JP5453229B2 - 乗員判別装置、及び、乗員判別方法 - Google Patents

Description

この発明は、車両のシートに着座した乗員を判別する乗員判別装置、及び、乗員判別方法に関するものである。

車両のシートを斜め上方から三次元画像として撮影し、その撮影データを解析することによって、シートに着座した乗員が大人であるのか、補助シート（ブースタシート）に着座した子供であるのかを判別する乗員判別装置が案出されている（例えば、特許文献１参照）。

この乗員判別装置は、三次元画像データを基にしてシートボトムが検出されているか否かを調べ、シートボトムが検出されていない場合に、乗員が着座しているものと判定し、さらに、下肢領域が閾値以上に高い位置にある場合には、シート上の乗員は補助シートに着座した子供であるものと判別し、下肢領域が閾値よりも低い位置にある場合には、シート上の乗員は大人であるものと判別する。

特表２００４−５０３７５９号公報

しかし、この従来の乗員判別装置は、下肢領域の高さと閾値とを比較して、大人と補助シートに着座した子供を判別するようにしているため、シート自体が上下に高さ調整可能である場合や、大人がシート上で正座をしたり、座布団を引いてシートに着座したりしている場合に、補助シートに着座している子供と誤判別される可能性が考えられる。

そこでこの発明は、シートに着座した大人と、補助シートを用いて着座した子供を常時正確に判別することのできる乗員判別装置、及び、乗員判別方法を提供しようとするものである。

請求項１に係る発明は、シート（例えば、実施形態のシート１Ｂ）に着座した乗員が、大人であるのか、背もたれが無く座面部がかさ上げされる補助シート（例えば、実施形態の補助シート８）を用いて着座した子供であるのかを判別する乗員判別装置において、乗員を含むシート上の対象物の距離画像データを取得する距離画像センサ（例えば、実施形態の距離画像センサ４）と、前記対象物の距離画像データを基に、当該対象物の全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率を求める上肢比率算出手段（例えば、実施形態の上肢比率算出手段３０）と、この上肢比率算出手段で算出した比率が閾値以上の場合に大人であるものと判別し、前記算出した比率が閾値よりも小さい場合に前記補助シートに着座した子供であるものと判別する判別手段（例えば、実施形態の判別手段３１）と、を備えていることを特徴とするものである。
子供が補助シートを用いて着座しているときには、下肢領域の体積は補助シートによって見かけ上（計測上）増大し、上肢領域の体積は実際の子供の体積となる。このため、子供が補助シートを用いて着座しているときには、対象物の全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率が閾値よりも小さくなり、大人がシートに着座しているときには、対象物の全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率が閾値以上になる。したがって、対象物の全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率を閾値と比較することにより、補助シートを用いて着座した子供と、シートに着座した大人が正確に判別される。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る乗員判別装置において、前記上肢比率算出手段は、前記対象物の距離画像データを、前記シートの前後方向、左右方向、上下方向を軸とした直交座標画像に変換し、その直交座標画像を前記シートの前後方向と上下方向を含む平面に投影した平面投影二値画像に変換し、その平面投影二値画像を基に乗員の腰位置分離線（例えば、実施形態の腰位置分離線Ｌ）を求め、その腰位置分離線よりも上方側を乗員の上肢領域として、前記対象物の全体の体積と乗員の上肢領域の体積の比率を算出することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る乗員判別装置において、前記上肢比率算出手段は、前記平面投影二値画像に細線化処理を行い、細線化処理によって得られた画像の上端部の点と前端部の点を結ぶ傾斜直線（例えば、実施形態の傾斜直線ｎ）の傾斜角度（例えば、実施形態の傾斜角度θ）を求め、ここで求められた傾斜角度が所定角度の範囲内であれば、前記傾斜直線からの離間距離が最も大きい細線化処理線（例えば、実施形態の細線化処理線ｍ）上の点と前記傾斜直線とを最短で結ぶ直線を前記腰位置分離線とし、前記傾斜角度が所定角度の範囲から外れる場合には、前記傾斜直線の中点と直交する直線を前記腰位置分離線とすることを特徴とするものである。
乗員がシートに正規姿勢で深く腰掛けているときには、傾斜直線の傾斜角度は所定角度の範囲内となり、乗員がシート上で正座しているときのように腰位置が極端に高い場合や、腰位置を前方に大きくずらして着座している場合には、傾斜直線の傾斜角度は所定角度の範囲から外れることになる。このため、傾斜直線の傾斜角度が所定角度の範囲内の場合には、傾斜直線から細線化処理線までの距離が最も大きい点と傾斜直線とを最短で結ぶ直線が乗員のほぼ腰位置を通ることになり、傾斜直線の傾斜角度が所定角度の範囲から外れる場合には、傾斜直線の中点と直交する直線が乗員のほぼ腰位置を通ることになる。

請求項４に係る発明は、シートに着座した乗員が、大人であるのか、背もたれが無く座面部がかさ上げされる補助シートを用いて着座した子供であるのかを判別する乗員判別方法において、乗員を含むシート上の対象物の距離画像データを距離画像センサによって取得し、前記対象物の距離画像データを基に、当該対象物の全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率を求め、ここで求めた比率が閾値以上の場合に大人であるものと判別し、前記比率が閾値よりも小さい場合に前記補助シートに着座した子供であるものと判別することを特徴とするものである。

この発明によれば、シート上の対象物の距離画像データを基に、対象物全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率を求め、その比率が閾値以上の場合に大人であるものと判別し、その比率が閾値よりも小さい場合に背もたれが無く座面部がかさ上げされる補助シートに着座した子供であるものと判別するようにしているため、シート自体が高さ調整可能なものである場合や、大人がシート上で正座をしたり、座布団を引いてシートに着座したりしている場合であっても、シートに着座した大人と、補助シートを用いて着座した子供を常時正確に判別することができる。

この発明の一実施形態の乗員判別装置を採用した車両の車室内の斜視図である。 この発明の一実施形態の乗員判別装置の概略構成図である。 この発明の一実施形態の乗員判別装置の画像処理の一部のイメージを示す図である。 子供の着座する補助シートの斜視図である。 シートに着座した大人と、シートに着座した子供と、補助シートを用いてシートに着座した子供の全体体積と上肢比率の関係を示す統計図である。 この発明の一実施形態の乗員判別装置の制御装置の処理を説明するフローチャートである。 この発明の一実施形態の乗員判別装置の制御装置の上肢比率算出処理を説明するフローチャートである。 この発明の一実施形態の乗員判別装置の画像処理の過程で得られた平面投影二値画像を示す図である。 この発明の一実施形態の乗員判別装置の画像処理の過程で平面投影二値画像に細線化処理を行って得られた図である。 この発明の一実施形態の乗員判別装置の画像処理の過程で平面投影二値画像に腰位置分離線を入れた図である。 この発明の一実施形態の乗員判別装置による上肢に対する体積算出のイメージを示す図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この実施形態の乗員判別装置１０を採用した車両の車室内を示す図であり、同図中１Ａ，１Ｂは、運転席側と助手席側のシート、２は、前席前方に配置されたインストルメントパネル、３は，インストルメントパネル２内の助手席前方位置に配置されたエアバッグモジュールである。また、４は、運転席と助手席の間の天井部に助手席側に向けて設置された単眼式の距離画像センサであり、５は、距離画像センサ４の検出信号を受けて乗員判別を行い、衝撃の入力時に、乗員判別の結果に応じてエアバッグモジュール３の作動を制御する制御装置である。制御装置５によるエアバッグモジュール３の作動制御は、例えば、空席の場合に非作動とし、大人が着席している場合には通常作動、子供が着席している場合には弱い展開力での作動、若しくは、非作動とする。
この実施形態の乗員判別装置１０は、距離画像センサ４と制御装置５を主要な要素として構成され、距離画像センサ４で取得した距離画像データに対して各種の画像処理を行い、その画像処理の結果に基づいて、助手席に着座する乗員を判別する。

図２は、乗員判別装置１０の概略構成を示す図である。
この実施形態の距離画像センサ４は、照射された光が対象物で反射し戻ってくるまでの時間を計測し、その時間を基にして対象物までの距離を求めるＴＯＦ（time of flight）方式のセンサを採用している。
距離画像センサ４は、発光部６が、近赤外線ＬＥＤ１１と、近赤外線ＬＥＤ１１を所定周波数でパルス発光させる駆動回路１２と、近赤外線ＬＥＤ１１の光を散乱させて対象物に照射する散乱板１３と、によって構成され、受光部７が、対象物で反射した光を集光する集光レンズ１５と、ノイズ光を除去するフィルター１６と、フィルター１６を透過した光のエネルギーを電荷として蓄積し電圧信号に変換するＣＣＤ撮像素子１７と、によって構成されている。そして、距離画像センサ４は、発光部６と受光部７が処理部１９によって制御され、処理部１９内の距離画像生成部１９Ａと輝度画像生成部１９Ｂが発光パルスと受光パルスの位相のずれを基にして距離画像データと輝度画像データを生成するようになっている。
距離画像センサ４の処理部１９で生成された距離画像データと輝度画像データは制御装置５に出力される。

制御装置５は、距離画像センサ４から入力された距離画像データを、シート１Ｂの前後方向（Ｔ方向）、左右方向（Ｂ方向）、上下方向（Ｈ方向）を軸とした直交座標画像に変換する直交座標変換部２０と、直交座標画像をシート１Ｂの前後方向と上下方向を含む平面に投影した平面投影二値画像に変換する二値画像変換部２１とを備えている。
図３は、直交座標変換部２０での処理の一例のイメージを示したものである。
直交座標変換部２０では、距離画像センサ４で取得した距離画像データをシート１Ｂを中心とした直交座標内の細分化した立方体空間（voxel）にあてはめ、対象物の表面形状を数値化する。二値画像変換部２１では、直交座標変換部２０で得られた対象物の表面形状をシート１Ｂの側方から見える平面に投影した二値画像に変換し、その後の画像処理に備えるようにしている。

また、制御装置５は、直交座標画像と平面投影二値画像からそれぞれシート１Ｂ部分を除去するシート除去処理部２３と、シート１Ｂ部分を除去した直交座標画像からシート１Ｂ上の対象物の体積を算出する体積算出部２４と、シート１Ｂを除去した平面投影二値画像から後述する腰位置分離線Ｌを抽出する腰位置分離線抽出部２６と、対象物の全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率（以下、「上肢比率」と呼ぶ。）を求める比率演算部２７と、を備えている。この実施形態では、上述した直交座標変換部２０、二値画像変換部２１、シート除去処理部２３、体積算出部２４、腰位置分離線抽出部２６、比率演算部２７によって上肢比率算出手段３０が構成されている。

制御装置５は、さらに二値画像変換部２１、体積算出部２４、比率演算部２７からそれぞれ信号を受けて乗員を判別する判別手段３１と、判別手段３１の判別結果に基づいてエアバッグモジュール３の作動を制御する駆動制御手段３２と、を備えている。
この実施形態の判別手段３１は、直交座標変換部２０と二値画像変換部２１で得られた画像データを基にして空席状態（シート１Ｂ上に乗員が存在するかしないか）を判別し、体積算出部２４で得られた結果に基づいて乗員が子供であるか否かを判別する。

ただし、算出した体積が閾値よりも小さい場合には、乗員が子供であるものと判別できるが、子供が補助シート８（図４参照）を用いて着座している場合には、算出した体積が閾値以上となる状況も起こり得るため、算出した体積が閾値以上であっても、必ずしも大人であるものと判別することはできない。ここで想定する補助シート８は、ある程度背丈のある幼児が用いる図４に示すような所謂ブースターシートであり、このようなタイプの補助シート８を用いる場合には、背もたれが無く座面部８ａがかさ上げされる（下半身の容積が増大して検出される）ことになるため、体積のみでは正確な判定が難しい。
このため、判別手段３１は、体積算出部２４の算出結果から子供でないと判定された場合であっても、比率演算部２７で算出した上肢比率が閾値以上であるか否かをさらに判定し、上肢比率が閾値以上である場合には大人であるものと判別し、上肢比率が閾値に満たない場合には、補助シート８に着座した子供であるものと判別する。

図５は、シート１Ｂに着座した大人と、シート１Ｂに着座した子供と、補助シート８を用いてシート１Ｂに着座した子供の全体体積と上肢比率の関係を示す統計図である。
同図に示すように、シート１Ｂに着座した大人と、補助シート８を用いてシート１Ｂに着座した子供は、いずれも全体体積がある程度以上に大きく、全体体積だけでは両者を明確に判別することが難しいが、さらにこれらの集合に対して、上肢比率の大小を比較することによって両者を明確に判別することができる。

なお、エアバッグモジュール３の作動を制御する駆動制御手段３２は車両の衝突時に衝突センサ９が作動したときに、判別手段３１の判別結果を反映させてエアバッグモジュール３の駆動を制御する。

つづいて、制御装置５の処理の概要を図６のフローチャートに沿って説明する。
最初に、ステップＳ１０１において、距離画像センサ４から距離画像と輝度画像のデータを受け取り、ステップＳ１０２において、距離画像をＴ軸，Ｂ軸，Ｈ軸を持つ直交座標画像に変換する。次に、ステップＳ１０３において、直交座標画像を平面投影二値画像に変換し、つづくステップＳ１０４において、直交座標画像と平面投影二値画像を基にしてシート１Ｂ上が空席であるか否かを判定する。このときＹｅｓの場合には、「乗員なし」と判定し、Ｎｏの場合には、ステップＳ１０５へと進む。

ステップＳ１０５では、直交座標画像と平面投影二値画像に対してシート除去処理を行い、つづくステップＳ１０６において、シート１Ｂを除去した直交座標画像を基にして対象物全体の体積を算出する。ステップＳ１０７においては、対象物全体の体積が閾値以下であるか否かを判定し、ここでＹｅｓの場合には、シート１Ｂに着座している乗員は「子供」と判別し、Ｎｏの場合には、ステップＳ１０８の上肢比率算出処理へと進む。上肢比率算出処理の詳細について後に説明する。
ステップＳ１０８で乗員の上肢比率の算出が行われた後には、次のステップＳ１０９において、上肢比率が閾値以上であるか否かを判定し、ここでＹｅｓの場合には、大人と判別し、Ｎｏの場合には、補助シート８を用いた子供と判別する。

図７は、図６のステップＳ１０８の上肢比率算出処理の詳細を示すフローチャートである。
この上肢比率算出処理では、最初のステップＳ２０１において、平面投影二値画像に対して細線化処理を行う。図８は、細線化処理を行う前の平面投影二値画像を示し、図９は、細線化処理を行った後の画像を示している。
ステップＳ２０２においては、図９に示すように、細線化処理によって得られた画像（以下、「細線化処理線ｍ」と呼ぶ。）の上端部（Ｈ方向の端部）の点と前端部（Ｔ方向の端部）の点を結ぶ傾斜直線ｎのＴ軸に対する傾斜角度θを算出する。

つづく、ステップＳ２０３においては、傾斜角度θが所定角度の範囲内の角度であるか否かを判定し、ここでＹｅｓの場合には、ステップＳ２０４に進み、Ｎｏの場合には、ステップＳ２０５に進む。
傾斜直線ｎの傾斜角度θが所定角度の範囲内でステップＳ２０４に進んだ場合には、傾斜直線ｎからの離間距離が最も大きい細線化処理線ｍ上の点ｐと傾斜直線ｎとを最短で結ぶ直線を腰位置分離線Ｌとする。
一方、傾斜直線ｎの傾斜角度θが所定角度の範囲から外れステップＳ２０５に進んだ場合には、傾斜直線ｎの中点と直交する直線を腰位置分離線Ｌとする。

ここで、傾斜直線ｎの傾斜角度θに応じて腰位置分離線Ｌの求め方が異なるのは、乗員、特に、大人の着座姿勢が通常と大きく異なるときや、座布団等の敷物があるときを考慮したものである。即ち、乗員がシート１Ｂ上に正規姿勢で深く腰掛けているときには、傾斜直線ｎの傾斜角度θが所定角度の範囲内となり、傾斜直線ｎからの離間距離が最も大きい点がほぼ乗員の腰位置となるが、乗員がシート１Ｂ上で正座しているときのように腰位置が極端に高い場合や、腰位置を前方に大きくずらして着座している場合には、傾斜直線ｎの傾斜角度θが所定角度の範囲から外れ、傾斜直線ｎの中点と直交する直線上に乗員の腰位置がくるようになる。したがって、上記のステップＳ２０４，Ｓ２０５によって対象物の腰位置分離線ｍをほぼ正確に求めることができる。

図１０は、ステップＳ２０４やＳ２０５で求めた腰位置分離線Ｌを入れた平面投影二値画像である。このように腰位置分離線Ｌを入れることにより、対象物を上肢領域と下肢領域とに分離することができる。
最後のステップＳ２０６においては、腰位置分離線Ｌを直交座標画像に反映させて、図１１のイメージ図に示すように乗員の上肢領域の体積を求め、対象物全体の体積に対する上肢領域の体積の比率（上肢比率）を算出する。

以上のように、この乗員判別装置１０においては、距離画像センサ４で取得したシート１Ｂ上の対象物の距離画像データを基にして制御装置５によって対象物の上肢比率を求め、上肢比率が閾値以上の場合に乗員が大人であるものと判別し、上肢比率が閾値よりも小さい場合に乗員が補助シート８を用いて着座した子供であるものと判別するため、シート１Ｂ自体が高さ調整可能な場合や、大人がシート１Ｂ上で正座をしたり、座布団を引いてシート１Ｂに着座したりしている場合であっても、シート１Ｂに着座した大人と、補助シート８を用いて着座した子供を常時正確に判別することができる。

また、この乗員判別装置１０においては、平面投影二値画像に細線化処理を行い、細線化処理線ｍの上端部の点と前端部の点を結ぶ傾斜直線ｎの傾斜角度θを求め、傾斜角度θが所定角度の範囲内の場合には、傾斜直線ｎからの離間距離が最も大きい細線化処理線ｍ上の点ｐと傾斜直線ｎとを最短で結ぶ直線を腰位置分離線Ｌとして上肢比率を算出し、傾斜角度θが所定角度の範囲から外れる場合には、傾斜直線ｎの中点と直交する直線を腰位置分離線Ｌとして上肢比率を算出するため、乗員がシート１Ｂ上に正規姿勢で深く腰掛けている場合はもとより、乗員が正座するときや座布団を敷いて座るときのように腰位置が極端に高い場合や、腰位置を前方に大きくずらして着座している場合であっても、上肢比率をほぼ正確に算出することができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１Ｂ…シート
４…距離画像センサ
８…補助シート
１０…乗員判別装置
３０…上肢比率算出手段
３１…判別手段
Ｌ…腰位置分離線
ｍ…細線化処理線
ｎ…傾斜直線
θ…傾斜角度

Claims (4)

1. シートに着座した乗員が、大人であるのか、背もたれが無く座面部がかさ上げされる補助シートを用いて着座した子供であるのかを判別する乗員判別装置において、
   乗員を含むシート上の対象物の距離画像データを取得する距離画像センサと、
   前記対象物の距離画像データを基に、当該対象物の全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率を求める上肢比率算出手段と、
   この上肢比率算出手段で算出した比率が閾値以上の場合に大人であるものと判別し、前記算出した比率が閾値よりも小さい場合に前記補助シートに着座した子供であるものと判別する判別手段と、を備えていることを特徴とする乗員判別装置。
2. 前記上肢比率算出手段は、
   前記対象物の距離画像データを、前記シートの前後方向、左右方向、上下方向を軸とした直交座標画像に変換し、
   その直交座標画像を前記シートの前後方向と上下方向を含む平面に投影した平面投影二値画像に変換し、
   その平面投影二値画像を基に乗員の腰位置分離線を求め、その腰位置分離線よりも上方側を乗員の上肢領域として、前記対象物の全体の体積と乗員の上肢領域の体積の比率を算出することを特徴とする請求項１に記載の乗員判別装置。
3. 前記上肢比率算出手段は、
   前記平面投影二値画像に細線化処理を行い、
   細線化処理によって得られた画像の上端部の点と前端部の点を結ぶ傾斜直線の傾斜角度を求め、
   ここで求められた傾斜角度が所定角度の範囲内であれば、前記傾斜直線からの離間距離が最も大きい細線化処理線上の点と前記傾斜直線とを最短で結ぶ直線を前記腰位置分離線とし、
   前記傾斜角度が所定角度の範囲から外れる場合には、前記傾斜直線の中点と直交する直線を前記腰位置分離線とすることを特徴とする請求項２に記載の乗員判別装置。
4. シートに着座した乗員が、大人であるのか、背もたれが無く座面部がかさ上げされる補助シートを用いて着座した子供であるのかを判別する乗員判別方法において、
   乗員を含むシート上の対象物の距離画像データを距離画像センサによって取得し、
   前記対象物の距離画像データを基に、当該対象物の全体の体積に対する乗員の上肢領域の体積の比率を求め、
   ここで求めた比率が閾値以上の場合に大人であるものと判別し、前記比率が閾値よりも小さい場合に前記補助シートに着座した子供であるものと判別することを特徴とする乗員判別方法。