JP6750229B2 - Drowsiness detection program, drowsiness detection method, and drowsiness detection device - Google Patents

Drowsiness detection program, drowsiness detection method, and drowsiness detection device Download PDF

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Description

本発明は、眠気検知プログラム、眠気検知方法および眠気検知装置に関する。 The present invention relates to a drowsiness detection program, a drowsiness detection method, and a drowsiness detection device.

交通事故の総数は、年々減ってきているものの、ヒューマンエラーによる事故はそれほど減っていない。ヒューマンエラーによる事故の原因の一つとして、運転中の眠気がある。このため、運転中の覚醒度に基づいてドライバに警告を発し、事故を未然に防ぐ技術が求められる。 Although the total number of traffic accidents has been decreasing year by year, the number of accidents due to human error has not decreased so much. One of the causes of accidents due to human error is drowsiness during driving. For this reason, there is a demand for a technique for issuing a warning to the driver based on the awakening level during driving to prevent an accident.

例えば、覚醒度を判定する従来技術として、ドライバの心拍信号から周波数解析によって算出されるスペクトル密度のLF(Low Frequency)およびHF(High Frequency)の周波数範囲での極大点の変化からドライバの覚醒度を判定する技術がある。かかる従来技術では、覚醒度が低い場合、ドライバが眠い状態であると判定する。 For example, as a conventional technique for determining the arousal level, the driver's arousal level is determined from the change of the maximum points in the frequency range of LF (Low Frequency) and HF (High Frequency) of the spectral density calculated by frequency analysis from the driver's heartbeat signal. There is a technology to judge. In such a conventional technique, when the awakening degree is low, it is determined that the driver is in a sleepy state.

特開2010−63682号公報JP, 2010-63682, A 特開2004−267409号公報JP, 2004-267409, A 特開2004−646号公報JP-A-2004-646 特表2004−511286号公報Japanese Patent Publication No. 2004-511286 特開2014−12042号公報JP, 2014-12042, A 特開2010−131061号公報JP, 2010-131061, A

しかしながら、覚醒度が低い状態には、ドライバが眠い状態以外の状態もある。このため、上述した従来技術では、ドライバが眠い状態を精度良く判別できない場合がある。 However, the state where the awakening degree is low includes states other than the sleepy state of the driver. Therefore, in the above-described conventional technique, the driver may not be able to accurately determine the sleepy state.

1つの側面では、被験者が眠い状態を精度良く推定できる眠気検知プログラム、眠気検知方法および眠気検知装置を提供することを目的とする。 In one aspect, it is an object to provide a drowsiness detection program, a drowsiness detection method, and a drowsiness detection device that enable a subject to accurately estimate a sleepy state.

第1の案では、眠気検知プログラムは、コンピュータに、被験者から順次得られた心拍データについて周波数解析を行う処理を実行させる。眠気検知プログラムは、コンピュータに、周波数解析の結果得られた周波数分布のばらつき度合いに応じて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する処理を実行させる。 In the first proposal, the drowsiness detection program causes a computer to execute a process of performing frequency analysis on heartbeat data sequentially obtained from the subject. The drowsiness detection program causes a computer to execute a process of estimating whether the subject is drowsy or relaxed according to the degree of variation in the frequency distribution obtained as a result of the frequency analysis.

本発明の1実施態様によれば、被験者が眠い状態を精度良く推定できる。 According to one embodiment of the present invention, a subject can accurately estimate a sleepy state.

図1は、本実施例に係る眠気検知装置の構成を示す機能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the drowsiness detection device according to the present embodiment. 図2は、心拍信号データの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of heartbeat signal data. 図3は、心拍間隔変動データの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of heartbeat interval variation data. 図4は、周波数とスペクトル密度との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between frequency and spectral density. 図5は、覚醒度を判定する処理を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the process of determining the arousal level. 図6は、周波数帯域の特徴を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the characteristics of the frequency band. 図7は、周波数分布の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the frequency distribution. 図8Aは、被験者の体調が通常の状態の場合の周波数分布の一例を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing an example of the frequency distribution when the physical condition of the subject is normal. 図8Bは、被験者の体調が悪い状態の場合の周波数分布の一例を示す図である。FIG. 8B is a diagram showing an example of the frequency distribution when the physical condition of the subject is poor. 図9は、眠気検知処理の手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing an example of the procedure of drowsiness detection processing. 図10は、眠気検知プログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a computer that executes a drowsiness detection program.

以下に、本願の開示する眠気検知プログラム、眠気検知方法および眠気検知装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the drowsiness detection program, the drowsiness detection method, and the drowsiness detection device disclosed in the present application will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.

図1は、本実施例に係る眠気検知装置の構成を示す機能ブロック図である。図1に示すように、この眠気検知装置100は、センサ110と、心拍間隔算出部120と、解析部130と、判定部140と、推定部150と、設定部160と、警告部170とを有する。 FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the drowsiness detection device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the drowsiness detection device 100 includes a sensor 110, a heartbeat interval calculation unit 120, an analysis unit 130, a determination unit 140, an estimation unit 150, a setting unit 160, and a warning unit 170. Have.

センサ110は、被験者の心拍信号を検出するセンサである。被験者は、例えば、車両のドライバに対応する。例えば、センサ110は、車両のハンドル等に設置されている。本実施例では一例として、心拍信号を検出する場合について説明するが、センサ110は、被験者の脈拍信号を検出してもよい。心拍信号および脈拍信号は、生体信号の一例である。センサ110は、心拍信号のデータを心拍間隔算出部120に出力する。以下の説明において、心拍信号のデータを心拍信号データと表記する。本実施例では、心拍信号データが心拍データに対応する。 The sensor 110 is a sensor that detects a heartbeat signal of the subject. The test subject corresponds to, for example, a driver of the vehicle. For example, the sensor 110 is installed on the steering wheel of the vehicle or the like. In the present embodiment, as an example, a case of detecting a heartbeat signal will be described, but the sensor 110 may detect a pulse signal of the subject. The heartbeat signal and the pulse signal are examples of biological signals. The sensor 110 outputs the data of the heartbeat signal to the heartbeat interval calculation unit 120. In the following description, heartbeat signal data will be referred to as heartbeat signal data. In this embodiment, the heartbeat signal data corresponds to the heartbeat data.

図2は、心拍信号データの一例を示す図である。図2に示すように心拍信号データは、P、Q、R、S、T、U波と呼ばれる波形を有する。例えば、図2の横軸は時間を示し、縦軸は心拍信号の振幅を示す。 FIG. 2 is a diagram showing an example of heartbeat signal data. As shown in FIG. 2, the heartbeat signal data has waveforms called P, Q, R, S, T, and U waves. For example, the horizontal axis of FIG. 2 represents time and the vertical axis represents the amplitude of the heartbeat signal.

心拍間隔算出部120は、心拍信号データに基づいて心拍信号の振幅ピークを検出し、検出したタイミングの間隔を検出する処理部である。心拍信号の振幅ピークを検出したタイミングの間隔を、心拍間隔と表記する。図2を用いて、心拍間隔算出部120の処理を説明する。図2に示すように、心拍間隔算出部120は、心拍信号の振幅が閾値以上となるポイントR、すなわち振幅ピークを検出し、検出した各ポイントRの間隔を、振幅間隔として検出する。心拍間隔算出部120は、検出した心拍間隔のデータを、解析部130に出力する。以下の説明において、心拍間隔のデータを心拍間隔データと表記する。 The heartbeat interval calculation unit 120 is a processing unit that detects the amplitude peak of the heartbeat signal based on the heartbeat signal data and detects the interval of the detected timing. The interval between the timings at which the amplitude peak of the heartbeat signal is detected is referred to as the heartbeat interval. The processing of the heartbeat interval calculation unit 120 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the heartbeat interval calculation unit 120 detects a point R at which the amplitude of the heartbeat signal is equal to or more than a threshold value, that is, an amplitude peak, and detects an interval between the detected points R as an amplitude interval. The heartbeat interval calculation unit 120 outputs the detected heartbeat interval data to the analysis unit 130. In the following description, heartbeat interval data will be referred to as heartbeat interval data.

解析部130は、心拍間隔データを基にして、周波数解析を行う処理部である。解析部130は、被験者から順次得られ、心拍間隔算出部120により順次検出された心拍間隔データを少なくとも一定期間記憶する。そして、解析部130は、所定時間ごとに、直前の一定期間の間に得られた心拍間隔データの周波数解析を行って心拍間隔に対応するスペクトル密度を算出する。 The analysis unit 130 is a processing unit that performs frequency analysis based on heartbeat interval data. The analysis unit 130 stores the heartbeat interval data sequentially obtained from the subject and sequentially detected by the heartbeat interval calculation unit 120 for at least a certain period. Then, the analysis unit 130 calculates the spectral density corresponding to the heartbeat interval by performing the frequency analysis of the heartbeat interval data obtained during the immediately preceding constant period at predetermined time intervals.

以下において、解析部130が、心拍間隔に対応するスペクトル密度を算出する処理の一例について説明する。解析部130は、心拍間隔データを基にして、時間変化によって変動する心拍間隔のデータを生成する。以下の説明において、時間変化によって変動する心拍間隔のデータを、心拍間隔変動データと表記する。 Hereinafter, an example of the process in which the analysis unit 130 calculates the spectral density corresponding to the heartbeat interval will be described. The analysis unit 130 generates, based on the heartbeat interval data, data of heartbeat intervals that change with time. In the following description, heartbeat interval data that changes with time is referred to as heartbeat interval fluctuation data.

図3は、心拍間隔変動データの一例を示す図である。図3において、縦軸は心拍間隔を示す軸であり、横軸は時間を示す軸である。図3に示すように、心拍間隔は、時間変化に伴って変動している。 FIG. 3 is a diagram showing an example of heartbeat interval variation data. In FIG. 3, the vertical axis is the axis indicating the heartbeat interval, and the horizontal axis is the axis indicating time. As shown in FIG. 3, the heartbeat interval fluctuates with time.

解析部130は、心拍間隔変動データを基にして、周波数解析を行って周波数とスペクトル密度との関係を算出する。図4は、周波数とスペクトル密度との関係を示す図である。図4において、縦軸はスペクトル密度を示す軸であり、横軸は周波数を示す軸である。図4に示す例では、スペクトル密度は、ポイント10a,10b,10c,10dにおいて極大となっている。以下の説明において、スペクトル密度と周波数との関係を示すデータを、スペクトル密度データと表記する。 The analysis unit 130 performs frequency analysis based on the heartbeat interval variation data to calculate the relationship between frequency and spectral density. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between frequency and spectral density. In FIG. 4, the vertical axis is the axis showing the spectral density, and the horizontal axis is the axis showing the frequency. In the example shown in FIG. 4, the spectral density has a maximum at points 10a, 10b, 10c, and 10d. In the following description, data indicating the relationship between the spectral density and the frequency will be referred to as spectral density data.

ここで、解析部130は、スペクトル密度と周波数との関係を算出する場合に、どのような方法を用いてもかまわないが、AR(Autoregressive)モデルを用いてスペクトル密度を算出することができる。ARモデルは、例えば、非特許文献(佐藤俊輔、吉川昭、木竜徹、”生体信号処理の基礎”、コロナ社)などに開示されている。ARモデルは、ある時点の状態を過去の時系列データの線形和で表すモデルであり、フーリエ変換と比較して少ないデータ数でも明瞭な極大点が得られるという特徴がある。なお、解析部130は、フーリエ変換により、スペクトル密度と周波数との関係を算出してもよい。 Here, the analyzing unit 130 may calculate the spectral density by using an AR (Autoregressive) model, although any method may be used when calculating the relationship between the spectral density and the frequency. The AR model is disclosed, for example, in non-patent documents (Shunsuke Sato, Akira Yoshikawa, Tohru Kiryu, "Basics of Biosignal Processing", Corona Publishing Co., Ltd.) and the like. The AR model is a model that represents a state at a certain time point by a linear sum of past time series data, and is characterized in that a clear maximum point can be obtained even with a small number of data points as compared with the Fourier transform. The analysis unit 130 may calculate the relationship between the spectral density and the frequency by Fourier transform.

時系列x(s)のp次のARモデルは、過去の値に対する重みであるAR係数a(m)および誤差項e(s)を用いて、式(1)によって表すことができる。式(1)において、e(s)は理想的にはホワイトノイズである。 The p-th order AR model of the time series x(s) can be expressed by the equation (1) using the AR coefficient a(m) and the error term e(s), which are weights for past values. In equation (1), e(s) is ideally white noise.

Figure 0006750229
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pを同定次数、fをサンプリング周波数、εを同定誤差とし、

Figure 0006750229
をk次のAR係数とすると、スペクトル密度PAR(f)は、式(3)によって表される。解析部130は、式(3)および心拍間隔変動データを基にして、スペクトル密度データを算出する。 Let p be the identification order, f s be the sampling frequency, and ε p be the identification error,
Figure 0006750229
Is a kth-order AR coefficient, the spectral density P AR (f) is expressed by equation (3). The analysis unit 130 calculates the spectral density data based on the equation (3) and the heartbeat interval variation data.

Figure 0006750229
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判定部140は、解析部130による解析結果を基にして、各時刻の被験者の覚醒度を判定する処理部である。例えば、判定部140は、解析部130による周波数解析により得られた心拍間隔に対応するスペクトル密度の極大値と、スペクトル密度の極大値に対応する周波数を基にして、覚醒度を判定する。 The determination unit 140 is a processing unit that determines the awakening degree of the subject at each time based on the analysis result by the analysis unit 130. For example, the determination unit 140 determines the arousal level based on the maximum value of the spectral density corresponding to the heartbeat interval obtained by the frequency analysis by the analysis unit 130 and the frequency corresponding to the maximum value of the spectral density.

以下において、判定部140が、覚醒度を判定する処理の一例について説明する。最初に、判定部140が、スペクトル密度の極大値と、スペクトル密度の極大値に対応する周波数を基にして、覚醒度を判定する処理を説明する。以下の説明において、スペクトル密度の極大値を、極大スペクトル密度と表記する。また、極大スペクトル密度に対応する周波数を極大周波数と表記する。 Hereinafter, an example of the process in which the determination unit 140 determines the awakening degree will be described. First, the process in which the determination unit 140 determines the arousal level based on the maximum value of the spectral density and the frequency corresponding to the maximum value of the spectral density will be described. In the following description, the maximum value of the spectral density will be referred to as the maximum spectral density. Further, the frequency corresponding to the maximum spectral density will be referred to as the maximum frequency.

判定部140は、式(4)の関係を満たす周波数fを極大周波数として算出する。判定部140は、極大周波数を式(3)に代入することによって、極大スペクトル密度を得る。 The determination unit 140 calculates the frequency f that satisfies the relationship of Expression (4) as the maximum frequency. The determination unit 140 obtains the maximum spectral density by substituting the maximum frequency into the equation (3).

Figure 0006750229
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判定部140は、スペクトル密度データを基にして、何れかの極大スペクトル密度を選択する。例えば、判定部140は、図4において、極大スペクトル密度10a〜10dの何れかを選択し、選択した極大スペクトル密度と、その極大スペクトル密度に対応する極大周波数の時間変化に伴う変化に着目する。 The determination unit 140 selects one of the maximum spectral densities based on the spectral density data. For example, the determination unit 140 selects any of the maximum spectral densities 10a to 10d in FIG. 4, and pays attention to the selected maximum spectral density and the change with time of the maximum frequency corresponding to the selected maximum spectral density.

例えば、判定部140は、着目する極大スペクトル密度と、その極大スペクトル密度に対応する極大周波数との関係をグラフにプロットする。極大スペクトル密度および極大周波数により定まるグラフ上の点を特徴点と表記する。判定部140は、グラフ上の特徴点の位置に基づき、被験者の覚醒度を判定する。 For example, the determination unit 140 plots the relationship between the maximum spectral density of interest and the maximum frequency corresponding to the maximum spectral density in a graph. The points on the graph determined by the maximum spectral density and the maximum frequency are referred to as feature points. The determination unit 140 determines the waking degree of the subject based on the positions of the feature points on the graph.

図5は、覚醒度を判定する処理を説明するための図である。図5に示すグラフ20の縦軸は、極大スペクトル密度に対応する軸である。グラフ20では、下側から上側に向かって、極大スペクトル密度が低くなる。グラフ20の横軸は、極大周波数に対応する軸である。グラフ20では、左側から右側に向かって、極大周波数が高くなる。極大周波数が低下し、かつ、極大スペクトルが高くなると、被験者の覚醒度が低くなる。これに対して、極大周波数が高くなり、かつ、極大スペクトルが低くなると、被験者の覚醒度が高くなる。すなわち、特徴点が左下から右上方向に移動すると、被験者の覚醒度が覚醒方向に移動したといえる。 FIG. 5 is a diagram for explaining the process of determining the arousal level. The vertical axis of the graph 20 shown in FIG. 5 is the axis corresponding to the maximum spectral density. In the graph 20, the maximum spectral density decreases from the lower side to the upper side. The horizontal axis of the graph 20 is an axis corresponding to the maximum frequency. In the graph 20, the maximum frequency increases from the left side to the right side. When the maximum frequency decreases and the maximum spectrum increases, the arousal level of the subject decreases. On the other hand, when the maximum frequency is high and the maximum spectrum is low, the arousal level of the subject is high. That is, it can be said that when the feature point moves from the lower left to the upper right, the awakening degree of the subject moves in the awakening direction.

例えば、判定部140は、特徴点の位置が領域20aに含まれる場合に、被験者の覚醒度を「覚醒度1」と判定する。判定部140は、特徴点の位置が領域20bに含まれる場合に、被験者の覚醒度を「覚醒度2」と判定する。判定部140は、特徴点の位置が領域20cに含まれる場合に、被験者の覚醒度を「覚醒度3」と判定する。判定部140は、特徴点の位置が領域20dに含まれる場合に、被験者の覚醒度を「覚醒度4」と判定する。判定部140は、特徴点の位置が領域20eに含まれる場合に、被験者の覚醒度を「覚醒度5」と判定する。 For example, when the position of the feature point is included in the area 20a, the determination unit 140 determines that the subject's arousal level is “arousal level 1”. The determination unit 140 determines that the arousal level of the subject is “arousal level 2” when the position of the feature point is included in the area 20b. When the position of the feature point is included in the area 20c, the determination unit 140 determines that the subject's arousal level is “arousal level 3”. When the position of the feature point is included in the region 20d, the determination unit 140 determines that the subject's arousal level is “awakening level 4”. The determination unit 140 determines that the arousal level of the subject is “arousal level 5” when the position of the feature point is included in the area 20e.

図5に示すグラフでは、一例として、グラフ20の領域を20a〜20eに分割して、被験者の覚醒度を覚醒度1〜覚醒度5の何れかに分類しているが、これに限定されるものではない。例えば、グラフ20の領域を更に分割して、被験者の覚醒度を更に細かく分類しても良い。 In the graph shown in FIG. 5, as an example, the area of the graph 20 is divided into 20a to 20e, and the arousal level of the subject is classified into any of the arousal levels 1 to 5, but the present invention is not limited to this. Not a thing. For example, the area of the graph 20 may be further divided to further finely classify the arousal level of the subject.

判定部140は、覚醒度と所定の閾値TH1とを比較して、覚醒度が閾値TH1未満となるか否かを判定する。判定部140は、覚醒度が閾値TH1未満となる場合には、被験者の覚醒度が低い状態である旨の情報を、推定部150に出力する。 The determination unit 140 compares the awakening degree with a predetermined threshold TH1 and determines whether the awakening degree is less than the threshold TH1. When the arousal level is less than the threshold value TH1, the determination section 140 outputs information indicating that the arousal level of the subject is low to the estimation section 150.

次に、判定部140が、スペクトル密度の周波数範囲毎の特徴量からドライバの覚醒度を判定する処理を説明する。心拍間隔は、呼吸によって変動、つまり自律神経の調整により変動する。変動の要素には、例えば、MWSA(Mayer Wave Sinus Arrhythmia)と呼ばれる心拍血圧性変動と、RSA(Respiratory Sinus Arrhythmia)と呼ばれる呼吸性洞性不整脈とがある。心拍間隔データにおける呼吸変動の周期は、MWSAに対応する0.05〜0.15Hz近辺の低周波数側(LF)の成分と、RSAに対応する0.15〜0.4Hz近辺の高周波数側(HF)成分とを含む。よって、スペクトル密度には、次のような特徴がある。図6は、周波数帯域の特徴を説明するための図である。図6の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。例えば、0.05〜0.15Hzが、LF(Low Frequency)の周波数範囲である。0.15〜0.4Hzが、HF(High Frequency)の周波数範囲である。LFの周波数範囲のスペクトル密度の成分には、交感神経の活動状態が現れやすい。HFの周波数範囲のスペクトル密度の成分には、副交感神経の活動状態が現れやすい。図6の例には、覚醒度の高い状態と、覚醒度の低い状態の周波数ごとのスペクトル密度の分布の波形が示されている。図6に示すように、覚醒度の高い状態は、覚醒度の低い状態と比較して、HFの周波数範囲でスペクトル密度が極大となるピークが高くなる。また、覚醒度の高い状態は、覚醒度の低い状態と比較して、HFの周波数範囲でスペクトル密度が高い。 Next, the process in which the determination unit 140 determines the driver's arousal level from the characteristic amount of each frequency range of the spectral density will be described. The heartbeat interval changes with respiration, that is, with the adjustment of autonomic nerves. Factors of fluctuation include, for example, HRSA called Mayer Wave Sinus Arrhythmia (MWSA) and respiratory sinus arrhythmia called RSA (Respiratory Sinus Arrhythmia). The cycle of the respiratory fluctuation in the heartbeat interval data includes a low frequency component (LF) near 0.05 to 0.15 Hz corresponding to MWSA and a high frequency side (LF) near 0.15 to 0.4 Hz corresponding to RSA ( HF) component. Therefore, the spectral density has the following characteristics. FIG. 6 is a diagram for explaining the characteristics of the frequency band. The horizontal axis of FIG. 6 represents frequency and the vertical axis represents spectral density. For example, 0.05 to 0.15 Hz is the frequency range of LF (Low Frequency). 0.15-0.4 Hz is the frequency range of HF (High Frequency). The sympathetic nerve activity state is likely to appear in the spectral density component of the LF frequency range. The parasympathetic nerve activity state is likely to appear in the spectral density component of the HF frequency range. The example of FIG. 6 shows the waveform of the distribution of the spectral density for each frequency in the high awakening state and the low awakening state. As shown in FIG. 6, the peak with the maximum spectral density in the HF frequency range is higher in the high awakening state than in the low awakening state. In addition, the high awakening state has a higher spectral density in the HF frequency range than the low awakening state.

そこで、判定部140は、LFおよびHFの周波数範囲毎の周波数分布の特徴量からドライバの覚醒度を判定する。この特徴量は、ピークとなる極大点のスペクトル密度であってもよく、周波数範囲のスペクトル密度を積算した値であってもよい。判定部140は、LFおよびHFの周波数範囲毎の特徴量に基づいて、覚醒度を求める。例えば、判定部140は、LFの周波数範囲の特徴量に比べて、HFの周波数範囲の特徴量が大きいほど覚醒度が高いものとして、覚醒度を求める。判定部140は、覚醒度と閾値TH1とを比較して、覚醒度が閾値TH1以上であるか否かを判定する。判定部140は、覚醒度が閾値TH1以上ではない場合には、被験者の覚醒度が低い状態である旨の情報を、推定部150に出力する。例えば、判定部140は、LFの周波数範囲のスペクトル密度を積算したLF成分と、HFの周波数範囲のスペクトル密度を積算したHF成分を算出する。判定部140は、LF成分とHF成分との比が、7対3となる場合に、ドライバが覚醒状態であると判定し、LF成分とHF成分との比が、3対7となる場合に、被験者の覚醒度が低い状態である旨の情報を、推定部150に出力する。 Therefore, the determination unit 140 determines the awakening degree of the driver from the feature amount of the frequency distribution for each frequency range of LF and HF. This feature amount may be the spectral density of the maximum point that is a peak, or may be a value obtained by integrating the spectral density of the frequency range. The determination unit 140 obtains the arousal level based on the feature amount for each frequency range of LF and HF. For example, the determination unit 140 determines that the arousal level is higher as the feature amount in the HF frequency range is larger than the feature amount in the LF frequency range, and determines the arousal level. The determination unit 140 compares the arousal level with the threshold TH1 and determines whether the arousal level is equal to or higher than the threshold TH1. When the arousal level is not equal to or higher than the threshold value TH1, the determination section 140 outputs information indicating that the arousal level of the subject is low to the estimation section 150. For example, the determination unit 140 calculates an LF component that integrates the spectral density in the LF frequency range and an HF component that integrates the spectral density in the HF frequency range. The determination unit 140 determines that the driver is in an awake state when the ratio of the LF component and the HF component is 7:3, and when the ratio of the LF component and the HF component is 3:7. , And outputs information indicating that the awakening degree of the subject is low to the estimation unit 150.

推定部150は、判定部140により被験者の覚醒度が低い状態である旨の情報を受け付けた場合、被験者が覚醒度の低い状態のうち、どのような状態であるかを推定する。 When the estimation unit 150 receives the information indicating that the subject is in a low awakening degree from the determination unit 140, the estimation unit 150 estimates what state the subject is in in a low awakening state.

ここで、覚醒度の低い状態には、ドライバが眠い状態以外の状態もある。例えば、覚醒度の低い状態には、眠い状態と、緊張が解けたリラックス状態がある。眠い状態とは、眠気を感じ、注意力が低下している状態である。リラックス状態とは、眠気を感じておらず、注意力が保たれた状態である。ドライバは、リラックス状態である場合、注意力が保たれており、状況の変化に速やかに反応するため、周波数分布のばらつきが大きくなる。一方、ドライバは、眠い状態の場合、注意力が低下し、状況の変化への反応が低下するため、周波数分布に偏りがあり、周波数分布のばらつきが小さくなる。 Here, the low awakening state may be a state other than the sleepy state of the driver. For example, the low awakening state includes a sleepy state and a relaxed state in which tension is released. The sleepy state is a state in which drowsiness is felt and attention is reduced. The relaxed state is a state in which the person is not drowsiness and is alert. When the driver is in a relaxed state, he/she is kept alert and quickly reacts to changes in the situation, so that the variation in the frequency distribution becomes large. On the other hand, when the driver is in a sleepy state, his alertness decreases and his reaction to changes in the situation decreases, so that the frequency distribution is biased and the variation in the frequency distribution is reduced.

そこで、推定部150は、解析部130により心拍間隔データを周波数解析した結果得られた周波数分布のばらつき度合いに応じて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する。 Therefore, the estimation unit 150 estimates whether the subject is drowsy or relaxed according to the degree of variation in the frequency distribution obtained as a result of frequency analysis of the heartbeat interval data by the analysis unit 130.

以下において、推定部150が、周波数分布のばらつき度合いに応じて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する処理の一例について説明する。最初に、推定部150が、周波数分布のばらつき度合いとして、エントロピーを用いて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する処理を説明する。 Hereinafter, an example of a process in which the estimation unit 150 estimates whether the subject is drowsy or relaxed according to the degree of variation in the frequency distribution will be described. First, a process in which the estimation unit 150 estimates whether the subject is drowsy or relaxed by using entropy as the variation degree of the frequency distribution will be described.

図7は、周波数分布の一例を示す図である。図7の例では、LFの周波数範囲(0.05〜0.15Hz)の周波数分布と、HFの周波数範囲(0.15〜0.4Hz)の周波数分布にパターンを付している。推定部150は、周波数分布を所定の周波数幅ごとに、当該周波数幅のスペクトル密度を積分したスペクトル密度の積分値を求める。周波数幅は、対象とする周波数範囲の周波数分布が概略的に示す積分値を求めることができれば、何れであってもよく、例えば、0.01Hzとする。推定部150は、周波数幅ごとに、全周波数のスペクトル密度の積分値に対する当該周波数幅のスペクトル密度の積分値の割合を求める。この周波数幅ごとのスペクトル密度の積分値の割合は、それぞれの周波数幅での出現確率である。なお、出現確率は、LFおよびHFの周波数範囲のスペクトル密度の積分値に対する周波数幅のスペクトル密度の積分値の割合として求めてもよい。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the frequency distribution. In the example of FIG. 7, patterns are given to the frequency distribution in the LF frequency range (0.05 to 0.15 Hz) and the frequency distribution in the HF frequency range (0.15 to 0.4 Hz). The estimation unit 150 obtains an integral value of the spectral density by integrating the spectral density of the frequency width for each predetermined frequency width of the frequency distribution. The frequency width may be any value as long as an integrated value roughly indicated by the frequency distribution in the target frequency range can be obtained, and is set to, for example, 0.01 Hz. The estimation unit 150 obtains, for each frequency width, the ratio of the integrated value of the spectral density of the frequency width to the integrated value of the spectral density of all frequencies. The ratio of the integral value of the spectral density for each frequency width is the probability of appearance in each frequency width. The appearance probability may be obtained as the ratio of the integral value of the spectral density of the frequency width to the integral value of the spectral density of the LF and HF frequency ranges.

周波数幅iの出現確率をPiは、周波数fに関するスペクトル密度を表したPSD(Power Spectral Density Function、パワースペクトル密度関数)を用いて式(5−1)で表せる。エントロピーHは、式(5−2)によって表される。ここで、Piは確率分布となり、i=1,2,…n、Δf=0.05Hzとなる。Δfは、0.05Hz以外のもう少し小さい値でもよいし、大きな値でもよい。但し、積分の下限は、心拍揺らぎ周波数のLFの下限である0.05Hz、上限は、HFの上限である0.4Hzとすることが望ましい。推定部150は、式(5−1)、(5−2)を用いて、周波数幅iの出現確率PiからエントロピーHを算出する。 The appearance probability Pi of the frequency width i can be represented by Expression (5-1) using a PSD (Power Spectral Density Function) representing the spectral density of the frequency f. Entropy H is represented by equation (5-2). Here, Pi has a probability distribution, i=1, 2,... N, and Δf=0.05 Hz. Δf may have a slightly smaller value other than 0.05 Hz, or may have a large value. However, it is desirable that the lower limit of the integration is 0.05 Hz, which is the lower limit of the LF of the heartbeat fluctuation frequency, and the upper limit is 0.4 Hz, which is the upper limit of the HF. The estimation unit 150 calculates the entropy H from the appearance probability Pi of the frequency width i using the equations (5-1) and (5-2).

Figure 0006750229
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推定部150は、算出したエントロピーHが所定の閾値TH2以上の場合、被験者がリラックス状態であると推定し、エントロピーHが閾値未満の場合、被験者が眠気のある状態と推定する。閾値TH2は、固定値としてもよく、動的に変更されてもよい。例えば、性別や年齢層ごとに標準的な閾値TH2を予め記憶し、閾値TH2は、被験者の性別や年齢層に合わせて設定してもよい。本実施例では、閾値TH2は、初期値が定められており、後述する設定部160により動的に変更される。初期値は、1つの値であってもよく、被験者の性別や年齢層に合わせて設定してもよい。推定部150は、被験者が眠気のある状態と推定した場合、被験者が眠気のある状態と推定した旨の情報を警告部170へ出力する。 The estimation unit 150 estimates that the subject is in a relaxed state when the calculated entropy H is greater than or equal to a predetermined threshold TH2, and estimates that the subject is drowsy when the entropy H is less than the threshold. The threshold value TH2 may be a fixed value or may be dynamically changed. For example, a standard threshold value TH2 may be stored in advance for each sex and age group, and the threshold value TH2 may be set according to the subject's sex and age group. In this embodiment, the threshold value TH2 is set to an initial value and is dynamically changed by the setting unit 160 described later. The initial value may be a single value, or may be set according to the subject's sex or age group. When the estimation unit 150 estimates that the subject is drowsy, the estimation unit 150 outputs information indicating that the subject is estimated to be drowsiness to the warning unit 170.

次に、推定部150が、周波数分布のばらつき度合いとして、分散を用いて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する処理を説明する。 Next, a process in which the estimation unit 150 estimates whether the subject is drowsy or relaxed by using variance as the variation degree of the frequency distribution will be described.

推定部150は、周波数分布の一定区間でのスペクトル密度の分散を求める。一定区間は、全周波数範囲としてもよく、LFおよびHFの周波数範囲(0.05〜0.4Hz)など特定の周波数範囲としてもよい。推定部150は、一定区間でのn個の周波数f、f、・・・、fが与えられた場合、それらの平均値は、式(6)によって表される。また、分散Sは、式(7)によって表される。 The estimation unit 150 obtains the variance of the spectral density in a fixed section of the frequency distribution. The fixed section may be the entire frequency range or a specific frequency range such as the LF and HF frequency ranges (0.05 to 0.4 Hz). When n frequencies f 1 , f 2 ,..., F n in a certain section are given, the estimation unit 150 expresses the average value thereof by the formula (6). Further, the dispersion S 2 is represented by the equation (7).

Figure 0006750229
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推定部150は、算出した分散Sが所定の閾値TH2以上の場合、被験者がリラックス状態であると推定し、分散Sが閾値TH2未満の場合、被験者が眠気のある状態と推定する。閾値TH2は、固定値としてもよく、動的に変更されてもよい。本実施例では、閾値TH2は、初期値が定められており、後述する設定部160により動的に変更される。推定部150は、被験者が眠気のある状態と推定した場合、被験者が眠気のある状態と推定した旨の情報を警告部170へ出力する。 The estimation unit 150 estimates that the subject is in a relaxed state when the calculated variance S 2 is greater than or equal to a predetermined threshold TH2, and estimates that the subject is drowsy when the variance S 2 is less than the threshold TH2. The threshold TH2 may be a fixed value or may be dynamically changed. In this embodiment, the threshold value TH2 is set to an initial value and is dynamically changed by the setting unit 160 described later. When the estimation unit 150 estimates that the subject is drowsy, the estimation unit 150 outputs information indicating that the subject is estimated to be drowsiness to the warning unit 170.

ここで、周波数分布のスペクトル密度は、被験者の体調等によっても変化する。例えば、被験者の体調が悪い状態の場合、通常の状態(体調が健康な状態)の場合と比較して、周波数分布のスペクトル密度は、全体的に低くなる。図8Aは、被験者の体調が通常の状態の場合の周波数分布の一例を示す図である。図8Bは、被験者の体調が悪い状態の場合の周波数分布の一例を示す図である。図8Bは、図8Aに比較して全体的に低くなっている。被験者の体調が悪い状態の場合、周波数分布は、偏りが出来にくい。また、被験者の体調が悪い状態は、注意力が低くなりやすい。 Here, the spectral density of the frequency distribution also changes depending on the physical condition of the subject. For example, in the case where the physical condition of the subject is poor, the spectral density of the frequency distribution is generally lower than in the case where the physical condition is normal (the physical condition is healthy). FIG. 8A is a diagram showing an example of the frequency distribution when the physical condition of the subject is normal. FIG. 8B is a diagram showing an example of the frequency distribution when the physical condition of the subject is poor. FIG. 8B is generally lower than FIG. 8A. When the physical condition of the subject is poor, the frequency distribution is less likely to be biased. Also, when the subject is in a poor physical condition, he or she tends to be less alert.

そこで、推定部150は、周波数分布のスペクトル密度が全体的に低い状態の場合、周波数分布のばらつき度合いに関わらず、被験者が眠気のある状態と推定してもよい。例えば、推定部150は、スペクトル密度の積分値またはピークが所定の閾値TH3以下の場合、周波数分布のばらつき度合いに関わらず、被験者が眠気のある状態と推定する。閾値TH3は、例えば、多数の被験者について体調と周波数分布のスペクトル密度を求めて、体調が悪い状態と見なせる値に設定する。 Therefore, when the spectral density of the frequency distribution is generally low, the estimation unit 150 may estimate that the subject is drowsy regardless of the degree of variation in the frequency distribution. For example, when the integrated value or the peak of the spectral density is equal to or less than the predetermined threshold TH3, the estimation unit 150 estimates that the subject is drowsy regardless of the degree of variation in the frequency distribution. The threshold value TH3 is set to a value at which the physical condition and the spectral density of the frequency distribution are obtained for a large number of subjects and the physical condition is considered to be poor.

設定部160は、リラックス状態と眠い状態の判別に用いる閾値TH2を設定する。一般的に、ドライバは、車両に乗車した時点では、眠気が低く、運転時間が長くなると眠気が発生しやすい。そこで、設定部160は、被験者が車両に乗車した時点から所定期間の周波数分布から閾値TH2を設定する。この所定期間は、被験者が車両に乗車して安定した状態での周波数分布が得られる期間であれば何れであってもよく、例えば、5分とする。例えば、周波数分布のばらつき度合いとして、エントロピーを用いる場合、設定部160は、被験者が車両に乗車した時点から所定期間の周波数分布のエントロピーを算出する。そして、設定部160は、算出したエントロピーよりも小さい値に閾値TH2を設定する。例えば、設定部160は、算出したエントロピーの70%の値に閾値TH2を設定する。同様に、例えば、周波数分布のばらつき度合いとして、分散を用いる場合、設定部160は、被験者が車両に乗車した時点から所定期間の周波数分布の分散Sを算出する。そして、設定部160は、算出した分散Sよりも小さい値に閾値を設定する。例えば、設定部160は、算出した分散Sの70%の値に閾値TH2を設定する。これにより、設定部160は、ドライバに合わせて閾値TH2を設定できるため、ドライバの状態を精度良く識別できる。 The setting unit 160 sets a threshold TH2 used for distinguishing between a relaxed state and a sleepy state. Generally, a driver is low in drowsiness when he/she gets into a vehicle, and tends to be drowsiness when the driving time is long. Therefore, the setting unit 160 sets the threshold value TH2 from the frequency distribution for a predetermined period from the time when the subject gets in the vehicle. This predetermined period may be any period as long as the subject gets in the vehicle and the frequency distribution in a stable state is obtained, and is, for example, 5 minutes. For example, when entropy is used as the variation degree of the frequency distribution, the setting unit 160 calculates the entropy of the frequency distribution for a predetermined period from the time when the subject gets on the vehicle. Then, the setting unit 160 sets the threshold value TH2 to a value smaller than the calculated entropy. For example, the setting unit 160 sets the threshold TH2 to the value of 70% of the calculated entropy. Similarly, for example, when the variance is used as the variation degree of the frequency distribution, the setting unit 160 calculates the variance S 2 of the frequency distribution in a predetermined period from the time when the subject gets in the vehicle. Then, the setting unit 160 sets the threshold value to a value smaller than the calculated variance S 2 . For example, the setting unit 160 sets the threshold value TH2 to 70% of the value of the calculated variance S 2. As a result, the setting unit 160 can set the threshold value TH2 according to the driver, and thus can accurately identify the driver state.

警告部170は、推定部150から推定結果を受け付け、推定結果に応じて警告を行う処理部である。具体的に、警告部170は、被験者が眠気のある状態と推定した旨の情報を受け付けると、被験者に対して警告を行う。警告部170は、音による警告を行ってもよいし、車内に設置されたディスプレイを用いて、映像による警告を行ってもよい。 The warning unit 170 is a processing unit that receives the estimation result from the estimation unit 150 and issues a warning according to the estimation result. Specifically, when the warning unit 170 receives information indicating that the subject is in a drowsiness state, the warning unit 170 warns the subject. The warning unit 170 may give a warning by sound, or may give a warning by video using a display installed in the vehicle.

次に、本実施例に係る眠気検知装置100が眠気を検知する眠気検知処理を実行する流れについて説明する。図9は、眠気検知処理の手順の一例を示すフローチャートである。この眠気検知処理は、所定のタイミング、例えば、車両のエンジンが始動して車両の制御ユニットから処理開始の指示を受け付けたタイミングで実行される。 Next, a flow in which the drowsiness detection device 100 according to the present embodiment executes drowsiness detection processing for detecting drowsiness will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an example of the procedure of drowsiness detection processing. The drowsiness detection process is executed at a predetermined timing, for example, when the vehicle engine is started and a processing start instruction is received from the vehicle control unit.

図9に示すように、眠気検知装置100のセンサ110は、被験者の心拍信号を検出し、心拍信号データを取得する(S10)。心拍間隔算出部120は、心拍信号データに基づいて心拍信号の振幅ピークを検出し、検出したタイミングの間隔を算出する(S11)。 As shown in FIG. 9, the sensor 110 of the drowsiness detection device 100 detects the heartbeat signal of the subject and acquires heartbeat signal data (S10). The heartbeat interval calculation unit 120 detects the amplitude peak of the heartbeat signal based on the heartbeat signal data, and calculates the interval of the detected timing (S11).

解析部130は、直前の一定期間の間に得られた心拍間隔データの周波数解析を行って心拍間隔に対応するスペクトル密度を算出する(S12)。判定部140は、周波数解析により得られた心拍間隔に対応するスペクトル密度の極大値と、スペクトル密度の極大値に対応する周波数を基にして、覚醒度を導出する(S13)。 The analysis unit 130 calculates the spectral density corresponding to the heartbeat interval by performing frequency analysis on the heartbeat interval data obtained during the immediately preceding constant period (S12). The determination unit 140 derives the arousal level based on the maximum value of the spectral density corresponding to the heartbeat interval obtained by the frequency analysis and the frequency corresponding to the maximum value of the spectral density (S13).

判定部140は、導出した覚醒度が閾値TH1以上であるか否かを判定する(S14)。覚醒度が閾値TH1以上である場合(S14肯定)、後述するS21へ移行する。 The determination unit 140 determines whether the derived arousal level is equal to or higher than the threshold TH1 (S14). When the awakening level is equal to or higher than the threshold TH1 (Yes in S14), the process proceeds to S21 described later.

一方、覚醒度が閾値TH1以上ではない場合(S14否定)、推定部150は、周波数分布のスペクトル密度が全体的に低い状態か判定する。例えば、推定部150は、スペクトル密度のピークが閾値TH3以下であるか判定する(S15)。スペクトル密度のピークが閾値TH3以下である場合(S15肯定)、推定部150は、周波数分布のスペクトル密度が全体的に低い状態であるため、被験者が眠気のある状態と推定する(S16)。警告部170は、被験者に対して警告を行い(S17)、後述するS21へ移行する。 On the other hand, when the arousal level is not equal to or higher than the threshold TH1 (No in S14), the estimation unit 150 determines whether the spectral density of the frequency distribution is low overall. For example, the estimation unit 150 determines whether the peak of the spectral density is the threshold TH3 or less (S15). When the peak of the spectral density is less than or equal to the threshold TH3 (Yes in S15), the estimation unit 150 estimates that the subject is drowsy because the spectral density of the frequency distribution is low overall (S16). The warning unit 170 gives a warning to the subject (S17), and shifts to S21 described later.

一方、スペクトル密度のピークが閾値TH3以下ではない場合(S15否定)、推定部150は、スペクトル密度のエントロピーHを算出する(S18)。推定部150は、エントロピーHが閾値TH2以上であるか判定する(S19)。エントロピーHが閾値TH2以上ではない場合(S19否定)、S16へ移行する。これにより、被験者が眠気のある状態と推定され、被験者に対して警告が行われる。 On the other hand, when the peak of the spectral density is not equal to or lower than the threshold TH3 (No in S15), the estimation unit 150 calculates the entropy H of the spectral density (S18). The estimation unit 150 determines whether the entropy H is greater than or equal to the threshold TH2 (S19). If the entropy H is not equal to or greater than the threshold TH2 (No at S19), the process proceeds to S16. As a result, the subject is estimated to be in a drowsiness state, and the subject is warned.

一方、エントロピーHが閾値TH2以上である場合(S19肯定)、推定部150は、被験者がリラックス状態であると推定し(S20)、後述するS21へ移行する。 On the other hand, when the entropy H is equal to or greater than the threshold value TH2 (Yes in S19), the estimation unit 150 estimates that the subject is in the relaxed state (S20), and proceeds to S21 described below.

解析部130は、処理終了が指示されたか否かを判定する(S21)。例えば、車両のエンジンが停止して車両の制御ユニットから処理終了の指示を受け付けた場合、解析部130は、処理終了が指示されたものと判定する。処理終了が指示された場合(S21肯定)、処理を終了する。 The analysis unit 130 determines whether or not the end of processing has been instructed (S21). For example, when the engine of the vehicle is stopped and an instruction to end the process is received from the control unit of the vehicle, the analysis unit 130 determines that the instruction to end the process has been given. When the end of processing is instructed (Yes in S21), the processing ends.

一方、処理終了が指示されていない場合(S21否定)、上述のS10へ移行する。 On the other hand, if the end of processing has not been instructed (No at S21), the process proceeds to S10 described above.

このように、本実施例に係る眠気検知装置100は、被験者から順次得られた心拍データについて周波数解析を行う。眠気検知装置100は、周波数解析の結果得られた周波数分布のばらつき度合いに応じて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する。これにより、眠気検知装置100は、被験者が眠い状態を精度良く推定できる。 As described above, the drowsiness detection device 100 according to the present embodiment performs frequency analysis on heartbeat data sequentially obtained from the subject. The drowsiness detection device 100 estimates whether the subject is drowsy or relaxed according to the degree of variation in the frequency distribution obtained as a result of the frequency analysis. Accordingly, the drowsiness detection device 100 can accurately estimate the sleepy state of the subject.

また、本実施例に係る眠気検知装置100は、周波数分布からエントロピーまたは分散を算出する。眠気検知装置100は、算出したエントロピーまたは分散が所定の閾値(閾値TH2)以上の場合、被験者がリラックス状態であると推定する。眠気検知装置100は、算出したエントロピーまたは分散が閾値(閾値TH2)未満の場合、被験者が眠気のある状態と推定する。これにより、眠気検知装置100は、周波数分布のばらつきが大きいか、小さいかを判別できるため、被験者が眠い状態を精度良く推定できる。 Further, the drowsiness detection device 100 according to the present embodiment calculates entropy or variance from the frequency distribution. The drowsiness detection apparatus 100 estimates that the subject is in a relaxed state when the calculated entropy or variance is equal to or greater than a predetermined threshold (threshold TH2). When the calculated entropy or variance is less than a threshold value (threshold value TH2), the drowsiness detection apparatus 100 estimates that the subject is drowsy. Accordingly, the drowsiness detection device 100 can determine whether the variation in the frequency distribution is large or small, so that the subject can accurately estimate the drowsiness state.

また、本実施例に係る眠気検知装置100は、被験者が車両に乗車した時点から所定期間の周波数分布からエントロピーまたは分散を算出し、算出したエントロピーまたは分散よりも小さい値に閾値(閾値TH2)を設定する。これにより、眠気検知装置100は、ドライバに合わせて閾値TH2を設定でき、ドライバの状態を精度良く識別できる。 In addition, the drowsiness detection device 100 according to the present embodiment calculates entropy or variance from the frequency distribution of a predetermined period from the time when the subject gets in the vehicle, and sets a threshold value (threshold TH2) to a value smaller than the calculated entropy or variance. Set. Thereby, the drowsiness detection device 100 can set the threshold value TH2 according to the driver, and can accurately identify the driver's state.

また、本実施例に係る眠気検知装置100は、心拍データから算出される心拍間隔のスペクトル密度から被験者の覚醒度を判定する。眠気検知装置100は、被験者の覚醒度が所定値(閾値TH1)以下の場合、周波数分布のばらつき度合いに応じて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する。これにより、眠気検知装置100は、覚醒度の低い状態が、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定できる。 Further, the drowsiness detection device 100 according to the present embodiment determines the arousal level of the subject from the spectral density of the heartbeat intervals calculated from the heartbeat data. The drowsiness detection apparatus 100 estimates whether the subject is drowsy or relaxed depending on the degree of variation in the frequency distribution when the waking degree of the subject is equal to or less than a predetermined value (threshold TH1). Accordingly, the drowsiness detection device 100 can estimate whether the state in which the degree of awakening is low is the drowsiness state or the relaxed state of the subject.

また、本実施例に係る眠気検知装置100は、スペクトル密度の積分値またはピークが予め定めた値以下の場合、周波数分布のばらつき度合いに関わらず、被験者が眠気のある状態と推定する。これにより、眠気検知装置100は、被験者の体調が悪い状態では覚醒度の低い状態で警告を行うことで、事故の発生を抑制できる。 In addition, the drowsiness detection device 100 according to the present embodiment estimates that the subject is drowsiness regardless of the degree of variation in the frequency distribution when the integrated value or the peak of the spectral density is equal to or less than a predetermined value. As a result, the drowsiness detection device 100 can suppress the occurrence of an accident by issuing a warning when the awakening degree is low when the physical condition of the subject is poor.

さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、開示の技術は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよい。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。 Although the embodiments of the disclosed device have been described above, the disclosed technique may be implemented in various different forms other than the above-described embodiments. Therefore, other embodiments included in the present invention will be described below.

例えば、上記の実施例では、周波数分布の全体的なばらつき度合いに基づいて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する場合を説明した。しかし、開示の装置はこれに限定されない。推定部150は、周波数分布の特定の周波数範囲でのばらつき度合いに基づいて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定してもよい。例えば、推定部150は、周波数分布から、LFおよびHFの周波数範囲毎にエントロピーまたは分散をそれぞれ算出する。そして、推定部150は、算出したLFおよびHFの周波数範囲のエントロピーまたは分散に基づいて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定してもよい。例えば、推定部150は、LFおよびHFの周波数範囲のエントロピーまたは分散がそれぞれ所定の閾値以上である場合、リラックス状態と推定し、何れか一方または両方が閾値以上とならない場合、眠気のある状態と推定してもよい。また、推定部150は、LFまたはHFの周波数範囲でのばらつき度合いに基づいて、被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定してもよい。 For example, in the above embodiment, the case has been described in which the subject is estimated to be in a drowsy state or a relaxed state based on the overall degree of variation in the frequency distribution. However, the disclosed device is not limited to this. The estimation unit 150 may estimate whether the subject is drowsy or relaxed based on the degree of variation in the frequency distribution in a specific frequency range. For example, the estimation unit 150 calculates entropy or variance for each frequency range of LF and HF from the frequency distribution. Then, the estimation unit 150 may estimate whether the subject is drowsy or relaxed based on the calculated entropy or variance of the frequency ranges of LF and HF. For example, the estimation unit 150 estimates a relaxed state when the entropy or variance of the LF and HF frequency ranges is greater than or equal to a predetermined threshold value, and when one or both of them does not exceed the threshold value, a drowsiness state is determined. It may be estimated. The estimation unit 150 may also estimate whether the subject is drowsy or relaxed based on the degree of variation in the frequency range of LF or HF.

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的状態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、心拍間隔算出部120、解析部130、判定部140、推定部150および設定部160の各処理部が適宜統合されてもよい。また、各処理部が機能によって複数の処理部に分けてもよい。さらに、各処理部にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、CPU及び該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。 Further, each component of each device shown in the drawings is functionally conceptual and does not necessarily have to be physically configured as shown. That is, the specific state of distribution/integration of each device is not limited to that shown in the figure, and all or a part of them may be functionally or physically distributed in arbitrary units according to various loads or usage conditions. It can be integrated and configured. For example, the processing units of the heartbeat interval calculation unit 120, the analysis unit 130, the determination unit 140, the estimation unit 150, and the setting unit 160 may be integrated as appropriate. Further, each processing unit may be divided into a plurality of processing units depending on the function. Further, each processing function performed by each processing unit may be realized in whole or in an arbitrary part by a CPU and a program analyzed and executed by the CPU, or may be realized as hardware by a wired logic. ..

次に、上記の実施例に示した眠気検知装置100と同様の機能を実現する眠気検知プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図10は、眠気検知プログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。 Next, an example of a computer that executes a drowsiness detection program that realizes the same function as the drowsiness detection device 100 described in the above embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a computer that executes a drowsiness detection program.

図10に示すように、コンピュータ200は、各種演算処理を実行するCPU201と、ユーザからのデータの入力を受け付ける入力装置202と、ディスプレイ203を有する。また、コンピュータ200は、記憶媒体からプログラム等を読取る読み取り装置204と、ネットワークを介して他のコンピュータとの間でデータの授受を行うインターフェース装置205とを有する。また、コンピュータ200は、各種情報を一時記憶するRAM206と、ハードディスク装置207を有する。そして、各装置201〜207は、バス208に接続される。 As shown in FIG. 10, the computer 200 includes a CPU 201 that executes various arithmetic processes, an input device 202 that receives data input from a user, and a display 203. The computer 200 also includes a reading device 204 that reads a program or the like from a storage medium, and an interface device 205 that exchanges data with another computer via a network. The computer 200 also has a RAM 206 for temporarily storing various information and a hard disk device 207. Then, each of the devices 201 to 207 is connected to the bus 208.

ハードディスク装置207は、例えば、眠気検知プログラム207aを有する。CPU201は、眠気検知プログラム207aを読み出してRAM206に展開する。眠気検知プログラム207aは、眠気検知プロセス206aとして機能する。眠気検知プロセス206aは、例えば、心拍間隔算出部120、解析部130、判定部140、推定部150および設定部160に対応する。 The hard disk device 207 has, for example, a drowsiness detection program 207a. The CPU 201 reads the drowsiness detection program 207a and loads it on the RAM 206. The drowsiness detection program 207a functions as a drowsiness detection process 206a. The drowsiness detection process 206a corresponds to, for example, the heartbeat interval calculation unit 120, the analysis unit 130, the determination unit 140, the estimation unit 150, and the setting unit 160.

なお、眠気検知プログラム207aについては、必ずしも最初からハードディスク装置207に記憶させておかなくてもよい。例えば、コンピュータ200に挿入されるフレキシブルディスク(FD)、CD−ROM、DVDディスク、光磁気ディスク、ICカードなどの「可搬用の物理媒体」に各プログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ200がこれらから眠気検知プログラム207aを読み出して実行するようにしてもよい。 The drowsiness detection program 207a does not have to be stored in the hard disk device 207 from the beginning. For example, each program is stored in a “portable physical medium” such as a flexible disk (FD), a CD-ROM, a DVD disk, a magneto-optical disk, an IC card, which is inserted into the computer 200. Then, the computer 200 may read the drowsiness detection program 207a from these and execute it.

100 眠気検知装置
110 センサ
120 心拍間隔算出部
130 解析部
140 判定部
150 推定部
160 設定部
170 警告部
100 drowsiness detection device 110 sensor 120 heartbeat interval calculation unit 130 analysis unit 140 determination unit 150 estimation unit 160 setting unit 170 warning unit

Claims (6)

被験者から順次得られた心拍データについて周波数解析を行い、
前記心拍データから算出される心拍間隔のスペクトル密度から前記被験者の覚醒度を判定し、
前記被験者の覚醒度が所定値以下の場合、前記周波数解析の結果得られた周波数分布からエントロピーまたは分散を算出し、算出したエントロピーまたは分散が所定の閾値以上の場合、前記被験者がリラックス状態であると推定し、エントロピーまたは分散が前記閾値未満の場合、前記被験者が眠気のある状態と推定する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする眠気検知プログラム。
Frequency analysis is performed on the heartbeat data sequentially obtained from the subject,
Determine the arousal level of the subject from the spectral density of the heartbeat interval calculated from the heartbeat data,
When the arousal level of the subject is less than or equal to a predetermined value, entropy or variance is calculated from the frequency distribution obtained as a result of the frequency analysis, and when the calculated entropy or variance is greater than or equal to a predetermined threshold value, the subject is in a relaxed state. If the entropy or variance is less than the threshold value , the computer causes the computer to perform a process of estimating that the subject is drowsy .
被験者が車両に乗車した時点から所定期間の周波数分布からエントロピーまたは分散を算出し、算出したエントロピーまたは分散よりも小さい値に前記閾値を設定する処理をコンピュータにさらに実行させることを特徴とする請求項に記載の眠気検知プログラム。 A method for calculating entropy or variance from a frequency distribution for a predetermined period from the time when a subject gets into a vehicle, and causing a computer to further execute a process of setting the threshold value to a value smaller than the calculated entropy or variance. drowsiness detection program according to 1. 前記推定する処理は、前記周波数分布から、LF(Low Frequency)およびHF(High Frequency)の周波数範囲毎にエントロピーまたは分散をそれぞれ算出し、算出したLFおよびHFの周波数範囲のエントロピーまたは分散に基づいて、前記被験者が眠気のある状態またはリラックス状態であるかを推定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の眠気検知プログラム。
The process of estimating calculates entropy or variance for each frequency range of LF (Low Frequency) and HF (High Frequency) from the frequency distribution, and based on the calculated entropy or variance of the frequency range of LF and HF. The drowsiness detection program according to claim 1 or 2 , wherein the subject is estimated to be in a drowsiness state or a relaxed state.
前記推定する処理は、前記スペクトル密度の積分値またはピークが予め定めた値以下の場合、前記周波数分布のばらつき度合いに関わらず、前記被験者が眠気のある状態と推定する
ことを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の眠気検知プログラム。
In the estimating process, when the integrated value or the peak of the spectral density is equal to or less than a predetermined value, the subject is estimated to be in a drowsiness state regardless of the variation degree of the frequency distribution. The drowsiness detection program according to any one of 1 to 3 .
被験者から順次得られた心拍データについて周波数解析を行い、
前記心拍データから算出される心拍間隔のスペクトル密度から前記被験者の覚醒度を判定し、
前記被験者の覚醒度が所定値以下の場合、前記周波数解析の結果得られた周波数分布からエントロピーまたは分散を算出し、算出したエントロピーまたは分散が所定の閾値以上の場合、前記被験者がリラックス状態であると推定し、エントロピーまたは分散が前記閾値未満の場合、前記被験者が眠気のある状態と推定する
処理をコンピュータが実行することを特徴とする眠気検知方法。
Frequency analysis is performed on the heartbeat data sequentially obtained from the subject,
Determine the arousal level of the subject from the spectral density of the heartbeat interval calculated from the heartbeat data,
When the arousal level of the subject is less than or equal to a predetermined value, entropy or variance is calculated from the frequency distribution obtained as a result of the frequency analysis, and when the calculated entropy or variance is greater than or equal to a predetermined threshold value, the subject is in a relaxed state. And the entropy or variance is less than the threshold value , the computer executes a process of estimating that the subject is drowsy .
被験者から順次得られた心拍データについて周波数解析を行う解析部と、
前記心拍データから算出される心拍間隔のスペクトル密度から前記被験者の覚醒度を判定する判定部と、
前記判定部による判定の結果、前記被験者の覚醒度が所定値以下の場合、前記解析部による周波数解析の結果得られた周波数分布からエントロピーまたは分散を算出し、算出したエントロピーまたは分散が所定の閾値以上の場合、前記被験者がリラックス状態であると推定し、エントロピーまたは分散が前記閾値未満の場合、前記被験者が眠気のある状態と推定する推定部と、
を有することを特徴とする眠気検知装置。
An analysis unit that performs frequency analysis on heartbeat data sequentially obtained from the subject,
A determination unit that determines the arousal level of the subject from the spectral density of heartbeat intervals calculated from the heartbeat data,
As a result of the determination by the determination unit, if the arousal level of the subject is less than or equal to a predetermined value, entropy or variance is calculated from the frequency distribution obtained as a result of the frequency analysis by the analysis unit , and the calculated entropy or variance is a predetermined threshold value. In the above case, the subject is estimated to be in a relaxed state, if the entropy or variance is less than the threshold value, the estimation unit to estimate that the subject is drowsy ,
A drowsiness detection device comprising:
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