JP6278106B2 - 状態監視装置,及び光学部材 - Google Patents
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Description
費する電力の増加を可能な限り抑制することを目的とする。
本発明の状態監視装置では、少なくとも一つの発光手段が、自車両の車室内空間において乗員の顔面が位置する領域として予めアイリプス等から設計上規定された規定領域に、少なくとも近赤外波長を含む照明光を照射する。そして、規定領域を含む車室内の領域を撮像領域とし、撮像手段が、撮像領域から入射する光を、複数の画素を有する撮像素子にて結像することで画像を生成する。その撮像手段で生成された画像を画像処理した結果に基づいて、状態監視手段が、自車両の乗員の状態を検知、推定し、その状態に応じてアクチュエーションを実行する。
入射部は、発光手段のそれぞれにて発光された照明光を集光し、出射部は、撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さが強度基準値以上であり、かつ、撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さの分布が予め規定された第一基準範囲内となるように、入射部のそれぞれにて集光した照明光を車室内空間に出射する出射面にて配光する。なお、撮像規定領域とは、撮像手段の撮像素子における受光面の少なくとも一部の領域であって規定領域に対応する撮像素子上の領域であり、強度基準値とは、状態監視手段での画像処理に適した画像となる光の強さとして予め規定されたものである。
本発明の状態監視装置によれば、撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さが強度基準値以上であり、かつ、撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さの分布を第一基準範囲内とすることができる。つまり、本発明の状態監視装置によれば、乗員の状態を安定して監視することが可能な画像を生成でき、しかも、従来の状態監視装置から発光手段の数を増加させることなく実現できる。
または前処理)になっていることが多い。
このような出射部によって実現される配光は、頭部モデルの性質に合致したものとなる。この結果、必要以上に強い照明光を撮像領域全体に対して照射することなく、状態監視手段における画像処理に適した画像を生成することができる。なお、ここで言う水平方向とは、水平面に対して平行である方向を含み、さらには、水平面に対する水平軸から所定の角度範囲内を含む。
光学手段が光学部材によって実現される場合、出射部は、シリンドリカル形状を出射面の少なくとも一部分として有し、かつ自車両の鉛直方向に軸方向に沿った軸が一致するように、接続面に配置されたシリンドリカルレンズを備えていても良い。さらに、出射部は、三角柱状に形成され、複数の面のうちの一つの面を出射面の少なくとも一部分とし、かつ当該複数の面のうちの一つの面が鉛直方向に沿って傾斜する傾斜面となるように接続面に配置された、少なくとも一つのプリズムを備えていても良い。
なお、本発明は、少なくとも一つの発光手段と、撮像手段と、状態監視手段とを有した状態監視装置に用いられる光学部材としてなされていても良い。
〈状態監視装置〉
図1に示すように、状態監視装置1は、自動車AMの安全な走行または乗員の快適な運転環境を実現することを目的として、自車両AMの乗員(本実施形態では、運転者)Hmの頭部を含む画像に基づいて、乗員Hmの状態を監視する、いわゆるドライバモニタリン
グシステムである。
基板21は、電子部品が実装され、配線が形成されたプリント基板であり、基板のほぼ中央部に撮像部7が固定され、撮像部7から適度に離れた位置に、1つ以上の発光部9が固定される。
さらに、シェード31は、近赤外光を含む光を通さない遮光材料で作られており、発光部9にて発光した照明光が表面反射や内部伝搬等により撮像部7に必要以上に強い光として入射することを防止する遮光部15を備えている。
拡散板37,38は、それぞれ、シェード31の開口35,36を覆う形状に形成されたレンズ拡散板である。この拡散板37,38は、それぞれ、開口35,36を通過した照明光を、予め規定された角度範囲(例えば、5度から20度)に拡散させるフィルタである。拡散板37,38には、規定された角度範囲への照明光の拡散を実現することを目的として、例えば、シート状に形成された基板の表面に凹凸を有したマイクロレンズアレイが形成されている。
〈光学部材による配光〉
光学部材11による配光は、撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さが、状態監視ECU40での画像処理に適した画像PIとなる光の強さとして予め規定された強度基準値以上であり、かつ、撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さの分布が予め規定された第一基準範囲内となるようになされる。なお、ここで言う撮像規定領域とは、撮像部7の撮像素子における受光面において、規定領域PAからの光が入射する領域である。規定領域PAに存在する被写体の形状や反射率により撮像規定領域における受光量は異なるため、便宜上、規定領域PAには鉛直でどの角度から見ても一定な反射率を為す平板が存在すると仮定して説明している。また、ここで言う第一基準範囲とは、光の強さの分布が、画像処理に適した最低限度のばらつきであるとみなせる範囲である。
また、図5に示す例では、中心存在領域をはじめとした、照明光の強さが段階的に変化する範囲を、楕円形状にて表した。しかし、図5に示す照明光の強さが段階的に変化する範囲は、一例であって、楕円形状に限るものではない。さらには、図5に示す例では、照明光の強さの変化を段階的に示しているが、実際には、照明光の強さの変化は、連続的に滑らかとなるようになされる。
〈光学部材の構成〉
上述した配光を実現するため、本実施形態における光学部材11は、図6,図7に示すように、発光部9からの照明光が入射される入射部60と、入射部60にて集光した照明
光を規定領域PAに対して配光する出射部75とを備えている。光学部材11は、照明光が通過する平面(以下、接続面と称す)68にて、入射部60と出射部75とが接続され、一体に成型されたレンズである。接続面68には、当該接続面68から突出する板状の部位であり、かつ、部品23に設けられた嵌合孔27の周縁と係合する係合部87が設けられている。
反射部66は、延出面70から接続面68に渡って拡径する円錐台状に形成された部位である。延出面70とは、入射部60内に仮想的に規定した平面であり、凸部62及び導入部64が設けられる反射部66の面である。本実施形態においては、図7(C)に記載した一点鎖線での断面が延出面70に該当する。
導入部64は、凸部62を周方向に沿って囲む環状に形成された部位であり、反射部66の延出面70から突出するように設けられている。この当該導入部64の頂点は、凸部62の頂点よりも高くなるように設けられている。
導入部64の外周面は、延出面70において、反射部66の外周と一致するように設けられていると共に、導入部64の頂点から延出面70に渡って拡径するように設けられている。
その集光外周面74は、接続面68から導入部64の頂点に渡って連続して変化する曲面に形成されている。そして、集光外周面74の曲面は、導入部64の内周面(本発明の透過面に相当)72から入射した照明光を接続面68へと全反射するような臨界角を備えた曲率を有している。
し、当該内周面で屈折した光線が反射部66にて、効率よく出射面へと光線を導く形状に形成されていても良い。
次に、出射部75は、入射部60のそれぞれにて集光した照明光を出射面から出射して配光する部位である。本実施形態における出射部75は、シリンドリカル部77と、プリズム部79,83とを備えている。
ただし、シリンドリカル面89は、非球面に限らず、球面であっても良い。また、シリンドリカル面89の曲率は、シリンドリカル面89を通過する照射光が屈折して規定領域PAへと照射されるように、撮像システム5の設置位置と中心存在領域との位置関係に応じて適宜決定すれば良い。
このように、シリンドリカル面89、及び凸部62の側面を、上記(1),(2)式に基づいて決定する場合、それぞれの曲率や非球面係数C2nは、照射面のアスペクト比に基づいて決定すれば良い。具体的には、シリンドリカル面89であれば、照射面のアスペクト比が大きければ、曲率を小さく設定する。これにより、水平(左右)方向に陰影を与えることができる。
ほど接続面68からの高さが低くなるように設けられている。
さらに、傾斜面81,85は、それぞれ、自車両の水平方向に沿った傾斜を有している。この水平方向に沿った傾斜は、シリンドリカル部77から離れるほど、接続面68からの高さが低くなり、シリンドリカル部77に近づくほど、接続面68からの高さが高くなるように形成されている。
しているため、撮像部7が生成する画像PIには、通常、自車両AMの乗員Hmの頭部(顔面)が含まれる。
〈状態監視ECU〉
図2に示すように状態監視ECU40は、ROM41と、RAM42と、CPU43とを少なくとも備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成されている。
振動部52は、自車両AMのシート(本実施形態では、運転席のシートDSを含む)に内蔵され、状態監視ECU40からの制御信号CSに従ってシートを振動させるシート振動部や、ステアリングホイールSHを制御信号CSに従って振動させるステアリング振動部(図示せず)を含む。空調制御装置53は、自車両AMに搭載された空調装置を制御する。
いて、乗員Hmの頭部の位置を特定する周知の処理が一般的になされている。この顔位置特定処理では、例えば、画像PIに写り込んだ乗員のHmの顔面における左右の端部を検出し、その検出した左右の端部によって挟まれる領域に存在し、顔を構成する各部(ここでは、目や口、鼻など)を検出することがなされる。そして、各部の位置関係を特定すると共に、画像PI上における乗員Hmの顔面中心を検出し、乗員Hmの頭部の位置を特定することがなされる。
[実施形態の効果]
本実施形態の状態監視装置1では、発光部9からの距離が遠い構成ポイントほど、当該構成ポイントに到達する照明光の強さが強くなるように、光学部材11の出射面を構成している。
これらシリンドリカル面89での屈折、及び傾斜面81,85を透過する照明光の屈折により、中心存在領域に近いほど照明光の強さが強く、中心存在領域から水平方向に沿って離れるほど照明光の強さが弱くなる照明光の配光特定を実現できる。
このような配光特性のもとで生成された画像PIは、濃淡がより顕著になるが、他の軸方向に照明分布を作るよりも検知性能の低下を抑制することができる。よって、画像PIは、顔位置特定処理に用いられる頭部モデルの性質に合致したものとすることができる。
これに対し、状態監視装置1によれば、乗員Hmの状態を安定して監視可能な画像PIを生成できる。
これに対し、状態監視装置1では、発光部9それぞれと光学部材13との間に拡散板を設けている。このため、状態監視装置1によれば、乗員Hmが違和感を覚える可能性を低減できる。
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
また、上記実施形態では、一つの発光部9を構成する発光器の数を一つとしていたが、一つの発光部9を構成する発光器の数は、一つに限るものではない。例えば、一つの発光部9を複数の発光器にて構成しても良い。この場合、複数の発光器(LED)を近接して配置し、一つの発光器として機能させることが好ましい。
光学部材11の傾斜面81,85は、自車両AMの天板から離れるほど、接続面68から傾斜面81,85までの高さが高くなり、自車両AMの天板に近づくほど、接続面68から傾斜面81,85までの高さが低くなるように、鉛直方向に沿った傾きを有するように形成される。
Claims (10)
- 車両に搭載され、
自車両の車室内空間において乗員の顔面が位置する領域として規定された規定領域に、少なくとも近赤外波長を含む波長の光である照明光が照射されるように発光する少なくとも一つの発光手段(9)と、
前記規定領域から入射する光を、複数の画素を有した撮像素子にて受光することで画像を生成する撮像手段(7)と、
前記撮像手段で生成された画像を画像処理した結果に基づいて、自車両の乗員の状態を監視する状態監視手段(40)と、
前記発光手段のそれぞれにて発光された照明光を集光する入射部(60)と、前記撮像手段の撮像素子における受光面の少なくとも一部の領域であって前記規定領域に対応する領域である撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さが、前記状態監視手段での画像処理に適した画像となる光の強さとして予め規定された強度基準値以上であり、かつ、前記撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さの分布が予め規定された第一基準範囲内となるように、前記入射部のそれぞれにて集光した照明光を前記車室内空間に出射する出射面にて配光する出射部(75)とを有した光学手段(11)と、を備え、
前記光学手段は、
前記入射部に形成された平面である接続面に、前記出射部が接続された光学部材であり、
前記出射部は、前記出射面の少なくとも一部分として、シリンドリカルレンズ(77)を備え、
前記シリンドリカルレンズは、そのシリンドリカル面(89)の軸方向と前記自車両の鉛直方向とが一致し、かつ、前記シリンドリカル面により屈折した光が前記車両の水平方向に沿って離れるほど前記照明光の強さが弱くなるように前記接続面に設置される
ことを特徴とする状態監視装置。 - 前記出射部は、
前記規定領域において前記乗員の顔面が存在する可能性が高い平面を構成する複数の微小領域の各々である構成ポイントのうち、前記発光手段からの距離が遠い構成ポイントほど、当該構成ポイントに到達する前記照明光の強さが強くなるように配光する
ことを特徴とする請求項1に記載の状態監視装置。 - 前記乗員の顔面における中心軸が位置する可能性が高い前記規定領域での領域を中心存在領域とし、
前記出射部は、
前記中心存在領域に対しては鉛直方向に沿った前記照明光の強さの分布が、均一であるものとみなせる範囲として予め規定された第二基準範囲内となるように配光する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の状態監視装置。 - 前記出射部は、
前記中心存在領域に近いほど前記照明光の強さが強く、前記中心存在領域から水平方向に沿って離れた領域ほど前記照明光の強さが弱くなるように配光を制御する
ことを特徴とする請求項3に記載の状態監視装置。 - 前記出射部は、
三角柱状に形成され、複数の面のうちの一つの面を前記出射面の少なくとも一部分とし、かつ当該複数の面のうちの一つの面が鉛直方向に沿って傾斜する傾斜面となるように前記接続面に配置された、少なくとも一つのプリズム(79,83)
を備えることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の状態監視装置。 - 前記傾斜面は、
前記出射部の中心に向かうほど前記接続面からの高さが高くなるように、水平方向に沿って傾斜している
ことを特徴とする請求項5に記載の状態監視装置。 - 前記入射部は、
錐体状に形成され、かつ前記発光手段からの照明光の一部が透過し、その透過した照明光の一部を前記出射部へと導く凸部(62)と、
前記凸部を周方向に沿って囲むように環状に形成され、かつ前記発光手段からの照明光の一部が透過する面である透過面を有した導入部(64)と、
前記凸部及び前記導入部が延出される面から前記接続面に掛けて拡径する柱体状に形成され、かつ前記導入部の透過面を透過した前記照明光の少なくとも一部を、前記出射部へと導くように反射する側面を有した反射部(66)と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の状態監視装置。 - 前記反射部の側面は、
前記導入部の透過面を透過した前記照明光を全反射する曲面に形成されている
ことを特徴とする請求項7に記載の状態監視装置。 - 前記発光手段から前記規定領域までの前記照明光の経路上に配置され、かつ前記照明光を透過するフィルタを有したフィルタ手段(30)と、
前記光学手段と前記フィルタ手段との間に配置され、前記光学手段を通過した照明光を拡散させる拡散手段(37,38)と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の状態監視装置。 - 車両に搭載され、自車両の車室内空間において乗員の顔面が位置する領域として規定された規定領域に、少なくとも近赤外波長を含む波長の光である照明光が照射されるように発光する少なくとも一つの発光手段(9)と、少なくとも前記規定領域から入射する光を撮像素子にて受光することで複数の画素を有した画像を生成する撮像手段(7)と、前記撮像手段で生成された画像を画像処理した結果に基づいて、自車両の乗員の状態を監視する状態監視手段(40)とを有した状態監視装置に用いられる光学部材であって、
前記発光手段のそれぞれにて発光された照明光を集光する入射部(60)と、
前記撮像手段の撮像素子における受光面の少なくとも一部の領域であって前記規定領域に対応する領域である撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さが、前記状態監視手段での画像処理に適した画像となる光の強さとして予め規定された強度基準値以上であり、かつ、前記撮像規定領域を構成する各画素に入射する光の強さの分布が予め規定された第一基準範囲内となるように、前記入射部のそれぞれにて集光した照明光を前記車室内空間に出射する出射面にて配光する出射部(75)と
を備え
前記光学部材は、前記入射部に形成された平面である接続面に、前記出射部が接続され、
前記出射部は、
シリンドリカル面(89)を前記出射面の少なくとも一部分として、かつ前記自車両の鉛直方向に軸方向に沿った軸が一致するように、かつ、前記シリンドリカル面により屈折した光が前記車両の水平方向に沿って離れるほど前記照明光の強さが弱くなるように前記接続面に配置されたシリンドリカルレンズ(77)を備えることを特徴とする光学部材。
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