JP6338445B2 - Blink detection system and method - Google Patents

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Description

本発明は、ドップラーセンサを用いた瞬き検出システムと方法に関する。   The present invention relates to a blink detection system and method using a Doppler sensor.

近年、運転中の居眠りや意識レベルの低下に起因する交通事故を未然に防ぐため、運転中のドライバの疲労度や眠気の度合いを検知する技術が注目されている。運転者の運転状況、たとえば車両の動きの変化をみることで意識レベル低下を検出する方法も考えられるが、意識レベルの低下が運転状況に現れるよりも前に検出できることが望ましい。たとえば、疲労度や眠気度といった身体状態を表わす生体情報を取得することで、意識低下の程度を推定することができる。生体情報として、心拍、脳波、瞬きなどが挙げられる。特に瞬きの計測は、他の方法に比べて意識の低下をより端的に反映することが知られている。瞬き情報の取得は、情報機器の画面操作など、作業集中時の瞬き回数の減少に伴うドライアイを予防するためにも有用である。   In recent years, in order to prevent traffic accidents caused by falling asleep during driving or lowering of consciousness level, a technique for detecting the degree of fatigue and drowsiness of a driver while driving has attracted attention. Although a method for detecting a decrease in the consciousness level by looking at the driving situation of the driver, for example, a change in the movement of the vehicle, is conceivable, it is desirable that the decrease in the consciousness level can be detected before it appears in the driving situation. For example, the degree of consciousness reduction can be estimated by acquiring biological information representing a physical state such as fatigue level or sleepiness level. Examples of biological information include heartbeat, brain waves, blinks, and the like. In particular, blink measurement is known to more directly reflect a decrease in consciousness than other methods. Acquisition of blink information is also useful for preventing dry eyes associated with a decrease in the number of blinks during work concentration, such as screen operations on information devices.

瞬きの検出を目的とした多くの研究は接触型の装置やカメラを用いた技術であり、装着に伴う圧迫感や、カメラによる監視感などの不快感をともなう。カメラを用いずに非接触で瞬きを検出する手法として、ドップラーセンサを用いた運転者の瞬き検出が提案されている(たとえば、非特許文献1参照)。この方法では、瞬きが検出されるときのドップラーセンサの出力波形が3つの半正弦波で構成されるように回路設計が行われ、センサの出力波形から3つの連続するピークを抽出して瞬きを検出している。この文献は運転者を対象とし、他の体動がない状態で瞬きだけが生じている期間に瞬き検出を行っている。   Many researches aimed at detecting blinks are technologies that use contact-type devices and cameras, and are accompanied by discomfort such as the feeling of pressure that comes with wearing and the feeling of surveillance by the camera. As a technique for detecting blinks in a non-contact manner without using a camera, driver blink detection using a Doppler sensor has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In this method, the circuit design is performed so that the output waveform of the Doppler sensor when blinking is detected is composed of three half sine waves, and three continuous peaks are extracted from the sensor output waveform to blink. Detected. This document targets a driver and performs blink detection during a period in which only blinks occur in the absence of other body movements.

Staszek, K., Wincza, K., Gruszczynski, S., "Driver's Drowsiness Monitoring System Utilizing Microwave Doppler Sensor", 19th International Confeene onMicrowave Radar and Wireless Communications, p623-626, Ma, 2012Staszek, K., Wincza, K., Gruszczynski, S., "Driver's Drowsiness Monitoring System Utilizing Microwave Doppler Sensor", 19th International Confeene on Microwave Radar and Wireless Communications, p623-626, Ma, 2012

ドップラーセンサによる公知の瞬き検出方法で、瞬きに関する波形が3つの半正弦波になるという前提は、ドップラーセンサの回路設計に依存しており、出力波形に含まれる半正弦波の数が多くなると検出精度が低下してしまう。また、瞬きのみが生じている期間で瞬き検出を行っているので、頭を振る、顔の向きを変えるなどの動作と瞬きの区別について考慮されていない。さらに、個人差の影響についても考慮されていない。   In the known blink detection method using the Doppler sensor, the premise that the waveform relating to blinking becomes three half sine waves depends on the circuit design of the Doppler sensor, and is detected when the number of half sine waves included in the output waveform increases. Accuracy will be reduced. In addition, since blink detection is performed during a period in which only blinking occurs, no distinction is made between the operation of shaking the head, changing the orientation of the face, and the like. Furthermore, the effects of individual differences are not taken into account.

そこで、回路設計に依存せずに信号波形を解析して瞬きを検出することのできる瞬きセンサの提供を課題とする。また、頭を振るなどの大きな体動と瞬きとを区別できる構成、および個人差の影響を低減できる構成を提供する。   Therefore, it is an object to provide a blink sensor that can detect a blink by analyzing a signal waveform without depending on circuit design. Moreover, the structure which can distinguish large body movements, such as shaking a head, and blink, and the structure which can reduce the influence of an individual difference are provided.

上記課題を解決するために、本発明では、特別な回路設計なしに、ドップラーセンサの出力波形から瞬きと非瞬き(頭部などの身体の動き)の識別を行って、瞬きを検出する。良好な実施例では、個人に合わせた較正処理を行って検出精度を向上する。   In order to solve the above-described problem, in the present invention, blinking is detected by discriminating between blink and non-blink (body movement such as the head) from the output waveform of the Doppler sensor without special circuit design. In a preferred embodiment, a calibration process tailored to the individual is performed to improve detection accuracy.

本発明の一つの態様では、瞬き検出システムを提供する。瞬き検出システムは、
ドップラーセンサと、
前記ドップラーセンサの出力に対して周波数解析を行ってドップラー信号のパワースペクトルを生成する周波数解析部と、
前記パワースペクトルを平滑化し、不連続な複数のピーク波形に分離して特徴量波形を生成する特徴量解析部と、
前記特徴量波形の特徴量に基づいて、前記複数のピーク波形の中から瞬きを表わすピーク波形を識別する瞬き識別部と、
を有する。
In one aspect of the invention, a blink detection system is provided. The blink detection system
A Doppler sensor,
A frequency analysis unit that generates a power spectrum of the Doppler signal by performing frequency analysis on the output of the Doppler sensor;
Smoothing the power spectrum and separating it into a plurality of discontinuous peak waveforms to generate a feature amount waveform; and
Based on the feature amount of the feature amount waveform, a blink identifying unit that identifies a peak waveform representing blink among the plurality of peak waveforms;
Have

本発明の別の態様では、瞬き検出方法を提供する。瞬き検出方法は、
ドップラーセンサで被験者からの反射波を受信してドップラー信号を生成し、
前記ドップラー信号に対して周波数解析を行って前記ドップラー信号のパワースペクトルを生成し、
前記パワースペクトルを平滑化し、不連続な複数のピーク波形に分離して特徴量波形を生成し、
前記特徴量波形の特徴量に基づいて、前記複数のピーク波形の中から瞬きを表わすピーク波形を識別する。
In another aspect of the present invention, a blink detection method is provided. The blink detection method is
The Doppler sensor receives the reflected wave from the subject and generates a Doppler signal.
Frequency analysis is performed on the Doppler signal to generate a power spectrum of the Doppler signal,
Smoothing the power spectrum and separating it into a plurality of discontinuous peak waveforms to generate a feature waveform;
Based on the feature quantity of the feature quantity waveform, a peak waveform representing blinking is identified from the plurality of peak waveforms.

回路設計に依存せずに信号波形を解析して瞬きを検出することができる。また、瞬きと非瞬きとを区別し、個人差の影響を低減することができる。   The blink can be detected by analyzing the signal waveform without depending on the circuit design. Further, it is possible to distinguish between blinks and non-blinks, and to reduce the influence of individual differences.

実施形態の瞬き検出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the blink detection method of an embodiment. ドップラーセンサの出力データの取得例を示す図である。It is a figure which shows the acquisition example of the output data of a Doppler sensor. FFTスペクトログラムに基づくエネルギー成分の加算処理を示す図である。It is a figure which shows the addition process of the energy component based on a FFT spectrogram. 特徴量抽出における波形の平滑化を示す図である。It is a figure which shows the smoothing of the waveform in feature-value extraction. 特徴量抽出における雑音の除去と波形分離を示す図である。It is a figure which shows the noise removal and waveform separation in feature-value extraction. 瞬きのピーク検出を示す図である。It is a figure which shows the peak detection of blink. 個人差の影響を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the influence of an individual difference. 瞬きと非瞬きの識別を説明するための図である。It is a figure for demonstrating identification of blink and non-blink. 検出結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a detection result. 実施形態の瞬き検出システムの概略構成図である。It is a schematic structure figure of the blink detection system of an embodiment. 被験者とセンサの位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of a test subject and a sensor. 実施形態の瞬きセンサの検出結果を示す図である。It is a figure which shows the detection result of the blink sensor of embodiment.

図1は、実施形態の瞬き検出処理のフローチャートである。まず、瞬き検出用のセンサとしてドップラーセンサを用いてドップラー信号を取得する(S11)。ドップラーセンサは、ドップラー効果による送信信号と受信信号の周波数シフトを観測することで、観測対象の動きを検出するものである。実施形態では、送信波として無変調の連続波(CW)を用いる。画像表示端末(VDT:Visual Display Terminal)で作業する被験者の瞼またはその近傍で反射された信号を受信し、受信信号に送信信号の周波数を掛け合わせてドップラー信号(生データ)を取得する。   FIG. 1 is a flowchart of blink detection processing according to the embodiment. First, a Doppler signal is acquired using a Doppler sensor as a blink detection sensor (S11). The Doppler sensor detects a movement of an observation target by observing a frequency shift between a transmission signal and a reception signal due to the Doppler effect. In the embodiment, an unmodulated continuous wave (CW) is used as a transmission wave. A signal reflected at or near the eyelid of a subject working on an image display terminal (VDT: Visual Display Terminal) is received, and a Doppler signal (raw data) is obtained by multiplying the received signal by the frequency of the transmission signal.

図2は取得した生データの一例を示す。送信信号と受信信号の間の周波数シフトを表わすドップラー信号を時間の関数として取得している。説明の便宜のために、実際に瞬きが生じた時間軸上の位置を三角形のマークで示している。図2からわかるように、すべてのピークが瞬きを表わすとは限らない。これは、頭を横に振る、顔の向きを変えるなどの瞬き以外の動作(非瞬き)を含むからである。実施形態では、以下に述べる手法で、瞬きと非瞬きを区別して、簡単かつ正確に瞬きを検出する。   FIG. 2 shows an example of the acquired raw data. A Doppler signal representing the frequency shift between the transmitted signal and the received signal is acquired as a function of time. For convenience of explanation, the position on the time axis where the blink actually occurred is indicated by a triangular mark. As can be seen from FIG. 2, not all peaks represent blinks. This is because it includes operations other than blinking (non-blinking) such as shaking the head and changing the direction of the face. In the embodiment, the method described below is used to distinguish between blinks and non-blinks and detect blinks easily and accurately.

次に、S11で取得したデータに周波数解析を施す。具体的には、取得したドップラーデータにウェーブレット(Wavelet)変換を施して雑音を除去し(S12)、高速フーリエ変換(FFT)を適用する(S13)。FFTで得られたパワースペクトルのエネルギー成分を時刻ビンごとに縦軸方向に加算する(S14)。S12のウェーブレット変換は必須ではないが、瞬きの検出精度を上げるために適用するのが望ましい。S13で取得するFFTスペクトログラムは、大きな体動の解析にも用いることができるが、実施形態では、S14で時刻ビンごとのエネルギー加算を行うことで、後工程で瞬きと非瞬きを識別できるような特徴量解析のための周波数解析データを生成する。   Next, frequency analysis is performed on the data acquired in S11. Specifically, the acquired Doppler data is subjected to wavelet transform to remove noise (S12), and fast Fourier transform (FFT) is applied (S13). The energy component of the power spectrum obtained by FFT is added in the vertical axis direction for each time bin (S14). The wavelet transform of S12 is not essential, but it is desirable to apply it in order to improve blink detection accuracy. The FFT spectrogram acquired in S13 can also be used for analysis of large body movements, but in the embodiment, blinking and non-blink can be identified in a later process by performing energy addition for each time bin in S14. Generate frequency analysis data for feature analysis.

図3(A)はS13で取得したFFTスペクトログラムの一例を、図3(B)はS14の時刻ビンごとのエネルギー加算例を示す。FFTスペクトログラムを時刻ビンごとに縦軸方向に足し合わせたものを「Psum」とする。FFTスペクトログラムはゼロを中心としてプラスマイナスの変動を表わすのに対し、Psumは、エネルギー成分の大きさを時間の関数として表している。   3A shows an example of the FFT spectrogram acquired in S13, and FIG. 3B shows an example of energy addition for each time bin in S14. The sum of the FFT spectrograms in the vertical axis direction for each time bin is defined as “Psum”. The FFT spectrogram represents plus or minus fluctuations centered on zero, whereas Psum represents the magnitude of the energy component as a function of time.

次に、S15で、Psumの情報から特徴量を抽出する。特徴量の抽出工程として、Psumに対する波形の平滑化とピーク波形の分離を行う。図4は、波形の平滑化の一例を示す。図4(A)は図3(B)の一部を取り出したものであり時間の関数としてのPsumを表わしている。図4(B)は、図4(B)の波形に対して平滑化処理を行った後の波形を示す。図4(A)の波形はピーク数が多いが、平滑化によりなだらかな波形が得られる。   Next, in S15, a feature amount is extracted from the information of Psum. As the feature quantity extraction step, the waveform is smoothed and the peak waveform is separated for Psum. FIG. 4 shows an example of waveform smoothing. FIG. 4A is a partial extract of FIG. 3B and represents Psum as a function of time. FIG. 4B shows a waveform after the smoothing process is performed on the waveform of FIG. Although the waveform in FIG. 4A has a large number of peaks, a smooth waveform can be obtained by smoothing.

平滑化は任意の方法で行うことができる。実施形態では、ピーク間最小距離を時刻ビン3つ分に設定してピーク検出し、一次内挿により図4(B)の波形を得る。ピーク間最小距離を時刻ビン3つ分とすることで、あるピークから時刻ビン3つ以内に発生するピークを排除する。これにより、時間区間でのピーク数の差がエラーの原因となることを防止する。ピーク間最小距離を大きく設定しすぎると、時間幅の短い瞬きを検出することができなくなる。ピーク間最小距離を小さく設定しすぎるとピーク数を削減できず、平滑化の効果を得ることができない。時刻ビン3つは、瞬き検出のために経験的に選択された値であり、測定条件や個体差、環境に応じて適宜調整可能である。   Smoothing can be performed by any method. In the embodiment, the peak-to-peak is detected by setting the minimum distance between peaks to three time bins, and the waveform of FIG. 4B is obtained by linear interpolation. By setting the minimum distance between peaks to three time bins, peaks that occur within three time bins from a certain peak are eliminated. This prevents a difference in the number of peaks in the time interval from causing an error. If the minimum distance between peaks is set too large, blinking with a short time width cannot be detected. If the minimum distance between peaks is set too small, the number of peaks cannot be reduced, and a smoothing effect cannot be obtained. The three time bins are values empirically selected for blink detection, and can be appropriately adjusted according to measurement conditions, individual differences, and the environment.

図4(B)で平滑化されたピーク波形に対して雑音除去を行うことで、図5のようにピーク波形を分離することができる。この分離されたピーク波形は特徴量を表わす波形である。図6は、図5で分離された波形ごとのピークの検出を示す。図5のように、平滑化され分離された特徴量の波形では、瞬きひとつに対してピークがひとつとなることが期待される。ひとつの波形の中にピークが複数現れている場合は、瞬きではなく、頭を振る、顔の向きを変えるなどの非瞬きである蓋然性が高い。   By removing noise from the peak waveform smoothed in FIG. 4B, the peak waveform can be separated as shown in FIG. This separated peak waveform is a waveform representing a feature amount. FIG. 6 shows detection of peaks for each waveform separated in FIG. As shown in FIG. 5, in the smoothed and separated feature amount waveform, it is expected that there is one peak for each blink. When a plurality of peaks appear in one waveform, there is a high probability of non-blinks such as shaking the head or changing the direction of the face, not blinking.

S15と平行して、あるいは順不同で、特徴量をより精度良く解析するための較正用のデータを取得する(S16)。較正用のデータは、被験者ごとの瞬きに関する基準データである。基準データを用いることで、瞬き検出における個人差の影響を低減することができる。   In parallel with S15 or in random order, calibration data for analyzing the feature quantity with higher accuracy is acquired (S16). The calibration data is reference data relating to blinking for each subject. By using the reference data, it is possible to reduce the influence of individual differences in blink detection.

図7は、個人差の影響を説明するための図である。図7(A)及び図7(B)に示すように、ドップラーセンサとの位置関係や、個人の特質によって瞬きの特徴量が異なる。図7(A)の被験者Aの方が、図7(B)の被験者よりもPsumの振幅や波形の広がり幅が小さい。そこで、被験者ごとに、VDTでの作業開始前に、基準となる瞬きデータを取得するとともに、身体の揺れ具合に関する情報を取得しておく。基準データには複数回の瞬きの測定結果が含まれるのが望ましく、複数回の瞬き測定の平均を基準データとして用いてもよい。たとえば、作業前に瞬き5回〜10回分のドップラー波形をあらかじめ取得し、図4(A)のPsumから、その被験者の瞬き検出用の閾値を決定してもよい。あるいは、図4(B)の平滑化処理や、図5の波形分離処理まで行ってから瞬き検出用の閾値を設定してもよい。また、図5で取得した分離波形そのものを瞬き識別用の較正データとして用いてもよい。   FIG. 7 is a diagram for explaining the influence of individual differences. As shown in FIG. 7A and FIG. 7B, the feature amount of blinking varies depending on the positional relationship with the Doppler sensor and individual characteristics. The subject A in FIG. 7 (A) has a smaller amplitude of Psum and the width of the waveform than the subject in FIG. 7 (B). Therefore, for each subject, before the start of work in the VDT, blink data serving as a reference is acquired, and information regarding the state of shaking of the body is acquired. The reference data desirably includes a measurement result of a plurality of blinks, and an average of a plurality of blink measurements may be used as the reference data. For example, a Doppler waveform for 5 to 10 blinks may be acquired in advance before work, and the threshold for blink detection of the subject may be determined from Psum in FIG. Alternatively, the threshold for blink detection may be set after performing the smoothing process of FIG. 4B and the waveform separation process of FIG. Further, the separation waveform itself acquired in FIG. 5 may be used as calibration data for blink identification.

最後に、S17で瞬きを検出する。瞬き検出は、S15の特徴量解析結果に基づき、S16で取得した基準データを用いて行う。瞬きの検出は、瞬きと非瞬きとの識別処理を含む。   Finally, blinking is detected in S17. The blink detection is performed using the reference data acquired in S16 based on the feature amount analysis result in S15. The blink detection includes a process of discriminating between blinks and non-blinks.

図8(A)は、閾値による瞬き識別の例を示す。個人によって瞬きのエネルギー加算波形Psumの高さや幅が異なることから、瞬きを検出する際に、被験者ごとにピーク高さとピーク幅の少なくとも一方の閾値を用いて、瞬きと非瞬きを区別する。たとえば、閾値以下の高さ又は幅を有するピーク波形を瞬きとして検出し、閾値を超えるピーク波形を非瞬きとして検出する。この閾値を用いた瞬き識別(較正処理)によって、個人差の影響を低減することができる。   FIG. 8A shows an example of blink identification based on a threshold value. Since the height and width of the blink energy addition waveform Psum vary depending on the individual, when blinking is detected, at least one threshold of peak height and peak width is used for each subject to distinguish between blinking and non-blinking. For example, a peak waveform having a height or width equal to or smaller than a threshold value is detected as a blink, and a peak waveform exceeding the threshold value is detected as a non-blink. The effect of individual differences can be reduced by blink identification (calibration process) using this threshold value.

図8(B)は、波形分類による瞬き識別の例を示す。上述のように、特徴量解析工程(S15)で図5のように波形分離を行った場合、瞬きひとつにつきひとつのピークが検出されることが期待される。したがって、分離された波形の中に2つ以上のピークを含む場合は非瞬きと判断するのが合理的である。波形分類に基づく瞬き識別(較正処理)によって、瞬きと、瞬き以外の体動(非瞬き)とを区別することができる。   FIG. 8B shows an example of blink identification by waveform classification. As described above, when waveform separation is performed as shown in FIG. 5 in the feature amount analysis step (S15), it is expected that one peak is detected for each blink. Therefore, when two or more peaks are included in the separated waveform, it is reasonable to determine that the blink is not blinking. By blink identification (calibration process) based on the waveform classification, it is possible to distinguish between blink and body movement other than blink (non-blink).

図9は、実施形態の瞬き検出法による検出結果を示す図である。図中の白い三角形は実際に瞬きが行われた時点を示す。図中の黒の逆三角形は、実施形態の瞬き検出法により検出された瞬き位置を示す。図中の丸印は、実施形態の瞬き検出法により、非瞬きとして検出されたピークを示す。図9からわかるように、実施形態の瞬き検出方法によると、瞬き以外の体動と区別して、高い精度で瞬きを検出することができる。また、波形分類にさらに図8(A)の閾値較正を組み合わせた場合は、個人差の影響を排除して、瞬き検出の精度をさらに上げることができる。   FIG. 9 is a diagram illustrating a detection result obtained by the blink detection method according to the embodiment. The white triangle in the figure indicates the time when blinking was actually performed. The black inverted triangle in the figure indicates the blink position detected by the blink detection method of the embodiment. Circles in the figure indicate peaks detected as non-blinks by the blink detection method of the embodiment. As can be seen from FIG. 9, according to the blink detection method of the embodiment, it is possible to detect blinks with high accuracy in distinction from body movements other than blinks. Further, when the threshold value calibration of FIG. 8A is further combined with the waveform classification, the influence of individual differences can be eliminated and the accuracy of blink detection can be further increased.

図10は、実施形態の瞬き検出システム10の概略構成図である。瞬き検出システム10は、ドップラーセンサ11と検出処理部15を有する。検出処理部15は、周波数解析部16と、特徴量解析部17と、瞬き識別部18と、記憶部19を含む。周波数解析部16は、ウェーブレット演算機能、FFT演算機能、FFTスペクトログラム解析機能等を有する。特徴量解析部17は、周波数解析部16の出力データに対して平滑化処理および波形分離処理を行う。特徴量解析部17はまた、あらかじめ取得された被験者の基準データから、当該被験者の瞬き識別用の特徴量(ピーク高さ閾値、ピーク幅閾値、波形類型など)を決定して、記憶部19に格納する。瞬き識別部18は、記憶部19に記憶された被験者ごとの波形閾値および/または波形類型に基づいて、特徴量解析部17の出力から瞬きを識別し、識別結果を出力する。   FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the blink detection system 10 of the embodiment. The blink detection system 10 includes a Doppler sensor 11 and a detection processing unit 15. The detection processing unit 15 includes a frequency analysis unit 16, a feature amount analysis unit 17, a blink identification unit 18, and a storage unit 19. The frequency analysis unit 16 has a wavelet calculation function, an FFT calculation function, an FFT spectrogram analysis function, and the like. The feature amount analysis unit 17 performs smoothing processing and waveform separation processing on the output data of the frequency analysis unit 16. The feature amount analysis unit 17 also determines a feature amount (a peak height threshold value, a peak width threshold value, a waveform type, etc.) for blink identification of the subject from the reference data of the subject acquired in advance, and stores it in the storage unit 19. Store. The blink identification unit 18 identifies blinks from the output of the feature amount analysis unit 17 based on the waveform threshold value and / or waveform type for each subject stored in the storage unit 19 and outputs the identification result.

瞬き識別部18の出力は瞬き検出システム10の出力として、作業者や運転者の疲労度や意識レベルの判断に用いることができる。ドップラーセンサ11を作業画面の近傍や車両のハンドルに設置しておき、作業開始前や運転開始前に作業者や運転者の主導で基準データを取得することができる。作業中や運転中にドップラー信号を取得し、特徴量解析と基準データを用いた較正処理により、作業者や運転者に負担をかけずに非接触で疲労度等を測定することができる。瞬き識別部18の識別結果を単位時間当たりの瞬き回数として出力し、瞬き回数が一定値以下になった場合にアラームを発生する構成としてもよい。   The output of the blink identification unit 18 can be used as the output of the blink detection system 10 to determine the fatigue level and the consciousness level of the operator and the driver. The Doppler sensor 11 is installed in the vicinity of the work screen or on the handle of the vehicle, and the reference data can be acquired under the initiative of the worker or driver before the work starts or before the operation starts. By acquiring a Doppler signal during work or driving and performing calibration processing using feature amount analysis and reference data, it is possible to measure the degree of fatigue and the like in a non-contact manner without imposing a burden on the worker or the driver. The identification result of the blink identification unit 18 may be output as the number of blinks per unit time, and an alarm may be generated when the number of blinks falls below a certain value.

図11は、実施形態の瞬き検出方法の特性評価実験の位置関係を示す図である。被験者は、椅子に腰かけて机上のデスクトップ5に向かいVDT作業を行う。被験者の目とデスクトップ5の画面との距離は50cm、机から被験者の目の高さは50cmとする。机上でデスクトップ5よりも15cmだけ被験者に近い位置にドップラーセンサ11を配置し、センサ面を被験者の目の方向に向けて机の表面から55°の角度に傾ける。ドップラーセンサ11の送信周波数は24GHz、サンプリング周波数は8192Hzである。ドップラーセンサ11の出力は、図示しないパーソナルコンピュータの入力に接続される。図10の検出処理部15はパーソナルコンピュータで実現され、周波数変換、特徴量解析、および瞬き識別が行われる。   FIG. 11 is a diagram illustrating a positional relationship of a characteristic evaluation experiment of the blink detection method of the embodiment. The subject sits on a chair and performs VDT work toward the desktop 5 on the desk. The distance between the subject's eyes and the screen of the desktop 5 is 50 cm, and the height of the subject's eyes from the desk is 50 cm. The Doppler sensor 11 is arranged on the desk at a position closer to the subject by 15 cm than the desktop 5, and the sensor surface is inclined toward the subject's eye at an angle of 55 ° from the surface of the desk. The transmission frequency of the Doppler sensor 11 is 24 GHz, and the sampling frequency is 8192 Hz. The output of the Doppler sensor 11 is connected to the input of a personal computer (not shown). The detection processing unit 15 in FIG. 10 is realized by a personal computer, and performs frequency conversion, feature amount analysis, and blink identification.

実験1では、5人の被験者(被験者A、B、C、D、E)がデスクトップ5に向かって1分間のタイピングゲームを行う。実験1の場合、各被験者の頭の動きが少ない状態となる。実験2として、3人の被験者(被験者A、B、C)が自然に瞬きを行いながら、自由に顔の向きを変えながらVDT作業を行う。実験2の場合、各被験者の頭の動きが多い状態となる。   In Experiment 1, five subjects (subjects A, B, C, D, and E) play a typing game for one minute toward the desktop 5. In the case of Experiment 1, the movement of each subject's head is small. As Experiment 2, three subjects (subjects A, B, and C) perform VDT work while changing their face freely while blinking naturally. In the case of Experiment 2, each subject has a large amount of head movement.

実験1と実験2の双方で、実験開始前に被験者ごとに基準データとして5回の瞬きデータを取得し、基準データから各被験者に応じたピーク波形の高さと幅の閾値を設定する。その後、実験を開始し、実施形態の方法で瞬き検出を行うとともに、実験1と2のそれぞれで被験者の実際の瞬きをwebカメラにより確認する。   In both Experiment 1 and Experiment 2, blink data of 5 times is acquired as reference data for each subject before the start of the experiment, and threshold values of the peak waveform height and width corresponding to each subject are set from the reference data. Thereafter, the experiment is started, blink detection is performed by the method of the embodiment, and the actual blink of the subject is confirmed by the web camera in each of Experiments 1 and 2.

実施形態の瞬き検出率を、再現率(Recall)として計算する。再現率は以下の式で表される。   The blink detection rate of the embodiment is calculated as a recall rate (Recall). The recall is expressed by the following formula.

再現率=(正しく検出した瞬き数/実際の瞬き数)×100
図12は、実験結果を示す図である。図12(A)は実験1の瞬き検出結果を、図12(B)は実験2の瞬き検出結果を示す。
Reproducibility = (number of blinks correctly detected / number of actual blinks) × 100
FIG. 12 is a diagram showing experimental results. 12A shows the blink detection result of Experiment 1, and FIG. 12B shows the blink detection result of Experiment 2.

実験1では、各被験者の基準データ(較正データ)を用いて分離波形(図5参照)からピークを検出することで、異なる被験者の間で平均95%の精度で瞬きを検出している。実験2のように頭の動きが多い状況においても8割の瞬き検出精度を実現している。したがって、頭の動きの少ないVDT作業中や運転中は、高い精度で瞬きが検出され、検出結果に基づいて作業者や運転者の疲労度を推定することができる。   In Experiment 1, blinks are detected with an average of 95% accuracy among different subjects by detecting peaks from the separated waveform (see FIG. 5) using the reference data (calibration data) of each subject. Even in a situation where there is a lot of head movement as in Experiment 2, 80% blink detection accuracy is achieved. Therefore, blinking is detected with high accuracy during VDT work or driving with little head movement, and the fatigue level of the worker or driver can be estimated based on the detection result.

10 瞬き検出システム
11 ドップラーセンサ
15 検出処理部
16 周波数解析部
17 特徴量解析部
18 瞬き識別部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Blink detection system 11 Doppler sensor 15 Detection process part 16 Frequency analysis part 17 Feature-value analysis part 18 Blink identification part

Claims (10)

ドップラーセンサと、
前記ドップラーセンサの出力に対して周波数解析を行ってドップラー信号のパワースペクトルを生成する周波数解析部と、
前記パワースペクトルを平滑化し、不連続な複数のピーク波形に分離して特徴量波形を生成する特徴量解析部と、
前記特徴量波形の特徴量に基づいて、前記複数のピーク波形の中から瞬きを表わすピーク波形を識別する瞬き識別部と、
を有することを特徴とする瞬き検出システム。
A Doppler sensor,
A frequency analysis unit that generates a power spectrum of the Doppler signal by performing frequency analysis on the output of the Doppler sensor;
Smoothing the power spectrum and separating it into a plurality of discontinuous peak waveforms to generate a feature amount waveform; and
Based on the feature amount of the feature amount waveform, a blink identifying unit that identifies a peak waveform representing blink among the plurality of peak waveforms;
A blink detection system characterized by comprising:
前記瞬き識別部は、前記不連続なピーク波形の中から、単一のピークを有するピーク波形を瞬きとして識別することを特徴とする請求項1に記載の瞬き検出システム。   The blink detection system according to claim 1, wherein the blink identification unit identifies a peak waveform having a single peak from the discontinuous peak waveforms as a blink. 前記瞬き識別部は、前記不連続なピーク波形の中から、2以上のピークを有するピーク波形を非瞬きとして識別することを特徴とする請求項2に記載の瞬き検出システム。   The blink detection system according to claim 2, wherein the blink identification unit identifies a peak waveform having two or more peaks from the discontinuous peak waveforms as a non-blink. 前記特徴量解析部は、あらかじめ取得された被験者の基準データに基づいて生成された基準特徴量波形から前記瞬きを表わすピーク波形を識別するための閾値を決定し、
前記瞬き識別部は、前記不連続なピーク波形の中から前記閾値以下のピーク波形を前記瞬きを表わすピーク波形として識別する、
ことを特徴とする請求項1に記載の瞬き検出システム。
The feature amount analysis unit determines a threshold value for identifying a peak waveform representing the blink from a reference feature amount waveform generated based on reference data of a subject acquired in advance,
The blink identification unit identifies a peak waveform below the threshold from the discontinuous peak waveform as a peak waveform representing the blink,
The blink detection system according to claim 1.
前記周波数解析部は、前記ドップラー信号に高速フーリエ変換を適用して得られる高速フーリエ変換スペクトルを時刻ビンごとに縦軸方向に加算して加算パワースペクトラムを生成し、
前記特徴量解析部は、前記加算パワースペクトラムを平滑化して前記特徴量波形を生成する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の瞬き検出システム。
The frequency analysis unit generates a summed power spectrum by adding a fast Fourier transform spectrum obtained by applying a fast Fourier transform to the Doppler signal in a vertical axis direction for each time bin,
5. The blink detection system according to claim 1, wherein the feature amount analysis unit generates the feature amount waveform by smoothing the added power spectrum.
ドップラーセンサで被験者からの反射波を受信してドップラー信号を生成し、
前記ドップラー信号に対して周波数解析を行って前記ドップラー信号のパワースペクトルを生成し、
前記パワースペクトルを平滑化し、不連続な複数のピーク波形に分離して特徴量波形を生成し、
前記特徴量波形の特徴量に基づいて、前記複数のピーク波形の中から瞬きを表わすピーク波形を識別する、
ことを特徴とする瞬き検出方法。
The Doppler sensor receives the reflected wave from the subject and generates a Doppler signal.
Frequency analysis is performed on the Doppler signal to generate a power spectrum of the Doppler signal,
Smoothing the power spectrum and separating it into a plurality of discontinuous peak waveforms to generate a feature waveform;
Identifying a peak waveform representing blinking from the plurality of peak waveforms based on the feature amount of the feature amount waveform;
A blink detection method characterized by that.
前記不連続なピーク波形の中から、単一のピークを有するピーク波形を瞬きとして識別することを特徴とする請求項1に記載の瞬き検出方法。   The blink detection method according to claim 1, wherein a peak waveform having a single peak is identified as a blink from among the discontinuous peak waveforms. 前記不連続なピーク波形の中から、2以上のピークを有するピーク波形を非瞬きとして識別することを特徴とする請求項7に記載の瞬き検出方法。   The blink detection method according to claim 7, wherein a peak waveform having two or more peaks is identified as a non-blink from the discontinuous peak waveforms. あらかじめ取得された被験者の基準データから基準特徴量波形を生成し、
前記基準特徴量波形から、前記瞬きを表わすピーク波形を識別するための閾値を決定する、
工程をさらに含み、
前記不連続なピーク波形の中から前記閾値以下のピーク波形を前記瞬きを表わすピーク波形として識別する、
ことを特徴とする請求項6に記載の瞬き検出方法。
Generate a reference feature waveform from the reference data of the subject acquired in advance,
Determining a threshold for identifying a peak waveform representing the blink from the reference feature amount waveform;
Further comprising a step,
Identifying a peak waveform below the threshold from the discontinuous peak waveform as a peak waveform representing the blink,
The blink detection method according to claim 6.
前記ドップラー信号に対して高速フーリエ変換を適用して高速フーリエ変換スペクトルを取得し、
前記高速フーリエ変換スペクトルを時刻ビンごとに縦軸方向に加算して加算パワースペクトラムを生成し、
前記加算パワースペクトラムを平滑化して前記特徴量波形を生成する、
ことを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の瞬き検出方法。
Applying a fast Fourier transform to the Doppler signal to obtain a fast Fourier transform spectrum,
The fast Fourier transform spectrum is added in the vertical axis direction for each time bin to generate an added power spectrum,
Smoothing the added power spectrum to generate the feature amount waveform;
The blink detection method according to any one of claims 6 to 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017148447A (en) * 2016-02-26 2017-08-31 学校法人慶應義塾 Blink detection system and blink detection method
JP6779518B2 (en) * 2016-09-30 2020-11-04 学校法人慶應義塾 Biosignal detection system, biosignal detection method
JP6959793B2 (en) * 2017-08-09 2021-11-05 データソリューションズ株式会社 Blink detection system, blink detection method
JP7370570B2 (en) 2019-09-09 2023-10-30 株式会社トーメーコーポレーション Ophthalmological equipment and computer programs
CN116671900B (en) * 2023-05-17 2024-03-19 安徽理工大学 Blink recognition and control method based on brain wave instrument

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3143819B2 (en) * 1994-05-20 2001-03-07 株式会社豊田中央研究所 Eyelid opening detector
JPH08266488A (en) * 1995-03-30 1996-10-15 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Wink detector
JP2002355238A (en) * 2001-05-30 2002-12-10 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Blink detector
JP2008073335A (en) * 2006-09-22 2008-04-03 Toyota Central R&D Labs Inc Awakening decline detecting device and awakening decline detection program
JP5210773B2 (en) * 2008-09-16 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 Sleepiness determination apparatus and program
JP2010184067A (en) * 2009-02-13 2010-08-26 Toyota Motor Corp Biological state prediction device
JP5270415B2 (en) * 2009-03-19 2013-08-21 トヨタ自動車株式会社 Sleepiness determination apparatus and program
JP5642945B2 (en) * 2009-05-29 2014-12-17 浜松ホトニクス株式会社 Blink measurement device
JP5679066B2 (en) * 2011-09-05 2015-03-04 富山県 Dozing detection method and device

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