JP6482746B2 - 瞼検出装置、居眠り判定装置、および瞼検出方法 - Google Patents
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Description
また、ドライバモニタリング装置は、顔の彫が深く目元に影ができやすい運転者を撮像した画像から、影領域と非影領域との境界を検出し、この境界を上瞼と誤検出してしまうという課題があった。
上瞼を誤検出した場合、ドライバモニタリング装置は運転者が閉眼中であっても開眼と誤判定し、正しい開眼度を算出できず、居眠り判定処理が正常に動作しない。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る瞼検出装置10の構成例を示すブロック図である。図1に示す瞼検出装置10は、画像取得部11、顔検出部12、顔特徴点検出部13、眼部領域検出部14、上瞼検出部15、および制御部16を備える。また、瞼検出装置10は、撮像部1と接続される。以下では、瞼検出装置10が車両に搭載され、運転者の瞼を検出する場合を例示する。瞼検出装置10は、瞼に濃い化粧を施している運転者、および顔の彫が深く目元に影ができやすい運転者の上瞼を高精度に検出するものである。
顔検出部12は、例えば、Haar−like検出器と、AdaboostおよびCascadeを組み合わせた一般的なアルゴリズムとを用いて作成した識別器である。なお、瞼検出装置10が顔検出部12を備える構成ではなく、撮像部1などの外部装置が顔検出部12を備える構成であってもよい。外部装置が顔検出部12を備える構成である場合、画像取得部11は、外部装置の顔検出部12から撮像画像と顔検出結果とを取得して制御部16へ出力する。
顔特徴点検出部13は、例えば、モデルフィッティングまたはElastic Bunch Graph Matchingと呼ばれる手法など、一般的なアルゴリズムを用いて作成した検出器である。なお、瞼検出装置10が顔特徴点検出部13を備える構成ではなく、撮像部1などの外部装置が顔特徴点検出部13を備える構成であってもよい。外部装置が顔特徴点検出部13を備える構成である場合、画像取得部11は、外部装置の顔特徴点検出部13から撮像画像と顔特徴点検出結果とを取得して制御部16へ出力する。
カメラ100および処理回路101は、バス等により接続され、情報の授受が可能である。
メモリ103は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、FPROM(Erasable Programmable ROM)、またはフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスクまたはフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、CD(Compact Disc)またはDVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスクであってもよい。
カメラ100、プロセッサ102およびメモリ103は、バス等により接続され、情報の授受が可能である。
ステップST12において、顔検出部12は、撮像画像から顔の位置を検出する。
ステップST13において、顔特徴点検出部13は、撮像画像上の顔検出位置から、目尻および目頭の位置を検出する。
ステップST14において、眼部領域検出部14は、目尻および目頭の位置に基づいて、撮像画像から上瞼領域および眼領域を含む眼部領域を検出する。
ステップST15において、上瞼検出部15は、眼部領域の中から上瞼領域と眼領域との境界である上瞼を検出する。
ただし、上述のように外部装置が顔検出部12および顔特徴点検出部13を備える場合、ステップST11〜ST13は不要である。
ステップST151において、上瞼検出部15は、眼部領域を複数の分割領域に分割する。そして、上瞼検出部15は、眼部領域内の全ての画素の輝度値を探索する。
図5は、眼部領域検出部14により検出された眼部領域201の画像例である。この例では、上瞼検出部15は、眼部領域201の一番上かつ一番左の画素を輝度値探索開始位置202とし、輝度値探索開始位置202から水平方向へ、各画素の輝度値を探索する。その後、上瞼検出部15は、一列下の一番左の輝度値探索開始位置203から水平方向へ、各画素の輝度値を検索する。このようにして、上瞼検出部15は、眼部領域201のすべての列のすべての画素について輝度値を探索する。ここでは、輝度値探索開始位置202を含む水平方向一列の画素が1つの分割領域であり、輝度値探索開始位置203を含む水平方向一列の画素が1つの分割領域である。
なお、上瞼検出部15は、眼部領域201を水平方向に分割したが、これに限定されるものではなく、垂直方向または円弧方向などに分割してもよい。例えば眼部領域201が水平方向に沿って分割された場合、1つの分割領域は、眼部領域201の右端の画素から左端の画素までを結ぶ水平方向の領域である。また、例えば眼部領域201が垂直方向に沿って分割された場合、1つの分割領域は、眼部領域201の上端の画素から下端の画素までを結ぶ垂直方向の領域である。また、例えば眼部領域201が上に凸の円弧方向に沿って分割された場合、1つの分割領域は、眼部領域201の右端の画素から左端の画素までを結ぶ円弧方向の領域である。このように、分割領域は、眼部領域201の一端から反対側の一端までを結ぶ領域である。
例えば、瞼検出装置10が自身のキャリブレーション中にHough変換などの一般的なアルゴリズムを用いて撮像画像から黒目を検出し、黒目の画素の輝度値に基づいて第一の閾値および第二の閾値を設定する。第一の閾値は黒目を判定するための値であり、第一の閾値未満の輝度値をもつ画素は黒目である可能性が高い。第二の閾値は白目を判定するための値であり、第二の閾値以上の輝度値をもつ画素は白目である可能性が高い。第一の閾値以上かつ第二の閾値未満の輝度値をもつ画素は、黒目および白目ではなく、化粧または影である可能性が高い。第二の閾値は、第一の閾値より大きい値である。
瞼検出装置10がキャリブレーションを実施するタイミングは問わない。瞼検出装置10は、例えば、車両のエンジンが始動した直後の、運転者が座席に座って顔を特定の方向に向けている数秒間に、キャリブレーションを実施する。このタイミングでキャリブレーションを実施することで、通常状態の運転者の目の情報を取得できる。
配置パターンbは、第一の閾値未満の輝度値をもつ画素と第二の閾値以上の輝度値をもつ画素とが連続して並ぶ配置パターン、第一の閾値未満の輝度値をもつ画素が連続して並ぶ配置パターン、および、第二の閾値以上の輝度値をもつ画素が連続して並ぶ配置パターンである。配置パターンbは、眼部領域201内の眼領域を判定するためのものである。
同様に、図6Aの紙面右側において、3つ連続して並ぶ画素は、輝度値が「46」、「43」、「49」であり、全ての輝度値は第一の閾値以上かつ第二の閾値未満である。そのため、上瞼検出部15は、これら3つの画素を配置パターンaと判定する。
図6Bの紙面中央において、3つ連続して並ぶ画素は、輝度値が「0」、「1」、「3」であり、全ての輝度値は第一の閾値未満である。そのため、上瞼検出部15は、これら3つの画素を配置パターンbと判定する。
図6Bの紙面右側において、3つ連続して並ぶ画素は、輝度値が「254」、「255」、「253」であり、全ての輝度値は第二の閾値以上である。そのため、上瞼検出部15は、これら3つの画素を配置パターンbと判定する。
図7A、図7Bおよび図7Cは、上瞼検出部15による上瞼領域と眼領域との境界検出方法を説明する図である。上瞼検出部15は、各分割領域を、分割領域A,B,Cに分類する。分割領域Aには、図7Aのように配置パターンaのみが存在する。分割領域Bには、図7Bのように配置パターンbのみが存在する。分割領域Cには、図7Cのように配置パターンaと配置パターンbとが混在する。続いて、上瞼検出部15は、分割領域Cにおいて配置パターンaと配置パターンbとの境界204,205を検出する。配置パターンaと配置パターンbとの境界204,205は、上瞼領域と眼領域との境界である。他方、分割領域A,Bには境界がないため、上瞼検出部15は分割領域A,Bの境界検出処理を行わない。
図9は、図5の眼部領域201における上瞼241を示す図である。上瞼検出部15は、図8の分割領域215〜217から検出した境界231〜236をつなげて上瞼241にする。その際、上瞼検出部15は、例えば、境界231〜236の位置と、顔特徴点検出部13が検出した目尻および目頭の位置とを用いたカーブフィッティングにより上瞼241のラインを決定する。ちなみに、上瞼241のラインより上の領域、つまり図8における分割領域Aは、化粧または影である。先に説明した従来技術では二重線で示すライン、つまり化粧または影の上側ラインを上瞼242として誤検出してしまうが、実施の形態1では化粧または影の上側ラインを上瞼として誤検出することはない。
上記実施の形態1では、上瞼検出部15によって検出される上瞼は1つであることが前提であった。しかし、瞼上にアイシャドウが濃淡がはっきりわかるように施されている場合、アイラインが複数施されている場合、または目元に複数の影が入る場合、実施の形態1の方式では上瞼のラインが複数検出される可能性がある。これに対し、実施の形態2では、上瞼検出部15は、複数の上瞼を検出した場合に、複数の上瞼のうち、輝度値の変化度合が最も大きい上瞼を、真の上瞼と決定する。以下では、上瞼の輝度値の変化度合を、エッジ強度と称する。
エッジ強度検出部21は、図2Aに示した処理回路101により実現される。または、エッジ強度検出部21は、図2Bに示したプロセッサ102がメモリ103に格納されているプログラムを実行することにより実現される。
実施の形態3では、瞼検出装置10が上瞼に加えて下瞼も検出する。また、瞼検出装置10が開眼度を算出する。
上下瞼検出部31および開眼度算出部32は、図2Aに示した処理回路101により実現される。または、上下瞼検出部31および開眼度算出部32は、図2Bに示したプロセッサ102がメモリ103に格納されているプログラムを実行することにより実現される。
ちなみに、仮の上瞼と下瞼とが一致している場合、眼部領域内に図7Aで示した分割領域Aのみが存在する。
開眼度算出部32は、上下瞼検出部31による下瞼の検出結果と、上瞼検出部15による上瞼の検出結果とを、制御部16を介して受け取る。開眼度算出部32は、下瞼と上瞼との間の距離を算出し、算出した距離と基準距離とを比較して開眼度を算出する。ステップST34では、開眼度算出部32が1%〜100%の開眼度を算出するものとする。
ちなみに、開眼度が1%〜99%である場合、眼部領域内に図7A、図7Bおよび図7Cで示した分割領域A,B,Cのすべてが存在する。他方、開眼度が100%である場合、眼部領域内に図7Bで示した分割領域Bのみが存在する。
図16Bのように、基準距離Hと、真の上瞼263および下瞼262間の距離とが等しい場合、開眼度算出部32は、開眼度を100%と算出する。なお、開眼度算出部32は、基準距離Hと真の上瞼263および下瞼262間の距離とが等しい場合に開眼度を100%と算出する代わりに、眼部領域260に分割領域Bのみが存在する場合に開眼度を100%と算出してもよい。
図16Cのように、仮の上瞼261と下瞼262とが一致する場合、開眼度算出部32は、開眼度を0%と算出する。なお、開眼度算出部32は、仮の上瞼261と下瞼262とが一致する場合に開眼度を0%と算出する代わりに、眼部領域260に分割領域Aのみが存在する場合に開眼度を0%と算出してもよい。
実施の形態4では、開眼度の算出結果を用いて居眠りを判定する。
居眠り判定部41は、図2Aに示した処理回路101により実現される。または、居眠り判定部41は、図2Bに示したプロセッサ102がメモリ103に格納されているプログラムを実行することにより実現される。
Claims (7)
- 撮像画像から目尻および目頭を顔特徴点として検出する顔特徴点検出部と、
前記顔特徴点に基づいて前記撮像画像から上瞼領域および眼領域を含む眼部領域を検出する眼部領域検出部と、
前記眼部領域を複数の領域に分割した分割領域ごとに、分割領域内に並ぶ画素の輝度値の配置パターンに基づいて上瞼領域と眼領域との境界を検出し、前記分割領域ごとに検出した前記境界をつなげて上瞼とする上瞼検出部とを備え、
前記上瞼検出部は、1つの前記分割領域において、第一の閾値および前記第一の閾値より値が大きい第二の閾値を用いて、前記第一の閾値以上かつ前記第二の閾値未満の輝度値をもつ画素が連続して並ぶ配置パターンを前記上瞼領域とし、前記第一の閾値未満の輝度値をもつ画素と前記第二の閾値以上の輝度値をもつ画素とが連続して並ぶか、前記第一の閾値未満の輝度値をもつ画素が連続して並ぶか、前記第二の閾値以上の輝度値をもつ画素が連続して並ぶ配置パターンを前記眼領域とする瞼検出装置。 - 撮像画像から目尻および目頭を顔特徴点として検出する顔特徴点検出部と、
前記顔特徴点に基づいて前記撮像画像から上瞼領域および眼領域を含む眼部領域を検出する眼部領域検出部と、
前記眼部領域を複数の領域に分割した分割領域ごとに、分割領域内に並ぶ画素の輝度値の配置パターンに基づいて上瞼領域と眼領域との境界を検出し、前記分割領域ごとに検出した前記境界をつなげて上瞼とする上瞼検出部と、
前記顔特徴点に基づいて前記眼部領域から仮の上瞼と下瞼とを検出する上下瞼検出部とを備え、
前記上瞼検出部は、前記上下瞼検出部により検出された前記仮の上瞼と前記下瞼とが一致しない場合、前記上瞼検出部が検出した前記上瞼を真の上瞼に決定する瞼検出装置。 - 前記上瞼検出部により検出された前記真の上瞼、および前記上下瞼検出部により検出された前記下瞼を用いて開眼度を算出する開眼度算出部を備える請求項2記載の瞼検出装置。
- 前記分割領域は、前記眼部領域の一端から反対側の一端までを結ぶ領域であることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の瞼検出装置。
- 前記上瞼検出部により複数の上瞼が検出された場合、前記複数の上瞼それぞれの輝度値の変化度合を検出するエッジ強度検出部を備え、
前記上瞼検出部は、前記複数の上瞼のうち、前記エッジ強度検出部により検出された輝度値の変化度合が最も大きい上瞼を真の上瞼に決定することを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の瞼検出装置。 - 請求項3記載の瞼検出装置と、
前記瞼検出装置により算出された開眼度に基づいて居眠り状態を判定する居眠り判定部とを備える居眠り判定装置。 - 顔特徴点検出部が、撮像画像から目尻および目頭を顔特徴点として検出するステップと、
眼部領域検出部が、前記顔特徴点に基づいて前記撮像画像から上瞼領域および眼領域を含む眼部領域を検出するステップと、
上瞼検出部が、前記眼部領域を複数の領域に分割した分割領域ごとに、分割領域内に並ぶ画素の輝度値の配置パターンに基づいて上瞼領域と眼領域との境界を検出し、前記分割領域ごとに検出した前記境界をつなげて上瞼とするステップと、
前記上瞼検出部が、1つの前記分割領域において、第一の閾値および前記第一の閾値より値が大きい第二の閾値を用いて、前記第一の閾値以上かつ前記第二の閾値未満の輝度値をもつ画素が連続して並ぶ配置パターンを前記上瞼領域とし、前記第一の閾値未満の輝度値をもつ画素と前記第二の閾値以上の輝度値をもつ画素とが連続して並ぶか、前記第一の閾値未満の輝度値をもつ画素が連続して並ぶか、前記第二の閾値以上の輝度値をもつ画素が連続して並ぶ配置パターンを前記眼領域とするステップとを備える瞼検出方法。
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