includes a
欠伸判定システムは、欠伸演算装置1によりドライバの欠伸状態を検出した時に、欠伸検出信号を出力する。この欠伸検出信号は、例えば、図示しない居眠り検出装置、居眠り防止装置に供給される。これにより、欠伸検出信号は、例えば、居眠り防止のための警報音をスピーカ等から出力させるために用いることができる。
The failure determination system outputs a failure detection signal when the
この欠伸判定システムは、例えば図2に示すように、ドライバが操作する運転席に設けられる。カメラ装置2及び赤外線光源3を含むカメラシステム102は、ステアリング100の近傍であって、ドライバが視認できる計器類101の前辺りに設置される。これにより、カメラシステム102は、少なくともドライバの口部分を含む顔画像を撮影できる。カメラ装置2により撮像して得た顔画像は、欠伸演算装置1に供給される。
For example, as shown in FIG. 2, the lack determination system is provided in a driver seat operated by a driver. The
欠伸演算装置1は、例えば図3に示すような機能的な各部を備えている。なお、欠伸演算装置1は、実際にはROM、RAM、CPU等にて構成されているが、当該CPUがROMに格納された欠伸判定用のプログラムに従って処理をすることによって実現できる機能をブロックとして説明する。
The
欠伸演算装置1は、顔特徴検出部11、特徴選択・計測部12、開口比率演算部13、開判定部14、欠伸検出部15、開判定しきい値更新部16、期間しきい値検出部17を含む。
The
顔特徴検出部11は、カメラ装置2により取得されたカメラ画像データが供給される。顔特徴検出部11は、当該カメラ画像データに含まれる顔画像のうちの口画像から、特徴点を抽出する(特徴点抽出手段)。顔特徴検出部11は、例えば図4に示すように、顔画像20のうち、口画像21の特徴点mを抽出する。この特徴点mとしては、上端点の特徴点mul、右端点の特徴点mlc、左端点の特徴点mrc、下端点の特徴点mllが含まれる。
The face
特徴選択・計測部12は、顔特徴検出部11により抽出された特徴点mに基づいて、口の縦横比を算出する(縦横比算出手段)。特徴選択・計測部12は、例えば図4に示すように、上端点の特徴点mulと下端点の特徴点mllとの縦方向距離である高さH、右端点の特徴点mlcと左端点の特徴点mrcとの横方向距離である幅Wを演算する。
The feature selection /
開口比率演算部13は、特徴選択・計測部12により演算された高さHと幅Wとの比率である縦横比を演算する。
The opening
開判定しきい値更新部16は、予め所定の開判定しきい値を演算しておく。この開判定しきい値は、開口比率演算部13により演算された縦横比に基づいて決定される。開判定しきい値は、ドライバが欠伸をしているか、会話をしているかを区別できるような縦横比の値である。この開判定しきい値は、所定値であっても、ドライバの開口の仕方によって更新される値であっても良い。なお、この開判定しきい値の更新処理については後述する。
The open determination threshold
開判定部14は、開口比率演算部13により算出された縦横比に基づいて、口の開閉状態を判定する(口開閉状態判定手段)。このとき、開判定部14は、開判定しきい値更新部16により更新された開判定しきい値と縦横比とを比較することにより、開状態又は閉状態であることを判定する。また、開判定部14は、現在の口の開閉状態が開状態と判定された場合に、当該開状態となっている開口時間を算出する(開口時間算出手段)。
The
期間しきい値検出部17は、開判定しきい値更新部16により更新された開判定しきい値に基づいて、期間しきい値を検出する。期間しきい値は、ドライバが欠伸をしているか、会話をしているかを区別できるような期間である。この期間しきい値は、所定値であっても、ドライバの開口の仕方によって更新される値であっても良い。なお、この期間しきい値の更新処理については後述する。
The period
欠伸検出部15は、開判定部14により判定された開状態となっている開口時間が充分に長い場合には、欠伸が発生したことを検出し、欠伸検出信号を出力する。なお、欠伸検出部15は、後述する期間しきい値λを用いて欠伸状態か、単なる開状態かを判定する。
When the opening time in the open state determined by the
つぎに、上述した欠伸判定システムにおける開状態となっている開口時間の演算処理について説明する。 Next, the calculation process of the opening time in the open state in the above-described failure extension determination system will be described.
欠伸判定システムは、時間変化に伴って、開口比率演算部13により縦横比ρを演算する。ここで、縦横比ρは、高さH/幅Wであり、高さHが高いほど大きい値となる。従って、高さHが高く縦横比ρが大きい値であるほど、口が開状態であると判定されやすい。
In the non-expansion determination system, the aspect ratio ρ is calculated by the opening
例えば、図5(a)に示すように縦横比ρが変化したとする。このとき、開判定部14は、開判定しきい値更新部16により予め設定された開判定しきい値τと、縦横比ρとを比較して、縦横比ρが開判定しきい値τを超えたタイミング及び縦横比ρが開判定しきい値τを下回ったタイミングとを検出できる。すると、図5(a)においては、t1とt2、t3とt4、t5とt6という組が開判定部14により検出できる。
For example, assume that the aspect ratio ρ has changed as shown in FIG. At this time, the
この縦横比ρの変化において、開判定部14は、図5(b)に示すように、縦横比ρが開判定しきい値τを超えた時刻t1にタイマを起動する。この時、開判定部14は、口開閉状態が開状態となったフラグ「1」を立てる。その後、開判定部14は、縦横比ρが開判定しきい値τを下回った時刻t2にタイマを停止する。この時、開判定部14は、口開閉状態が開状態であるフラグ「1」を「0」に戻す。これにより、開判定部14は、時刻t2において、開状態となっている開口時間dt1を取得することができる。開判定部14は、同様に、t3〜t4の開状態となっている開口時間dt2、t5〜t6の開状態となっている開口時間dt3を取得できる。
In this change in the aspect ratio ρ, the
つぎに、上述した欠伸判定システムにおける開判定しきい値τ及び期間しきい値λの更新処理について、図6及び図7の処理説明図と、図8のフローチャートを参照して説明する。 Next, the update processing of the open determination threshold value τ and the period threshold value λ in the above-described failure extension determination system will be described with reference to the processing explanatory diagrams of FIGS. 6 and 7 and the flowchart of FIG.
図8に示すように、先ず開判定しきい値更新部16は、ステップS1において、最新のn個の縦横比ρを収集する。このn個の縦横比ρは、所定の検出ウィンドウTごとに行って、以下の処理に移行する。
As shown in FIG. 8, first, the open determination threshold
次のステップS2において、開判定しきい値更新部16は、ステップS1にて収集した縦横比ρを用いてヒストグラムHを作成する。
In the next step S2, the open determination threshold
例えば図6(a)に示すように、欠伸判定システムは、時間変化に伴って、開口比率演算部13により縦横比ρを演算する。このような縦横比ρの時間変化を演算している時に、開判定しきい値更新部16は、所定の検出ウィンドウTごとに縦横比ρを収集して、ヒストグラムHを作成する。この所定の検出ウィンドウTの幅(期間)は、開判定しきい値τ及び期間しきい値λが精度良く設定できる期間であり、予め統計解析により設定されて図示しないメモリに記憶されている。この所定の検出ウィンドウTの幅は、例えば2,3分といった期間である。また、図6(b)、(c)、(d)のようなヒストグラムHは、横軸が縦横比ρ、縦軸がウィンドウTの期間内に検出した縦横比ρの頻度である。なお、図6(b)、(c)、(d)は、異なるケースで作成したヒストグラムを示すものである。
For example, as shown in FIG. 6A, the lack determination system calculates the aspect ratio ρ by the opening
図8に説明を戻し、次のステップS3において、開判定しきい値更新部16は、ステップS2にて作成したヒストグラムHの縦横比ρを上位の値から計数し、所定の検出ウィンドウT内でサンプリングした全縦横比ρのうちのβ%までの領域を決定する。これにより、図6(b)〜(c)のように、全縦横比ρのうちのβ%となる領域を決定し、当該領域(β%)の最下位値となる縦横比ρを決定できる。この最下位値となる縦横比ρが、開判定しきい値τtとなる。ここで、図6(b)〜(c)のように、各ヒストグラムHは、ドライバによって異なった形状となるため、ヒストグラムHごとに、それぞれ開判定しきい値τが異なる値となる。従って、ドライバの口を開ける振る舞い方、欠伸の仕方に適した開判定しきい値τを求めることができる。
Returning to FIG. 8, in the next step S <b> 3, the open determination threshold
次のステップS4において、開判定しきい値更新部16は、ステップS3にて求めた開判定しきい値の上下限範囲τmin,τmaxを決定する。この上下限範囲は、予め欠伸判定システムにて、ドライバの口が開状態である可能性が高い縦横比ρの範囲であり、統計データによって決定されている。
In the next step S4, the open determination threshold
次のステップS5において、開判定しきい値更新部16は、ステップS3にて求められた開判定しきい値τtが、ステップS4にて決定された上下限範囲τmin,τmaxの間に含まれるか否かを判定する。開判定しきい値τtが上下限範囲τmin,τmaxの間に含まれる場合にはステップS6に処理を進め、そうでない場合にはステップS7に処理を進める。
In the next step S5, the open determination threshold
ステップS6において、開判定しきい値更新部16は、ステップS3にて求められた開判定しきい値τtを開判定部14及び期間しきい値検出部17に出力して、処理を終了する。
In step S6, the open determination threshold
一方、ステップS7において、開判定しきい値更新部16は、出力する開判定しきい値τtを、上下限範囲τmin,τmaxの何れかに決定する。開判定しきい値τtが上下限範囲のうちのτminよりも小さい場合には、開判定しきい値τtとしてτminを出力する。逆に、開判定しきい値τtが上下限範囲のうちのτmaxよりも大きい場合には、開判定しきい値τtとしてτmaxを出力する。
On the other hand, in step S7, the open determination threshold
このような開判定しきい値τtの決定処理により、開判定部14は、当該開判定しきい値τtを用いて口の開閉状態を判定できる。
By such determination processing of the open determination threshold value τ t , the
また、期間しきい値検出部17は、開判定しきい値τtを用いて、期間しきい値λを決定する。期間しきい値検出部17は、図7に示すように、予め開判定しきい値τtと期間しきい値λとの関係を示す比較テーブルを記憶している。期間しきい値検出部17は、開判定しきい値更新部16により決定された開判定しきい値τtに対応した期間しきい値λtを比較テーブルから読み出す。これにより、期間しきい値検出部17は、期間しきい値λを決定して、欠伸検出部15に出力する。また、この比較テーブルにおいて、開判定しきい値更新部16から上下限範囲τmin,τmaxの何れかが出力されても、期間しきい値検出部17は、上下限範囲τmin,τmaxに対応した上下限範囲の期間しきい値λmin,λmaxを決定できる。
Moreover, the period threshold
以上説明したように、本発明の実施形態として示す欠伸判定システムによれば、顔画像に含まれる口画像から特徴点を抽出して口の縦横比を算出し、当該縦横比に基づいて、口の開閉状態を判定する。そして、開状態となっている開口時間に基づいて、欠伸状態であるかを判定する。これにより、欠伸判定システムによれば、口画像や口の開閉状態に対するパターンマッチングを行うことなく、欠伸判定を行うことができる。したがって、この欠伸判定システムによれば、パターンマッチングを行うことによる欠伸判定の精度の低下を回避でき、精度がよく欠伸を判定することができる。 As described above, according to the lack determination system shown as the embodiment of the present invention, the feature point is extracted from the mouth image included in the face image, the aspect ratio of the mouth is calculated, and the mouth aspect ratio is calculated based on the aspect ratio. The open / close state of is determined. And based on the opening time which is in an open state, it is determined whether it is a stretched state. Thereby, according to the absence extension determination system, the absence extension determination can be performed without performing pattern matching for the mouth image and the opening / closing state of the mouth. Therefore, according to this failure determination system, it is possible to avoid a decrease in accuracy of the failure determination due to pattern matching, and to determine the failure with high accuracy.
また、この欠伸判定システムによれば、縦横比が所定の開判定しきい値よりも大きい場合に、開状態と判定できる。また、この欠伸判定システムによれば、開口時間が所定の期間しきい値よりも長い場合に、欠伸状態であることを判定できる。 In addition, according to this non-expansion determination system, when the aspect ratio is larger than a predetermined open determination threshold value, it can be determined as an open state. Further, according to this non-extension determination system, it is possible to determine that the state is the extension state when the opening time is longer than a predetermined period threshold value.
更に、この欠伸判定システムによれば、所定期間に縦横比を収集してヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムの縦横比を上位の値から計数してヒストグラム全体のうちの所定割合における縦横比を、開判定しきい値として決定する。これにより、開判定しきい値を更新でき、ドライバごとに精度良く欠伸を判定する開判定しきい値を決定できる。 Further, according to this lack determination system, the aspect ratio is collected during a predetermined period, a histogram is created, the aspect ratio of the histogram is counted from the upper value, and the aspect ratio at a predetermined ratio of the entire histogram is opened. Determined as determination threshold. Thereby, the open determination threshold can be updated, and the open determination threshold for accurately determining the lack of extension can be determined for each driver.
更にまた、この欠伸判定システムによれば、更新した開判定しきい値と縦横比に基づいて開状態と判定できる所定範囲とを比較し、前記決定した開判定しきい値が所定範囲よりも低い場合には、当該所定範囲の最低値を開判定しきい値として決定し、決定した開判定しきい値が所定範囲よりも高い場合には、当該所定範囲の最高値を開判定しきい値として決定する。これにより、欠伸判定システムによれば、ヒストグラムを用いて更新した開判定しきい値が非常な値となった場合でも、所定範囲内で開判定しきい値を決定することができ、判定精度の低下を回避できる。 Furthermore, according to this non-expansion determination system, the updated open determination threshold value is compared with a predetermined range that can be determined as an open state based on the aspect ratio, and the determined open determination threshold value is lower than the predetermined range. In this case, the minimum value of the predetermined range is determined as the open determination threshold value, and when the determined open determination threshold value is higher than the predetermined range, the maximum value of the predetermined range is set as the open determination threshold value. decide. Thereby, according to the lack determination system, even when the open determination threshold updated using the histogram becomes a very large value, the open determination threshold can be determined within a predetermined range. Decrease can be avoided.
更にまた、この欠伸判定システムによれば、開判定しきい値に基づいて、所定の期間しきい値を更新するので、ドライバごとに設定した開判定しきい値に応じた期間しきい値を設定でき、ドライバごとに精度良く欠伸を判定する期間しきい値を決定できる。 Furthermore, according to the lack determination system, a predetermined period threshold value is updated based on the open determination threshold value. Therefore, a period threshold value corresponding to the open determination threshold value set for each driver is set. The threshold value for determining the lack of accuracy can be determined accurately for each driver.
1 欠伸演算装置
2 カメラ装置
3 赤外線光源
11 顔特徴検出部
12 特徴選択・計測部
13 開口比率演算部
14 開判定部
15 欠伸検出部
16 値更新部
17 値検出部
20 顔画像
21 口画像
100 ステアリング
101 計器類
102 カメラシステム
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記撮像手段により取得された顔画像に含まれる口画像から特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、
前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点に基づいて口の縦横比を算出する縦横比算出手段と、
前記縦横比算出手段により算出された縦横比に基づいて、口の開閉状態を判定する口開閉状態判定手段と、
前記口開閉状態判定手段により開状態と判定された場合に、当該開状態となっている開口時間を算出する開口時間算出手段と、
前記開口時間算出手段により算出された開口時間に基づいて、欠伸状態であるかを判定する欠伸判定手段と
を備え、
所定期間に前記縦横比算出手段により算出された縦横比を収集してヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムの縦横比を上位の値から計数してヒストグラム全体のうちの所定割合における縦横比を、開判定しきい値として決定する開判定しきい値更新手段をさらに備え、
前記開判定しきい値更新手段は、前記決定した開判定しきい値と統計データによって予め定めた所定範囲とを比較し、前記決定した開判定しきい値が前記所定範囲よりも低い場合には、当該所定範囲の最低値を開判定しきい値として決定し、前記決定した開判定しきい値が前記所定範囲よりも高い場合には、当該所定範囲の最高値を開判定しきい値として決定することを特徴とする欠伸判定装置。 Imaging means for acquiring a face image;
Feature point extracting means for extracting feature points from a mouth image included in the face image acquired by the imaging means;
An aspect ratio calculating means for calculating an aspect ratio of the mouth based on the feature points extracted by the feature point extracting means;
Mouth opening / closing state determination means for determining the opening / closing state of the mouth based on the aspect ratio calculated by the aspect ratio calculating means;
An opening time calculating means for calculating the opening time when the mouth open / closed state determining means is determined to be in the open state;
A non-expansion determining means for determining whether or not it is in a non-extended state based on the opening time calculated by the opening time calculating means;
The aspect ratio calculated by the aspect ratio calculation means is collected for a predetermined period, a histogram is created, the aspect ratio of the histogram is counted from the higher value, and the aspect ratio at a predetermined ratio of the entire histogram is determined to be open. Further comprising an open determination threshold value updating means for determining as a threshold value,
The open determination threshold value updating means compares the determined open determination threshold value with a predetermined range determined in advance by statistical data, and when the determined open determination threshold value is lower than the predetermined range. The minimum value of the predetermined range is determined as the open determination threshold value, and when the determined open determination threshold value is higher than the predetermined range, the maximum value of the predetermined range is determined as the open determination threshold value. yawn determination apparatus according to claim to Rukoto.
前記口が開状態と判定された開口時間と所定の期間しきい値とを比較して、欠伸状態が発生しているか否かを判定する欠伸判定方法であって、
所定期間に算出した縦横比を収集してヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムの縦横比を上位の値から計数してヒストグラム全体のうちの所定割合における縦横比を、開判定しきい値として決定し、
前記決定した開判定しきい値と統計データによって予め定めた所定範囲とを比較し、前記決定した開判定しきい値が前記所定範囲よりも低い場合には、当該所定範囲の最低値を開判定しきい値として決定し、前記決定した開判定しきい値が前記所定範囲よりも高い場合には、当該所定範囲の最高値を開判定しきい値として決定することを特徴とする欠伸判定方法。 Calculate the aspect ratio of the mouth based on the feature points extracted from the mouth image included in the face image, compare the aspect ratio with a predetermined open determination threshold, determine the open / closed state of the mouth,
By comparing with a predetermined time period threshold has been opened time determining the port open, a yawn determination method of determining whether yawn state has occurred,
A histogram is created by collecting the aspect ratio calculated for a predetermined period, the aspect ratio of the histogram is counted from the upper value, and the aspect ratio at a predetermined ratio of the entire histogram is determined as an open determination threshold value,
The determined open determination threshold value is compared with a predetermined range determined by statistical data. If the determined open determination threshold value is lower than the predetermined range, the minimum value of the predetermined range is determined to be open. yawn determination method determines as the threshold, when the determined opening determination threshold is higher than said predetermined range, it characterized that you determine the maximum value of the predetermined range as an open determination threshold .
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