JP5493593B2 - 眠気検出装置、眠気検出方法、及びプログラム - Google Patents

眠気検出装置、眠気検出方法、及びプログラム Download PDF

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本発明は、例えば自動車等で用いられる眠気検出装置、眠気検出方法、及びプログラムに関する。
運転者の顔の画像に基づいて運転者の眠気を検出する眠気検出装置がある。こうした装置では、例えば運転者の顔を撮像するための撮像装置(例えばCCDカメラ)を車内に設置する。撮像装置は、運転者の目の周辺領域を画像中に捉える。そして、眠気検出装置は、撮像装置から得た画像に基づき、瞬き時間(目が閉じられている時間)を検出し、その検出された瞬き時間に応じて運転者の覚醒度(眠気レベルを示すパラメータ)を算出する。その結果、覚醒度が所定レベルよりも小さい(眠気レベルが大きい)場合には、運転者の眠気が検出されたと判断する。
しかし、運転者は常に前方注視状態にあるとは限らず、計器類等を見下ろす(下方視する)こともある。このため、計器類等を見下ろしたときに、目を閉じた(閉眼状態になった)と誤判定されるおそれがあった。そこで、特許文献1、2に記載されるように、下方視検出手段を備える眠気検出装置も提案されている。
例えば特許文献1に記載される眠気検出装置では、一定時間ごとに瞬き時間の頻度分布データを求め、覚醒度が高いときに下方視するとピークP1が検出され、覚醒度が低いときに下方視するとピークP2が検出される。ピークP1とピークP2とはピーク位置が異なるため、ピーク位置に対して境界値Tτを設定することで、両者を識別することができる。そこで、この装置では、境界値Tτに基づきピーク位置がピークP1であると判断した場合には、そのデータを覚醒度判定に用いないようにしている。
一方、特許文献2に記載される眠気検出装置では、運転者の下まぶたの輪郭形状を示す近似曲線を算出し、その近似曲線に基づいて下方視を検出する。そしてその結果、下方視が検出されれば、その下方視による覚醒度の低下分が相殺されるように覚醒度を補正する。
特開2002−29279号公報 特開2008−167806号公報
しかしながら、特許文献1に記載される眠気検出装置では、一定時間内に下方視する頻度が1回しかない場合にはピークが発生しないため、眠気検出の精度が低下するおそれがある。また、境界値Tτは個人差が大きいと考えられる。しかも、文献中に例示されているピークP1のピーク位置は、「0.5〜0.7秒程度」であり、眠気が生じたときの瞬き時間「500〜800ミリ秒程度」(特表2002−509321参照)と重なる。このため、条件によっては、十分な眠気検出の精度が得られないおそれがある。
また、特許文献2に記載される眠気検出装置では、運転者の下まぶたの輪郭形状に基づいて下方視を検出しているため、眼鏡着用又は環境光による影などの影響により、下方視を誤検出するおそれがある。また、下まぶたの輪郭形状には個人差があるため、十分な下方視検出の精度が得られないことも考えられる。そして、下方視検出の精度が低下した場合には、眠気検出の精度が低下すると考えられる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、下方視を覚醒度低下(眠気)と誤検出する可能性を減らし、高い精度で眠気を検出することのできる眠気検出装置、眠気検出方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の第1の観点に係る眠気検出装置は、
対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別手段と、
前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で顔向き角度変化が生じたか否かを判別する第2判別手段と、
前記第1判別手段及び前記第2判別手段の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出手段と、
を備える。
前記第1判別手段は、前記第2判別手段により前記対象人物のまぶたに動きが生じた前後で顔向き角度変化が生じたと判別された場合、該まぶたの動きは眠り目ではないと判別するものであってもよい。
前記眠り目は、所定時間以上、半眼状態又は閉眼状態にある目であってもよい。
前記対象人物の眠気を検出した場合に警報を発するようにしてもよい。
本発明の第2の観点に係る眠気検出方法は、
対象人物の目の画像と顔の画像とを含む動画像を取得する動画像取得処理と、
第1判別手段が、前記動画像に基づいて、前記対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別処理と、
第2判別手段が、前記動画像に基づいて、前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で顔向き角度変化が生じたか否かを判別する第2判別処理と、
眠気検出手段が、前記第1判別処理及び前記第2判別処理の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出処理と、
を含む。
本発明の第3の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別手段、
前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で顔向き角度変化が生じたか否かを判別する第2判別手段、
前記第1判別手段及び前記第2判別手段の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出手段、
として機能させる。
本発明の第4の観点に係る眠気検出装置は、
対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別手段と、
前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で視線の移動生じたか否かを判別する第2判別手段と、
前記第1判別手段及び前記第2判別手段の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出手段と、
を備える。
本発明の第5の観点に係る眠気検出方法は、
対象人物の目の画像と顔の画像とを含む動画像を取得する動画像取得処理と、
第1判別手段が、前記動画像に基づいて、対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別処理と、
第2判別手段が、前記動画像に基づいて、前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で視線の移動生じたか否かを判別する第2判別処理と、
眠気検出手段が、前記第1判別処理及び前記第2判別処理の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出処理と、
を含む。
本発明の第6の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別手段、
前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で視線の移動生じたか否かを判別する第2判別手段、
前記第1判別手段及び前記第2判別手段の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出手段、
として機能させる。
上記構成要素の重複する機能に関しては、構成要素ごとに別々にその機能を実現する手段を設けてもよいが、1つの手段を複数の構成要素で共用するように構成すれば、全体の構成を簡素にすることができる。
本発明は、下方視を覚醒度低下(眠気)と誤検出する可能性を減らすことで、眠気検出の精度を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る眠気検出装置の使用態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る眠気検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態1に係る眠気検出方法を説明するための図である。 まぶたの動きを説明するための図である。 頭の上下の動きを説明するための図である。 頭の左右の動きを説明するための図である。 本発明の実施形態2に係る眠気検出方法を説明するための図である。 眼球の動きを説明するための図である。 まぶたの動きが生じた時に視線の移動も生じた場合を示す図である。 まぶたの動きが生じた時に視線の移動は生じない場合を示す図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、図中に矢印で示す「前」、「後」は、車両を基準にして「前方」、「後方」を意味し、「右」、「左」は、運転手から見て「右」、「左」を意味する。また、「下」及び「上」は、重力の方向及びその反対方向を意味する。
(実施形態1)
眠気検出装置10は、図1に示すように、例えば車両200に搭載されて使用される。本実施形態の車両200は、4輪自動車である。車両200は、シート201と、ハンドル202と、インストルメントパネル203と、を有する。インストルメントパネル203は、速度メータ等の計器類や各種スイッチを有する。
運転者100はシート201に座る。運転中における運転者100の視線は、基本的には前方注視方向d1になる、と考えられる。前方注視方向d1は、通常、水平方向(路面の方向)よりもやや下方となる。一方、計器類等を見下ろす(下方視する)場合には、運転者100の視線は下方視方向d2になる、と考えられる。
ハンドル202のコラムカバーの上面には、カメラ21が設置される。カメラ21は、例えば運転者100が車両200の周囲、ミラー、又は計器類(例えば速度メータ等)を確認する場合など、運転者100の視線の移動量がある程度大きい場合でも、運転者100の視線を画像中に捉えるように設置される。カメラ21は、例えばCCD素子又はCMOS素子等からなる撮像素子を有する。カメラ21は、撮像素子の撮像により、運転者100の顔面101を含む画像(以下、撮像画像という)を得る。撮像画像は、例えばデジタル画像である。なお、カメラ21の種類や配置等は任意である。
インストルメントパネル203内には、警報器22が設置される。ただしこれに限定されず、警報器22の配置は任意である。警報器22は、運転者100の眠気を検出した場合に、例えば音又は音声(メッセージ)により警報を発し、運転者100に知らせる。
眠気検出装置10は、例えばインストルメントパネル203内に配置される。ただしこれに限定されず、眠気検出装置10の配置は任意である。例えばインストルメントパネル203上、又は車両200のボディ内に、眠気検出装置10が配置されていてもよい。
眠気検出装置10は、図2に示すように、画像処理部11と、第1判断部12と、第2判断部13と、眠気検出部14と、を有する。これらは、例えばマイクロコンピュータ、すなわちCPU、ROM、及びRAM等から構成される。ここで、ROMは、各種処理を実行するためのプログラムやデータを記憶する。RAMは、データを一時的に記憶する。また、CPUは、ROMやRAM等からプログラムやデータを読み出して、プログラムの実行やデータ処理等を行う。本実施形態では、撮像画像の画像処理に必要なテンプレートをROMに記憶しておく。このテンプレートには、顔面抽出用テンプレート及び目抽出用テンプレートが含まれる。顔面抽出用テンプレートは、例えば人の目、鼻、口等を模擬し、撮像画像から運転者100の顔面101を抽出するために用いられる。一方、目抽出用テンプレートは、例えば人の目を模擬し、撮像画像から運転者100の目を抽出するために用いられる。
画像処理部11は、カメラ21で撮像した画像を取得し、その撮像画像について所定の画像処理を実行する。画像処理の種類は1種類に限られず、例えば眠気検出部14の指令に応じて画像処理の内容を変更してもよい。
第1判断部12は、撮像画像に基づいて運転者100の目が眠り目か否かを判断する。眠り目は、運転者100が眠たいときの目であり、任意に設定することができる。本実施形態では、所定時間以上、半眼状態又は閉眼状態(長い瞬きも含む)にある目を、眠り目とする。ここで、「長い瞬き」とは、閉眼状態が長い瞬きのことであり、例えば、眠気が生じたときの瞬き時間「500〜800ミリ秒程度」を含む、閉眼状態が長い瞬きである。
第2判断部13は、撮像画像に基づいて、運転者100のまぶたの動きが生じた直後に顔向き角度の変化が生じたか否かを判断する。第2判断部13により顔向き角度の変化が生じたと判断された場合、第1判断部12は、そのまぶたの動きについては眠り目であると判断しない。
眠気検出部14は、運転者100の眠気レベルを推定し、その推定した眠気レベルが大きい場合には、警報器22へ警告すべき旨の指令(警告信号)を出力する。眠気検出部14は、第1判断部12及び第2判断部13の判断結果に基づいて運転者100の眠気を検出する。
カメラ21は、例えば画像処理部11からの指令(撮像信号)に応じて運転者100の顔面101を撮像し、その撮像により得た画像(撮像画像)を画像処理部11に出力する。ただしこれに限定されず、カメラ21は常に撮像を実行しカメラ21内の記憶装置に撮像画像を蓄積するようにしてもよい。この場合は、例えば画像処理部11が、必要に応じてその蓄積された撮像画像を取得する。
次に、眠気検出装置10の動作について説明する。眠気検出装置10は、例えば図3に示すような処理を実行する。具体的には、ROM内のプログラムをCPUが実行する。この処理は、例えば車両200のエンジンが始動した時に開始される。
眠気検出装置10は、まず、ステップS11で、運転者100のまぶたの動き及び顔向き角度を検出する。すなわち、画像処理部11が、カメラ21に撮像信号を出力し、カメラ21が顔面101を撮像する。その後、画像処理部11は、カメラ21から撮像画像を取得し、顔面抽出用テンプレートを用いて、その撮像画像から顔面領域の画像データ(以下、顔画像という)を抽出する。画像処理部11は、顔画像について所定の画像処理(所定の演算)をすることにより、運転者100のまぶたの動き及び運転者100の顔向き角度を検出する。
運転者100の目102は、図4に示すように、眼球102a及びまぶた102b等から構成される。まぶた102bは、上下に動くことで、目102を開閉できる。また、運転者100の頭103は、例えば図5に示すように上下に、又は例えば図6に示すように左右に、回転することができる。頭103が回転することで、顔面101(図1)も回転し、運転者100の顔向き角度が変化する。
ステップS12では、第2判断部13が、ステップS11の結果に基づき、運転者100のまぶた102bが動いた直後(所定時間経過後)、すなわち開眼状態から半眼状態又は閉眼状態になった直後に、運転者100の顔向き角度が変化したか否かを判断する。ここで、画像処理部11は、例えばまぶた102bが全開状態から所定の量(以下、第1判定値という)以上閉じた時に、まぶた102bが動いたと判断する。なお、第1判定値は任意である。一方、顔向き角度については、例えば所定の検出タイミングにおいて、所定の基準角度から又は直前の角度から、所定の量(以下、第2判定値という)以上顔面101(又は頭103)が回転していたら、顔向き角度が変化したと判断する。なお、検出タイミングは、例えばまぶた102bの動きをトリガにして、任意に設定することができる。また、第2判定値は任意である。
ステップS12において、運転者100のまぶた102bの動きが生じた直後に顔向き角度の変化が生じたと判断された場合(ステップS12:YES)には、運転者100の目が眠り目ではない(下方視等である)と判断し、ステップS11に戻る。また、それ以外の場合(ステップS12:NO)、すなわち顔向き角度の変化が生じないと判断された場合には、続くステップS13に進む。なお、ここでいう「直後」とは同時も含む。
ステップS13では、第1判断部12が、例えばタイマーにより、運転者100の目が継続して半眼状態又は閉眼状態にある時間、すなわち継続時間T11を測定する。続けて、第1判断部12は、ステップS14で、継続時間T11が所定の閾値T10よりも大きい(T10<T11)か否かを判断する。閾値T10は、例えば2秒である。そして、継続時間T11が閾値T10よりも大きいと判断された場合(ステップS14:YES)には、所定時間以上半眼状態又は閉眼状態にあることから運転者100の目が眠り目であると判断し、続くステップS15に進む。それ以外の場合(ステップS14:NO)には、運転者100の目が眠り目ではない(通常の瞬き等)と判断し、ステップS11に戻る。
ステップS15では、眠気検出部14が、運転者100の眠気が検出されたと判断し、警報器22を鳴らす。
本実施形態の眠気検出装置10は、まぶた102bの動きが生じた直後に顔向き角度の変化が生じた場合、そのまぶた102bの動きについては眠り目であると判断しない。これにより、下方視を覚醒度低下(眠気)と誤検出する可能性が減る。その結果、眠気検出の精度が向上する。
(実施形態2)
本発明の実施形態2について、上記実施形態1との相違点を中心に説明する。既に説明した共通の部分、すなわち説明が重複する部分については、便宜上、その説明を割愛することとする。
本実施形態では、第2判断部13が、撮像画像に基づいて、運転者100のまぶた102bの動きが生じた時に視線の移動も生じたか否かを判断する。第2判断部13により視線の移動を伴うと判断された場合、第1判断部12は、そのまぶた102bの動きについては眠り目であると判断しない。
眠気検出装置10は、例えば図7に示すような処理を実行する。具体的には、ROM内のプログラムをCPUが実行する。この処理は、例えば車両200のエンジンが始動した時に開始される。
眠気検出装置10は、まず、ステップS21で、運転者100のまぶた102bの動き及び視線の移動を検出する。すなわち、画像処理部11が、カメラ21に撮像信号を出力し、カメラ21が顔面101を撮像する。その後、画像処理部11は、カメラ21から撮像画像を取得し、顔面抽出用テンプレートを用いて、その撮像画像から顔面領域の画像データを抽出する。さらに、画像処理部11は、目抽出用テンプレートを用いて、その抽出した顔面領域から運転者100のまぶた102bを含む目の周辺領域の画像データ(以下、目周辺画像という)を抽出する。画像処理部11は、目周辺画像について所定の画像処理(所定の演算)をすることにより、まぶた102bの動き及び視線の移動を検出する。
眼球102aは、図8に示すように、上下左右(斜めも含む)に動くことができる。眼球102aが動くことで、運転者100の視線が移動する。こうした視線の移動は、例えば角膜反射により検出することができる。
ステップS22では、第2判断部13が、ステップS21の結果に基づき、運転者100のまぶた102bが動いたのと同時、すなわち開眼状態から半眼状態又は閉眼状態になった時に、運転者100の視線が移動したか否かを判断する。ここで、画像処理部11は、例えばまぶた102bが全開状態から所定の量(以下、第3判定値という)以上閉じた時に、まぶた102bが動いたと判断する。なお、第3判定値は任意である。一方、視線の移動については、例えばまぶた102bが動いたタイミング(検出タイミング)において、所定の基準位置から又は直前の位置から、所定の量(以下、第4判定値という)以上視線が移動していたら、視線が移動したと判断する。なお、第4判定値は任意である。
ステップS22において、運転者100のまぶた102bの動きが生じた時に、例えば図9Aに示すように眼球102aが下に移動するなどして、視線の移動を伴うと判断された場合(ステップS22:YES)には、運転者100の目が眠り目ではない(下方視等である)と判断し、ステップS21に戻る。また、それ以外の場合(ステップS22:NO)、例えば図9Bに示すように視線の移動を伴わない場合には、続くステップS23に進む。
ステップS23では、第1判断部12が、例えばタイマーにより、運転者100の目が継続して半眼状態又は閉眼状態にある時間、すなわち継続時間T21を測定する。続けて、第1判断部12は、ステップS24で、継続時間T21が所定の閾値T20よりも大きい(T20<T21)か否かを判断する。そして、継続時間T21が閾値T20よりも大きいと判断された場合(ステップS24:YES)には、所定時間以上半眼状態又は閉眼状態にあることから運転者100の目が眠り目であると判断し、続くステップS25に進む。それ以外の場合(ステップS24:NO)には、運転者100の目が眠り目ではない(通常の瞬き等)と判断し、ステップS21に戻る。
ステップS25では、眠気検出部14が、運転者100の眠気が検出されたと判断し、警報器22を鳴らす。
本実施形態の眠気検出装置10は、まぶた102bの動きが生じた時に視線の移動も生じた場合、そのまぶた102bの動きについては眠り目であると判断しない。これにより、下方視を覚醒度低下(眠気)と誤検出する可能性が減る。その結果、眠気検出の精度が向上する。
以上、本発明の実施形態に係る眠気検出装置、眠気検出方法、及びプログラムについて説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば以下のように変形して実施することもできる。
上記各実施形態の処理順序は、各フローチャートに示した順序に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に順序を変更することができる。
上記各実施形態のプログラムは、フレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disk Read-Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)、MO(Magnet-Optical disk)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布可能なものであってもよい。この場合、そのプログラムを所定のコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行することができる。また、上記各実施形態のプログラムは、通信ネットワーク(例えばインターネットやイントラネット等)上に設けられたサーバの記憶装置(ハードディスク等)に格納され、例えば搬送波に重畳されてローカルコンピュータにダウンロードされる、又は随時サーバから読み出されてローカルコンピュータで起動実行されるものであってもよい。なお、機能の一部をOS(Operating System)が担う場合には、OSが担う機能以外の部分のみを配布又は転送するようにしてもよい。
眠気検出装置10の機能を実現する手段は、ソフトウェアに限られず、その一部又は全部を専用のハードウェア(回路等)によって実現するようにしてもよい。
上記各実施形態では、眠気検出装置10を自動車(車両200)に採用した例を示したが、これに限定されない。例えば電車や飛行機等の別の乗り物に本発明を適用してもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、「請求項」に記載されている発明や「発明を実施するための形態」に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれると理解されるべきである。
本発明の眠気検出装置は、自動車等の事故防止に適している。
10 眠気検出装置
11 画像処理部
12 第1判断部(第1判断手段)
13 第2判断部(第2判断手段)
14 眠気検出部(眠気検出手段)
21 カメラ
22 警報器
100 運転者(対象人物)
101 顔面
102 目
102a 眼球
103 頭
200 車両
201 シート
202 ハンドル
203 インストルメントパネル

Claims (9)

  1. 対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別手段と、
    前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で顔向き角度変化が生じたか否かを判別する第2判別手段と、
    前記第1判別手段及び前記第2判別手段の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出手段と、
    を備える、
    ことを特徴とする眠気検出装置。
  2. 前記第1判別手段は、前記第2判別手段により前記対象人物のまぶたに動きが生じた前後で顔向き角度変化が生じたと判別された場合、該まぶたの動きは眠り目ではないと判別する
    ことを特徴とする請求項1に記載の眠気検出装置。
  3. 前記眠り目は、所定時間以上、半眼状態又は閉眼状態にある目である、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の眠気検出装置。
  4. 前記対象人物の眠気を検出した場合に警報を発する、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の眠気検出装置。
  5. 対象人物の目の画像と顔の画像とを含む動画像を撮像する動画像取得処理と、
    第1判別手段が、前記動画像に基づいて、前記対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別処理と、
    第2判別手段が、前記動画像に基づいて、前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で顔向き角度変化が生じたか否かを判別する第2判別処理と、
    眠気検出手段が、前記第1判別処理及び前記第2判別処理の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出処理と、
    を含む、
    ことを特徴とする眠気検出方法。
  6. コンピュータを、
    対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別手段、
    前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で顔向き角度変化が生じたか否かを判別する第2判別手段、
    前記第1判別手段及び前記第2判別手段の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出手段、
    として機能させるためのプログラム。
  7. 対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別手段と、
    前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で視線の移動生じたか否かを判別する第2判別手段と、
    前記第1判別手段及び前記第2判別手段の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出手段と、
    を備える、
    ことを特徴とする眠気検出装置。
  8. 対象人物の目の画像と顔の画像とを含む動画像を撮像する動画像取得処理と、
    第1判別手段が、前記動画像に基づいて、対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別処理と、
    第2判別手段が、前記動画像に基づいて、前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で視線の移動生じたか否かを判別する第2判別処理と、
    眠気検出手段が、前記第1判別処理及び前記第2判別処理の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出処理と、
    を含む、
    ことを特徴とする眠気検出方法。
  9. コンピュータを、
    対象人物の目が眠り目であるか否かを判別する第1判別手段、
    前記対象人物のまぶた動きが生じた前後で視線の移動生じたか否かを判別する第2判別手段、
    前記第1判別手段及び前記第2判別手段の判別結果に基づいて前記対象人物の眠気を検出する眠気検出手段、
    として機能させるためのプログラム。
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