JP6751525B2 - 生体状態判定装置及び生体状態判定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両の運転者の状態を判定する生体状態判定装置及び生体状態判定プログラムに関する。

特許文献１には、ユーザの目頭の下に位置する眼輪筋上の皮膚に接触する電極と、電極を用いてユーザが下瞼を動かすときに生じる生体電位を示す筋電位データを生成する眼輪筋電位計測部と、筋電位データが所定の時間内に所定の値より大きい電位と所定の値より小さい電位とを示す場合に眼疲労に起因する瞬きが行われたと扱うことで筋電位データから眼疲労に起因する瞬きを検出する瞬き検出部と、検出された瞬きの頻度を計算し、得られた瞬きの頻度に対応する眼の疲労度を、予め定められた瞬きの頻度と眼の疲労度との関係に基づいて特定することでユーザの眼の疲労度を判定する疲労度判定部とを備える眼疲労計測装置が記載されている。

特開２０１３−２１５３５６号公報

運転者が進行方向前方を注視せずにぼんやりと視ている状態で車両を運転していると、前方の変化に迅速に対応できず、衝突等の車両事故を起こしやすい。このため、運転者が前方の視認対象を注視しているか或いはぼんやりと視ているかを車両の運転中に判定し、ぼんやりと視ている場合に警報等により運転者に注意を喚起することにより、車両事故の発生を未然に防止することが可能となる。

特許文献１に記載された装置では、ユーザの眼の疲労度を判定するが、ユーザが視認対象を注視しているかぼんやりと視ているかを判定するものではなく、視認対象をぼんやりと視ている運転者に対して注意を喚起することができない。

そこで、本発明は、運転中の運転者が視認対象を注視しているか或いはぼんやりと視ているかを判定することが可能な生体判定装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の装置は、車両の運転者の状態を判定する生体状態判定装置であって、パワースペクトル密度演算手段と、判定値演算手段と、判定手段とを備える
パワースペクトル密度演算手段は、運転者の眼の周囲で計測された筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度を演算する。判定値演算手段は、パワースペクトル密度演算手段が演算したパワースペクトル密度の所定周波数帯域におけるばらつきの度合いを判定値として演算する。判定手段は、判定値演算手段が演算した判定値と所定の閾値とを比較し、判定値が閾値以下の場合には、運転者が視認対象を注視している注視状態であると判定し、判定値が閾値を超えている場合には、運転者が視認対象を注視せずにぼんやり視ている非注視状態であると判定する。

本発明の生体状態判定装置は、運転者の眼の周囲の筋電位を計測する筋電位計測手段を備えてもよい。この場合、パワースペクトル密度演算手段は、筋電位計測手段が計測した筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度を演算する。

本発明のプログラムは、車両の運転者の状態を判定するための生体状態判定プログラムであって、コンピュータを、運転者の眼の周囲で計測された筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度を演算するパワースペクトル密度演算手段、パワースペクトル密度演算手段が演算したパワースペクトル密度の所定の周波数帯域におけるばらつきの度合いを判定値として演算する判定値演算手段、及び判定値演算手段が演算した判定値と所定の閾値とを比較し、判定値が閾値以下の場合には、運転者が視認対象を注視している注視状態であると判定し、判定値が閾値を超えている場合には、運転者が視認対象を注視せずにぼんやり視ている非注視状態であると判定する判定手段と、して機能させる。

車両を運転中の運転者が視認対象を注視している注視状態と、視認対象を注視せずにぼんやり視ている非注視状態とについて、運転者の眼の周囲で計測された筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度の所定の周波数帯域におけるばらつきの度合いを比較すると、注視状態ではばらつきの度合いが小さくなり（ばらつかず）、非注視状態ではばらつきの度合いが大きくなる（ばらつく）傾向を示す。

本発明の装置及びプログラムでは、判定値演算手段は、運転者の眼の周囲で計測された筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度の所定の周波数帯域におけるばらつきの度合いを判定値として演算し、判定手段は、判定値演算手段が演算した判定値と所定の閾値とを比較し、判定値が閾値以下の場合には注視状態であると判定し、判定値が閾値を超えている場合には非注視状態であると判定する。従って、運転中の運転者が視認対象を注視しているか或いはぼんやりと視ているかを判定することができる。

本発明によれば、運転中の運転者が視認対象を注視しているか或いはぼんやりと視ているかを的確に判定することができる。

本発明の一実施形態に係る生体状態判定装置を模式的に示すブロック構成図である。 筋電位計測器の一例を示す斜視図である。 被験者が注視状態の運転者である場合を説明する図であり、（ａ）は視認対象である先行車両を含む前方視界を、（ｂ）は運転者の状態を、（ｃ）はパワースペクトル密度をそれぞれ示す。 被験者が非注視状態の運転者である場合を説明する図であり、（ａ）は視認対象である先行車両を含む前方視界を、（ｂ）は運転者の状態を、（ｃ）はパワースペクトル密度をそれぞれ示す。 パワースペクトル密度の所定の周波数帯域におけるばらつきの度合い（判定値）と運転者の状態（注視状態及び非注視状態）との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る生体状態判定装置１について、図１〜図５を参照して説明する。なお、以下の説明において、左右方向は、運転者が車両の前方を視ている状態での左右方向を意味する。

人間の眼の周囲には、眼輪筋（orbicularis oculi muscle）及び瞼板筋（tarsal muscle）が存在する。眼輪筋は、顔面神経支配の筋肉であり、眼瞼を囲むように存在し、閉瞼に作用する。瞼板筋は、交感神経支配の筋肉であり、開瞼に作用する。人が驚いたときに瞼を大きく開くのは、瞼板筋の働きによる。

本発明は、車両の運転中における運転者の眼の周囲の筋電位（眼の周囲の筋肉（眼輪筋や瞼板筋）の活動電位）と、運転者が前方の視認対象を視ている状態（視認対象を注視しているか又はぼんやりと視ているか）との関係に着目したものである。なお、眼の周囲の筋電位を眼電位と称する場合がある。

図１及び図２に示すように、生体状態判定装置１は、筋電位計測器（筋電位計測手段）２と処理ユニット３とから概略構成され、筋電位計測器２は、メガネ型のフレーム５と、送信ユニット６とによって概略構成される。

フレーム５には、複数（本実施形態では４箇所）の電極４（上電極４Ｕ、下電極４Ｄ、左電極４Ｌ、右電極４Ｒ）が固定されている。上電極４Ｕは右レンズ上方に、下電極４Ｄは右レンズ下方に、左電極４Ｌは左弦部に、右電極４Ｒは右弦部にそれぞれ配置され、運転者（被験者）がフレーム５を装着すると、上電極４Ｕは右眼上方で、下電極４Ｄは右眼下方で、左電極４Ｌは左眼の左後方で、右電極４Ｒは右眼の右後方で、それぞれ運転者の顔の皮膚と接触する。

上電極４Ｕ及び下電極４Ｄは、右眼の筋電位（眼電位）を連続して検出するための電極である。左電極４Ｌ及び右電極４Ｒは、何れも補助的な電極であり、その一方及び他方は、筋電位計測時の基準電極（基準電位を検出するための電極）及びアース電極としてそれぞれ機能する。なお、電極４の数及び位置は上記に限定されず、例えば上電極及び下電極を左眼の上下に配置するなど、少なくとも一方の眼の筋電位を検出可能であれば任意に設定可能である。

送信ユニット６は、筋電位計測部７と送信部８とを有し、各電極４は、送信ユニット６に有線接続されている。筋電位計測部７は、回路等によって構成され、筋電位計測部７には、基準電位に対する上電極４Ｕの電位（上電位）と、基準電位に対する下電極４Ｄの電位（下電位）とが入力する。上電位と下電位との電位差が筋電位であり、筋電位計測部７は、計測した電位差を送信用のデータ（筋電位データ）に変換して、送信部８へ出力する。送信部８は、筋電位計測部７が出力する筋電位データを無線通信又は有線通信によって処理ユニット３へ送信する。なお、電極４、筋電位計測部７及び送信部８には、送信ユニット６の電源供給部（図示省略）から電力が供給される。

処理ユニット３は、受信部９とＥＣＵ（Electric Control Unit）１０と報知部１１とを有する。処理ユニット３は、車両に固定的に設置される装置であってもよく、運転者が携行する携帯端末であってもよい。

受信部９は、送信ユニット６の送信部８から筋電位データを受信し、受信した筋電位データをＥＣＵ１０へ出力する。

ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶部（ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）など）とを備え、記憶部に記憶された生体状態判定プログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、データ処理部（パワースペクトル密度演算手段、判定値演算手段）１２及び判定部（判定手段）１３として機能する。

データ処理部１２は、受信部９から入力する筋電位データに基づく筋電図データを生成する。筋電図データとは、筋肉の活動電位を波形で記録したデータである。

次に、データ処理部１２は、予め設定された所定のデータ収集時間毎に、前回のデータ収集時間の終了時（今回のデータ収集時間の開始時）から今回のデータ収集時間の終了時までに生成した筋電図データのパワースペクトル密度を演算する。データ収集時間は、例えば１分間以上が好適であり、３分間以上がさらに好適である。パワースペクトル密度とは、単位周波数あたりのパワーの大きさであり、例えば図３（ｃ）や図４（ｃ）のように表される。なお、パワースペクトル密度を、パワースペクトル、パワー値、又はパワー値密度と称する場合がある。

次に、データ処理部１２は、パワースペクトル密度の所定周波数帯域におけるばらつきの度合いを判定値として演算する。判定値は、ばらつきが小さいほど値が小さくなるパラメータであり、例えば分散値や標準偏差等が用いられる。所定周波数帯域は、実験やシミュレーション等によって決定され、αＨｚ以上βＨｘ未満の範囲として予め設定される周波数帯域であり、本実施形態では、０Ｈｚ以上βＨｚ未満の範囲が所定周波数帯域として設定されている。

車両を運転中の運転者が視認対象（本実施形態では、先行車両２０）を注視している注視状態（図３参照）と、視認対象を注視せずに前方を漫然とぼんやり視ている非注視状態（図４参照）とを比較すると、運転者の眼の周囲で計測された筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度が相違し（図３（ｃ）及び図４（ｃ）参照）、パワースペクトル密度の所定の周波数帯域におけるばらつきの度合いは、注視状態では小さくなり（ばらつかず）、非注視状態では大きくなる（ばらつく）傾向を示す（図４参照）。

判定部１３は、データ処理部１２が算出した判定値と予め設定された所定の閾値とを比較し、判定値が閾値以下の場合には、運転者が視認対象を注視している注視状態であると判定し、判定値が閾値を超えている場合には、運転者が視認対象を注視せずにぼんやり視ている非注視状態であると判定する（図４参照）。閾値は、実験やシミュレーション等によって予め決定され、判定は、データ処理部１２によるデータ収集時間が経過する毎に繰り返して実行される。

非注視状態であると判定部１３が判定した場合、報知部１１は、警報音を出力する等によって運転者に注意を促す。

本実施形態によれば、データ処理部１２は、運転者の眼の周囲で計測された筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度の所定の周波数帯域におけるばらつきの度合いを判定値として演算し、判定部１３は、データ処理部１２が演算した判定値と所定の閾値とを比較し、判定値が閾値以下の場合には注視状態であると判定し、判定値が閾値を超えている場合には非注視状態であると判定する。従って、運転中の運転者が視認対象を注視しているか或いはぼんやりと視ているかを即時に判定することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

例えば、本実施形態では、判定部１３による判定実行間隔がデータ収集時間と一致するが、判定実行間隔をデータ収集時間よりも短くしてもよい。この場合、データ処理部１２は、判定実行間隔が経過する毎に、その時点からデータ収集時間遡って時点までの筋電図データのパワースペクトル密度を演算し、そのパワースペクトル密度から判定値を演算すればよく、判定部１３は、判定値が演算される毎に判定を実行すればよい。また、判定値の演算に、移動平均を用いてもよい。

また、上記実施形態では、非注視状態であると判定部１３が１回判定した場合に報知部１１による報知を行うが、例えば非注視状態であると所定回数連続して判定した場合に報知を行ってもよく、所定時間以内に非注視状態であると判定した回数が所定回数に達した場合に報知を行ってもよい。

本発明は、運転者の生体状態を判定するために様々な車両に適用することができる。

１：生体状態判定装置
２：筋電位計測器（筋電位計測手段）
３：処理ユニット
４，４Ｕ，４Ｄ，４Ｌ，４Ｒ：電極
５：フレーム
６：送信ユニット
７：筋電位計測部
８：送信部
９：受信部
１０：ＥＣＵ
１１：報知部
１２：データ処理部（パワースペクトル密度演算手段、判定値演算手段）
１３：判定部（判定手段）
２０：先行車両（視認対象）

Claims (3)

1. 車両の運転者の状態を判定する生体状態判定装置であって、
   前記運転者の眼の周囲で計測された筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度を演算するパワースペクトル密度演算手段と、
   前記パワースペクトル密度演算手段が演算したパワースペクトル密度の所定周波数帯域におけるばらつきの度合いを判定値として演算する判定値演算手段と、
   前記判定値演算手段が演算した判定値と所定の閾値とを比較し、前記判定値が前記閾値以下の場合には、前記運転者が視認対象を注視している注視状態であると判定し、前記判定値が前記閾値を超えている場合には、前記運転者が視認対象を注視せずにぼんやり視ている非注視状態であると判定する判定手段と、を備える
   ことを特徴とする生体状態判定装置。
2. 請求項１に記載の生体状態判定装置であって、
   前記運転者の眼の周囲の筋電位を計測する筋電位計測手段を備え、
   前記パワースペクトル密度演算手段は、前記筋電位計測手段が計測した筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度を演算する
   ことを特徴とする生体状態判定装置。
3. 車両の運転者の状態を判定するための生体状態判定プログラムであって、
   コンピュータを、
   前記運転者の眼の周囲で計測された筋電位に基づく筋電図データのパワースペクトル密度を演算するパワースペクトル密度演算手段、
   前記パワースペクトル密度演算手段が演算したパワースペクトル密度の所定の周波数帯域におけるばらつきの度合いを判定値として演算する判定値演算手段、及び
   前記判定値演算手段が演算した判定値と所定の閾値とを比較し、前記判定値が前記閾値以下の場合には、前記運転者が視認対象を注視している注視状態であると判定し、前記判定値が前記閾値を超えている場合には、前記運転者が視認対象を注視せずにぼんやり視ている非注視状態であると判定する判定手段と、して機能させる
   ことを特徴とする生体状態判定プログラム。

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