JP5428389B2 - 状態判定装置及び状態判定装置の作動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、被験者の状態を精度よく判定する状態判定装置及び状態判定装置の作動方法に関する。
従来より、車両運転時における運転者の状態の変化を再現するために、操作系を有するシミュレーション装置を用いて車両の運転操作に見立てた操作を被験者に行わせることにより、被験者の状態を覚醒状態から眠気状態へと誘導し、被験者が眠気状態で車両を運転している状態を仮想的に作り出す技術が知られている。
2007年自動車技術会春季大会 講演番号171-20075089 "眠気出現期の瞬目変化および眠気警告閾値の検討",関口 雄祐,他4名
眠気による車両事故の発生を抑制するためには、操作能力と眠気の程度との関係において、運転者の状態が眠気に打ち勝とうとしている状態(以下、本明細書中では“葛藤状態”と表記)にある時に警報出力等の何らかの事故防止措置を講じることが有効である。このため上記従来技術を用いて被験者を覚醒状態から葛藤状態へと誘導し、且つ、被験者の葛藤状態を精度よく検出することが期待される。しかしながら上記従来技術によれば、車両の運転操作に見立てた操作が容易である場合には、覚醒度が低下した状態であっても被験者は操作の精度を保持することができるので、被験者の葛藤状態を精度よく検出することは難しい。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は被験者の葛藤状態を精度よく検出することが可能な状態判定装置及び状態判定装置の作動方法を提供することにある。
本発明は、開眼状態と閉眼状態の顔画像を表示し、開眼状態から閉眼状態への顔画像の変化に対応させた所定の操作を被験者に行なわせ、行われた操作に基づいて閉眼状態に対する被験者の反応が正確であるか否かを判定することにより被験者の状態が葛藤状態にあるか否かを判定する。
本発明によれば、被験者が葛藤状態へと遷移する状態を検出することができるので、被験者の状態を精度よく検出することができる。
本発明の実施形態となる状態判定装置の概観を示す模式図である。 図1に示す制御装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態となる状態判定処理の流れを示すフローチャート図である。 図3に示す状態判定処理を説明するための模式図である。 図3に示すステップS2の処理の一例を示すタイミングチャート図である。 図3に示すステップS2の処理の他の例を示すタイミングチャート図である。 図3に示すステップS4の処理の一例を示すタイミングチャート図である。 図3に示すステップS4の処理の他の例を示すタイミングチャート図である。 図3に示すステップS6の処理の一例を示すタイミングチャート図である。 図3に示すステップS6の処理の他の例を示すタイミングチャート図である。 図3に示すステップS6の処理の他の例を示すタイミングチャート図である。 図3に示すステップS6の処理の他の例を示すタイミングチャート図である。 本発明の第2の実施形態となる状態判定処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第3の実施形態となる状態判定処理の流れを示すフローチャート図である。 図14に示す状態判定処理を説明するための模式図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる状態判定装置の構成及びその動作について説明する。
〔状態判定装置の構成〕
本発明の実施形態となる状態判定装置は、図1に示すように、液晶ディスプレイ等の表示装置1と、被験者Sにより操作されるスイッチボタン等の操作信号入力装置2と、状態判定装置全体の動作を制御する制御装置3を含む。制御装置3は、コンピュータシステム等の情報処理装置により構成され、図2に示すように、顔画像データを記憶する顔画像データ記憶部4と、顔画像データ記憶部4内に記憶されている顔画像データを表示装置1に再生表示する顔画像データ再生部5と、顔画像データ記憶部4内に記憶されている顔画像データに関する情報を記憶する画像データ情報記憶部6と、被験者Sによる操作信号入力装置2の操作状態と画像データ情報記憶部6に記憶されている情報とに基づいて被験者Sの状態を判定する操作状態判定部7とを有する。
顔画像データ記憶部4が記憶する顔画像データとしては、人の顔を撮影装置により撮影することにより得られた画像やコンピュータグラフィックス技術を利用して作成した人の顔画像等を例示することができる。また顔画像データの中には、眠そうな人の画像、具体的には、眼を開閉している顔画像,口を開閉している顔画像,顔の向きが変化する顔画像等が含まれる。また画像データ情報記憶部6が記憶する情報としては、顔画像の眼の開閉タイミング(開閉時間),口の開閉タイミング,顔の向きの変化タイミング等が含まれる。
〔状態判定装置の動作〕
このような構成を有する状態判定装置では、制御装置3が以下に示す状態判定処理を実行することにより、被験者Sの状態を覚醒状態から葛藤状態へと誘導し、且つ、被験者Sの葛藤状態を精度よく検出する。以下、図3,図13,及び図14に示すフローチャートを参照して、第1,第2,及び第3の状態判定処理を実行する際の制御装置3の動作について説明する。
〔第1の実施形態〕
始めに、図3に示すフローチャートを参照して、第1の実施形態となる状態判定処理を実行する際の制御装置3の動作を説明する。図3に示すフローチャートは、状態判定処理の開始が指示されたタイミングで開始となり、状態判定処理はステップS1の処理に進む。なおこの状態判定処理では、被験者Sは、表示装置1に再生表示されている眠そうな人の顔画像が閉眼状態である時に操作信号入力装置2を操作することにより操作信号を入力するように予め指示されているものとする。このような状態判定処理によれば、被験者Sは眠そうな人の眼を注視しなければならず、反応を精度よく行おうとすればするほどミラーニューロン効果によって眠気が誘発されることになる。なお被験者Sが行う操作作業は、被験者Sは顔画像がいつ閉眼状態になるのかは判らないために集中力を途切れないようにする必要があるものであるが、熟練を要するものではない。
ステップS1の処理では、操作状態判定部7が、被験者Sの作業成績(本実施形態では顔画像の眼の開閉状態に対する反応)を判定する判定区間N(N=1〜n)が終了したか否かを判別する。判別の結果、判定区間Nが終了した場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS8の処理に進める。一方、判定区間Nが終了していない場合には、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS2の処理に進める。
ステップS2の処理では、顔画像データ再生部4が、眼を閉じている時間が所定時間CL−A(例えば0.5秒,図5,6参照)以上の顔画像を再生表示し、操作状態判定部7が、操作信号入力装置2の操作状態と画像データ情報記憶部6に記憶されている情報とに基づいて、表示装置1に再生表示されている顔画像が閉眼状態(閉眼A,図4に示す顔画像G2)である時に操作信号入力装置2から操作信号が入力されたか否かを判別することより、被験者Sが閉眼状態に反応したか否かを判別する。なお上記所定時間CL−Aは、被験者Sの状態が覚醒状態であれば確実に反応できる、換言すればやや集中力が落ちたぼんやりした状態でも反応できる閉眼時間に設定されている。従って閉眼Aに対する被験者Sの反応を測定することにより、被験者Sの状態が覚醒度が大きく低下した居眠り状態にあるか否かを判定することができる。判別の結果、被験者Sが閉眼状態に反応した場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS4の処理に進める。一方、被験者Sが閉眼状態に反応しなかった場合には、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS3の処理に進める。
ステップS3の処理では、操作状態判定部7が、被験者Sが閉眼Aに反応しなかった回数を計数するためのプログラムカウンタ(無反応カウンタ)の値を1増数する。具体的には、図5に示すように、顔画像が閉眼状態になるのに応じて操作信号入力装置2(スイッチ)が操作された場合、操作状態判定部7はプログラムカウンタの値を増数せず、図6に示すように、顔画像が閉眼状態になるのに応じて操作信号入力装置2(スイッチ)が操作されなかった場合には、操作状態判定部7はプログラムカウンタの値を1増数する。これにより、ステップS3の処理は完了し、状態判定処理はステップS4の処理に進む。
ステップS4の処理では、操作状態判定部7が、眼を閉じている時間が所定時間CL−B(<所定時間CL−A,図7,8参照)未満の顔画像を表示装置1に再生表示し、操作状態判定部7が、操作信号入力装置2の操作状態と画像データ情報記憶部6に記憶されている情報とに基づいて、表示装置1に再生表示されている顔画像が閉眼状態(閉眼B)である時に操作信号入力装置2から操作信号が入力されたか否かを判別することより、閉眼状態に対し被験者Sが反応したか否かを判別する。なお上記所定時間CL−Bは、被験者Sが集中していないと反応できない閉眼時間に設定されている。従って閉眼Bに対する被験者Sの反応を測定することにより、被験者Sの状態が集中力がやや低下したぼんやり状態にあるか否かを判定することができる。但し、閉眼Bに対する反応は、被験者の状態が覚醒状態であっても個人差があるために、覚醒状態からの変化の様子で判定することが望ましい。判別の結果、被験者Sが閉眼状態に反応した場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS6の処理に進める。一方、被験者Sが閉眼状態に反応しなかった場合には、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS5の処理に進める。
ステップS5の処理では、操作状態判定部7が、被験者Sが閉眼Bに反応しなかった回数を計数するためのプログラムカウンタ(無反応カウンタ)の値を1増数する。具体的には、図7に示すように、顔画像が閉眼状態になるのに応じて操作信号入力装置2(スイッチ)が操作された場合、操作状態判定部7はプログラムカウンタの値を増数せず、図8に示すように、顔画像が閉眼状態になるのに応じて操作信号入力装置2(スイッチ)が操作されなかった場合には、操作状態判定部7はプログラムカウンタの値を1増数する。これにより、ステップS5の処理は完了し、状態判定処理はステップS6の処理に進む。
ステップS6の処理では、操作状態判定部7が、閉眼Aに対する被験者Sの反応が正確であったか否かを判別する。具体的には、図9に示すように顔画像が閉眼状態になる前に操作信号入力装置2が操作されたり,図10に示す顔画像が開眼状態から閉眼状態に移行したことに対し反応するまでの時間Tsや顔画像が閉眼状態から開眼状態に移行したことに対し反応するまでの時間Teが長くなったり,図11に示すように顔画像が閉眼状態から開眼状態に移行する前に操作信号入力装置2が操作されなくなったり,図12に示すように顔画像が閉眼状態である間に操作信号入力装置2が複数回操作されたりした場合において、操作状態判定部7は閉眼Aに対する被験者Sの反応が正確でないと判別する。被験者Sの覚醒度が低下して葛藤状態になると、通常状態では問題なくできた閉眼Aに対する反応が正確に行えなくなる。これは、被験者Sが閉眼Aに対し反応しようとする意志があるのにも係わらず正確な反応が困難になることから葛藤が発生するためである。従って、閉眼Aに対する被験者Sの反応が正確であるか否かを判別することにより被験者Sの状態が葛藤状態にあるか否かを判定することができる。そして判別の結果、被験者Sの反応が正確であった場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS1の処理に戻す。一方、被験者Sの反応が不正確であった場合には、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS7の処理に進める。
ステップS7の処理では、操作状態判定部7が、閉眼Aに対する被験者Sの反応が不正確であった回数を計数するためのプログラムカウンタ(不正確反応カウンタ)の値を1増数する。これにより、ステップS7の処理は完了し、状態判定処理はステップS1の処理に戻る。
ステップS8の処理では、操作状態判定部7が、判定区間Nにおける被験者Sの作業成績を算出,記憶する。具体的には、操作状態判定部7は、プログラムカウンタの値を参照して、被験者Sの状態が、集中力がやや低下したぼんやり状態,覚醒度が大きく低下した居眠り状態,及び葛藤状態のうちのいずれかの状態にあるか否かを判定し、判定結果を記憶する。これにより、ステップS8の処理は完了し、状態判定処理はステップS9の処理に進む。
ステップS9の処理では、操作状態判定部7が、全てのプログラムカウンタの値を0にリセットする。これにより、ステップS9の処理は完了し、状態判定処理はステップS10の処理に進む。
ステップS10の処理では、操作状態判定部7が、判定区間Nの値を1増数する。これにより、ステップS10の処理は完了し、状態判定処理はステップS11の処理に進む。
ステップS11の処理では、操作状態判定部7が、全ての判定区間N(N=1〜n)に対する処理が終了したか否かを判別する。判別の結果、全ての判定区間Nに対する処理が終了していない場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS1の処理に戻す。一方、全ての判定区間Nに対する処理が終了した場合には、操作状態判定部7は一連の状態判定処理を終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第1の実施形態となる状態判定処理によれば、操作状態判定部7は、開眼状態と閉眼状態との間での顔画像の状態変化に応じた操作信号入力装置2による操作入力時間の正確度に基づいて被験者Sの操作状態を判定する。そしてこのような構成によれば、被験者Sを効率よく眠気状態へ誘導しつつ、被験者Sは眠気を感じつつも操作入力を保持しようとするため、葛藤状態を作り出すことができ、また保持しようとする操作から葛藤状態を判定することができる。また本発明の第1の実施形態となる状態判定処理によれば、操作状態判定部7は、開眼状態と閉眼状態との間での顔画像の状態変化に応じた操作信号入力装置2による操作入力の正確度に基づいて被験者Sの操作状態を判定するので、被験者Sが葛藤状態に至るまでの過程を知ることができる。
〔第2の実施形態〕
次に、図13に示すフローチャートを参照して、第2の実施形態となる状態判定処理を実行する際の制御装置3の動作を説明する。図13に示すフローチャートは、状態判定処理の開始が指示されたタイミングで開始となり、状態判定処理はステップS21の処理に進む。なおこの状態判定処理では、被験者Sは、表示装置1に再生表示されている人の顔画像が口が開いている状態にある間だけ操作信号入力装置2を操作することにより操作信号を入力するように予め指示されているものとする。このような状態判定処理によれば、被験者Sは欠伸や深呼吸等の眠気に対する人の副次行動として現れる口の動きを注視しなければならず、反応を精度よく行おうとすればするほどミラーニューロン効果によって眠気が誘発されることになる。なお被験者Sが行う操作作業は、被験者Sはいつ口が開くのかは判らないために集中力を途切れないようにする必要があるものであるが、熟練を要するものではない。
ステップS21の処理では、操作状態判定部7が、被験者Sの作業成績(本実施形態では顔画像の口の開閉状態に対する反応)を判定する判定区間N(N=1〜n)が終了したか否かを判別する。判別の結果、判定区間Nが終了した場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS24の処理に進める。一方、判定区間Nが終了していない場合には、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS22の処理に進める。
ステップS22の処理では、顔画像データ再生部4が、口が開閉する顔画像を再生表示し、操作状態判定部7が、操作信号入力装置2の操作状態と画像データ情報記憶部6に記憶されている情報とに基づいて、表示装置1に再生表示されている顔画像の口が開いている時に操作信号入力装置2から操作信号が入力されたか否かを判別することより、被験者Sが口が開いている状態に反応したか否かを判別する。判別の結果、被験者Sが口が開いている状態に反応した場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS21の処理に進める。一方、被験者Sが口が開いている状態に反応しなかった場合には、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS23の処理に進める。
ステップS23の処理では、操作状態判定部7が、被験者Sが口が開いている状態に反応しなかった回数を計数するためのプログラムカウンタ(無反応カウンタ)の値を1増数する。これにより、ステップS23の処理は完了し、状態判定処理はステップS24の処理に進む。
ステップS24の処理では、操作状態判定部7が、判定区間Nにおける被験者Sの作業成績を算出,記憶する。これにより、ステップS24の処理は完了し、状態判定処理はステップS25の処理に進む。
ステップS25の処理では、操作状態判定部7が、プログラムカウンタの値を0にリセットする。これにより、ステップS25の処理は完了し、状態判定処理はステップS26の処理に進む。
ステップS26の処理では、操作状態判定部7が、判定区間Nの値を1増数する。これにより、ステップS26の処理は完了し、状態判定処理はステップS27の処理に進む。
ステップS27の処理では、操作状態判定部7が、全ての判定区間N(N=1〜n)に対する処理が終了したか否かを判別する。判別の結果、全ての判定区間Nに対する処理が終了していない場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS21の処理に戻す。一方、全ての判定区間Nに対する処理が終了した場合には、操作状態判定部7は一連の状態判定処理を終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第2の実施形態となる状態判定処理によれば、操作状態判定部7は、口が開いている状態と閉じている状態との間での顔画像の状態変化に応じた操作信号入力装置2による操作入力の正確度に基づいて被験者Sの操作状態を判定するので、被験者Sを効率よく眠気状態へ誘導しつつ、被験者Sは眠気を感じつつも操作入力を保持しようとするため、葛藤状態を作り出すことができ、また保持しようとする操作から葛藤状態を判定することができる。
〔第3の実施形態〕
最後に、図14に示すフローチャートを参照して、第3の実施形態となる状態判定処理を実行する際の制御装置3の動作を説明する。図14に示すフローチャートは、状態判定処理の開始が指示されたタイミングで開始となり、状態判定処理はステップS31の処理に進む。なおこの状態判定処理では、被験者Sは、表示装置1に再生表示されている人の顔画像の向きが横向き(図15参照)になっている間だけ操作信号入力装置2を操作することにより操作信号を入力するように予め指示されているものとする。なお被験者Sが行う操作作業は、被験者Sは顔がいつ横に向くかは判らないために集中力を途切れないようにする必要があるものであるが、熟練を要するものではない。
ステップS31の処理では、操作状態判定部7が、被験者Sの作業成績(本実施形態では顔画像の向きの変化に対する反応)を判定する判定区間N(N=1〜n)が終了したか否かを判別する。判別の結果、判定区間Nが終了した場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS34の処理に進める。一方、判定区間Nが終了していない場合には、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS32の処理に進める。
ステップS32の処理では、顔画像データ再生部4が、顔の向きが変化する顔画像を再生表示し、操作状態判定部7が、表示装置1に再生表示されている顔画像の向きが横向きになった時に操作信号入力装置2から操作信号が入力されたか否かを判別することより、被験者Sが横向きの顔画像に反応したか否かを判別する。判別の結果、被験者Sが横向きの顔画像に反応した場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS31の処理に進める。一方、被験者Sが横向きの顔画像に反応しなかった場合には、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS33の処理に進める。
ステップS33の処理では、操作状態判定部7が、被験者Sが顔画像の向きの変化に反応しなかった回数を計数するためのプログラムカウンタ(無反応カウンタ)の値を1増数する。これにより、ステップS33の処理は完了し、状態判定処理はステップS34の処理に進む。
ステップS34の処理では、操作状態判定部7が、判定区間Nにおける被験者Sの作業成績を算出,記憶する。これにより、ステップS34の処理は完了し、状態判定処理はステップS35の処理に進む。
ステップS35の処理では、操作状態判定部7が、プログラムカウンタの値を0にリセットする。これにより、ステップS35の処理は完了し、状態判定処理はステップS36の処理に進む。
ステップS36の処理では、操作状態判定部7が、判定区間Nの値を1増数する。これにより、ステップS36の処理は完了し、状態判定処理はステップS37の処理に進む。
ステップS37の処理では、操作状態判定部7が、全ての判定区間N(N=1〜n)に対する処理が終了したか否かを判別する。判別の結果、全ての判定区間Nに対する処理が終了していない場合、操作状態判定部7は状態判定処理をステップS31の処理に戻す。一方、全ての判定区間Nに対する処理が終了した場合には、操作状態判定部7は一連の状態判定処理を終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第3の実施形態となる状態判定処理によれば、操作状態判定部7は、顔が前を向いている状態と横を向いている状態との間での顔画像の状態変化に応じた操作信号入力装置2による操作入力の正確度に基づいて被験者Sの操作状態を判定するので、被験者Sを効率よく眠気状態へ誘導しつつ、被験者Sは眠気を感じつつも操作入力を保持しようとするため、葛藤状態を作り出すことができ、また保持しようとする操作から葛藤状態を判定することができる。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、複数の操作信号入力装置2を用意して上記第1乃至第3の実施形態となる状態判定処理を平行して実施するようにしてもよい。このように本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
1:表示装置
2:操作信号入力装置
3:制御装置
4:顔画像データ記憶部
5:顔画像データ再生部
6:画像データ情報記憶部
7:操作状態判定部
S:被験者

Claims (9)

  1. 開眼状態と閉眼状態の顔画像を表示する表示手段と、
    前記表示手段に表示された開眼状態から閉眼状態への顔画像の変化に対応させた所定の操作を被験者が入力するための操作入力手段と、
    前記操作入力手段への入力に基づいて、閉眼状態に対する被験者の反応が正確であるか否かを判定することにより被験者の状態が葛藤状態にあるか否かを判定する状態判定手段と、
    を備えることを特徴とする状態判定装置。
  2. 請求項1に記載の状態判定装置において、
    前記状態判定手段は、前記表示手段に表示された顔画像が閉眼状態である時に、前記操作入力手段から操作信号が入力されたか否かを判定することにより被験者が閉眼状態に反応したか否かを判定して被験者の状態が居眠り状態か否かを判定することを特徴とする状態判定装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の状態判定装置において、
    前記状態判定手段は、前記操作入力手段から入力される操作入力時間の正確度に基づいて被験者の状態を判定することを特徴とする状態判定装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のうち、いずれか1項に記載の状態判定装置において、
    前記表示手段は、所定時間以上閉眼状態の顔画像を表示することを特徴とする状態判定装置。
  5. 請求項1乃至請求項3のうち、いずれか1項に記載の状態判定装置において、
    前記表示手段は、所定時間未満閉眼状態の顔画像を表示することを特徴とする状態判定装置。
  6. 請求項1乃至請求項5のうち、いずれか1項に記載の状態判定装置において、
    前記表示手段は、口を開閉する状態を表示することを特徴とする状態判定装置。
  7. 請求項1乃至請求項6のうち、いずれか1項に記載の状態判定装置において、
    前記画像は、人の顔を撮影装置により撮影することにより得られた画像であることを特徴とする状態判定装置。
  8. 請求項1乃至請求項6のうち、いずれか1項に記載の状態判定装置において、
    前記画像は、コンピュータグラフィックス技術を利用して作成した人の顔の画像であることを特徴とする状態判定装置。
  9. 表示手段と、
    操作入力手段と、
    状態判定手段と、
    を備えた状態判定装置の作動方法であって、
    前記表示手段は、開眼状態と閉眼状態の顔画像を表示し、
    前記操作入力手段は、前記表示手段に表示された開眼状態から閉眼状態への顔画像の変化に対応させた所定の操作を被験者が入力し、
    前記状態判定手段は、前記操作入力手段への入力に基づいて、閉眼状態に対する被験者の反応が正確であるか否かを判定することにより被験者の状態が葛藤状態にあるか否かを判定することを特徴とする状態判定装置の作動方法。
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