KR100644456B1 - 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법 - Google Patents

근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 차량 내부의 조명을 예측 가능하고 제어 가능하게 만들어 줄 수 있도록 자동차의 전면 윈드쉴드 글래스에 근적외선 차단 필터를 부착하고, 운전석 전방위치에는 근적외선 조명 장치와 카메라를 설치하여, 이진화 기법을 활용하면서 근적외선 영상으로부터 눈의 면적을 인식하는 동시에 눈의 면적 변화에 따라 운전자의 졸음 여부를 보다 정확하게 판별할 수 있도록 한 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.
근적외선 차단 필터, 졸음운전, 근적외선 발광소자, 카메라, 이진화 기법

Description

근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법{Method and device for preventing sleepiness driving using filter for filtering near infrared ray}
도 1은 본 발명에 따른 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치의구성도,
도 2는 본 발명에 따른 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치의근적외선 카메라와 발광소자를 보여주는 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 방법을 설명하는 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 방법의 졸음운전 여부를 판정하는 흐름도,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 근적외선 차단필터 12 : 윈드쉴드 글래스
14 : 근적외선 카메라 16 : 근적외선 발광소자
18 : 영상신호 연산부 20 : 제어부
22 : 스위칭 회로부
본 발명은 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 전면 윈드쉴드 글래스에 근적외선 차단 필터를 부착하고, 운전석 전방위치에 근적외선 조명 장치와 카메라를 설치하여, 이진화 기법을 활용하면서 근적외선 영상으로부터 눈의 면적을 인식하는 동시에 눈의 면적 변화에 따라 졸음여부를 판단할 수 있도록 한 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 자동차에는 운전자 및 탑승자의 안전을 위하여 각종 안전장치가 장착되고 있지만, 이러한 안전장치에도 불구하고 운전자의 졸음 운전은 치명적인 사고를 유발하는 원인이 되고 있다.
즉, 운전자가 피곤한 상태에서 운전을 하게 되면 자신도 모르는 사이 졸음 운전을 하게 되는 경우가 있고, 졸릴 때 운전을 하면 평소보다 교통 사고 위험이 8배 이상 높아진다는 연구 결과와 더불어 시속 90km로 달리는 운전자가 4∼5초 가량 깜박 졸았다면, 100∼125m는 운전자 없이 달린 셈이 되며, 특히 고속도로의 경우 대부분 차량이 시속 100km 이상으로 주행하게 되므로 졸음 운전은 매우 위험한 결과를 초래할 수 밖에 없다.
이러한 졸음 운전을 방지하기 위하여 졸음 운전 인식 시스템들이 많이 개발되어왔고, 개발중에 있다.
기존의 졸음 인식 장치로 산소량을 감지하는 산소 센서, 자동차의 속도 센서, 심박수 측정 센서 등이 이용하는 방식, 또는 CCD 카메라를 이용한 영상 처리 방식 등 여러가지 방법이 제안되었다.
대한민국공개실용신안공보 공개번호 1999-0039987(1999.11.25)에는 차량내 산소 농도를 감지하는 산소센서와, 차속센서, 그리고 운행시간을 감지하는 시간센서를 이용하여 실내의 산소농도가 기준치 이하이면 임의적으로 윈도우를 개방하여 공기환기에 의거 운전자의 졸음을 예방하는 장치가 공개되어 있다.
대한민국공개특허공보 공개번호 2001-0026053(2001.04.06)에는 시트 및 등받이에 설치된 압전센서와, 운전자를 촬영하는 마이크로 카메라와, 화상인식 처리부 등의 구성을 통하여 압력신호와 영상신호가 없을 시 경보음을 울리게 되는 졸음운전 방지 시스템이 공개되어 있다.
대한민국등록특허공보 등록번호 10-0295849(2001.05.30)에는 온/오프 신호를 출력하는 스위칭수단과, 운전자의 얼굴영상을 검출하는 카메라, 카메라의 신호 분석과 함께 눈의 개폐율에 따라 졸음운전을 판단하며 경보를 위한 제어신호를 출력하는 영상 신호 연산부 및 제어수단 등의 구성을 통하여 졸음운전시 경보신호를 출력할 수 있는 졸음운전 방지 장치 및 방법이 공개되어 있다.
대한민국공개특허공보 공개번호 1999-0049722(1999.07.05)에는 운전자의 눈꺼풀 움직임을 촬영하여 이미지 데이타로 출력하는 적외선 CCD카메라와, 이 이미지 데이타를 처리하는 신호처리부 및 제어부, 그리고 졸음운전시 작동하는 향기 발생부 및 경보음 발생부 등의 구성을 통하여 졸음 운전을 방지할 수 있도록 한 적외선 CCD 카메라를 이용한 졸음운전 방지 장치 및 방법이 공개되어 있다.
대한민국등록특허공보 등록번호 10-0270555(2000.08.03)에는 CCD카메라와 적외선 램프, 졸음운전 판단부 등의 구성을 통하여 야간주행시 운전자의 얼굴에 적외선을 투사한 후, 밝은 부분 화소 개수가 일정치 이상이면 눈을 뜨고 있는 것으로 판정하고, 일정치 이하가 반복되면 졸음운전으로 판단하는 졸음운전 경보 시스템의 야간시 눈 추적 및 졸음운전 판단 방법이 공개되어 있다.
그 밖에 룸미러에 근적외선 카메라를 장착하고, 근적외선 LED를 온/오프시키면서 얼굴 영역을 검출한 후 눈 영역을 검출하여 졸음운전을 판단하는 논문(명칭:Robust Detection Method of the Driber's Face and Eye Region for Driving Support System, 저자: I.Takai, K. Yamamoto, K. Kato, K. Yamaha, M. Andoh Gifu University, TOYODA Central R&D)과, 근적외선 LED를 온/오프시키면서 적목 현상을 이용하여 눈의 위치를 검출하여 졸음운전을 판단하는 논문(명칭: Detecting and Tracking Eyes By Using Their Physiological Properties, Dynamics, and Appearance, 저자명: Antonio Hara, Myron Flickner and Irfan Essa Computer Vision and Pattern Recognition,2000)이 발표되어 있다.
상기와 같이, CCD카메라를 이용한 영상처리로 졸음을 인식하는 방법으로는 대부분이 눈의 깜박임 수나 면적 변화를 측정하여 이루어지는 바, 컬러 CCD가 밤에는 동작하지 않는 단점이 있기 때문에 밤낮에 상관없이 얼굴 영상을 얻을 수 있는 적외선 CCD가 사용되기도 하며, 이 상기 적외선 CCD의 경우 조명을 비춰도 눈에 보이지 않는다는 장점이 있어 졸음 인식 기술에 많이 적용되고 있다.
그러나, 상기와 같이 영상 처리를 이용한 졸음 인식 방법 중에서 일반적인 CCD 카메라를 사용하는 경우 밤에는 동작하지 않는다는 단점을 가진다.
만약, 조명을 비추어 얼굴 영상을 획득하고자 한다면 그 빛이 운전자의 시야를 가려서 오히려 운전에 위험을 초래할 수가 있다.
반면에, 적외선을 사용한 졸음 인식 시스템의 경우 적외선 LED가 방출하는 빛으로 밤에도 영상을 획득할 수 있지만 외부 조명이 너무 강할 경우 원하는 만큼의 결과를 얻기가 힘든 단점이 있다.
또한, 차영상을 이용한 방식들에서 카메라에 진동이 있을 경우 화면 전체에서 차영상이 생기게 되어 원하는 결과가 제대로 획득되지 않는 문제점이 있다.
정리하면, 산소센서 등을 이용하여 졸음운전 판정시 윈도우를 여는 방식은 근본적인 졸음운전 방지책이 될 수 없고, 카메라는 진동에 매우 민감하기 때문에 차영상을 이용한 방식에서는 원하는 화상을 얻기 어려운 문제점이 있으며, CCD 카메라 및 적외선 LED 등을 이용하는 방법은 조명에 대한 예측 및 제어가 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 연구 개발된 것으로서, 차량 내부의 조명을 예측 가능하고 제어 가능하게 만들어 줄 수 있도록 자동차의 전면 윈드쉴드 글래스에 근적외선 차단 필터를 부착하고, 운전석 전방위치에는 근적외선 조명 장치와 카메라를 설치하여, 이진화 기법을 활용하면서 근적외선 영상으로부터 눈의 면적을 인식하는 동시에 눈의 면적 변화에 따라 운전자의 졸음 여부를 판별할 수 있도록 한 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치는:
차량의 윈드쉴드 글래스에 부착되는 근적외선 차단 필터와; 운전석 전면 소정 위치에 장착되는 근적외선 카메라와; 상기 근적외선 카메라의 외주면에 배치되는 다수개의 근적외선 발광소자(LED)와; 상기 근적외선 발광소자를 온/오프 제어하는 스위칭 회로부와; 상기 근적외선 카메라의 촬영 영상을 이미지 데이타화시키는 영상 신호 연산부와; 상기 영상 신호 연산부의 데이타를 수신하는 동시에 이진화 기법으로 졸음운전 여부를 판단하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 근적외선 카메라의 외주면에는 6개의 근적외선 발광소자(LED)가 등간격으로 장착된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 방법은:
차량의 유리면에 근적외선 차단 필터를 부착하여 차량 외부로부터 유입되는 태양빛 및 기타 조명 성분들을 차단해주어, 차량 내부를 근적외선 암실로 만들어 주는 단계와; 근적외선 발광소자의 온/오프와 함께 근적외선 카메라의 촬영으로 운전자에 대한 근적외선 영상을 획득하여 데이타화시키는 단계와; 상기 이미지 데이타를 이진화 기법을 이용하여 졸음운전 여부를 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 졸음운전 여부를 판단하는 단계는: 근적외선 카메라에 의하여 촬영된 운전자 영상의 밝은 부분과 어두운 부분을 이진화 기법을 이용해서 분리하면서 밝은 영역(가까운 영역)을 얻는 단계과; 밝은 영역에서 얻어진 영상(얼굴 및 상반신 일부)을 다시 이진화를 수행하여 눈썹, 눈, 코, 입 등의 특징 영역들을 추출해 내는 단계와; 안구에서 근적외선 빛이 반사되어 밝게 빛나는 특성을 이용하여 눈 영역을 검출하는 단계와; 눈 영역 검출 후 시간 변화에 따른 눈 면적의 변화를 검출하여 졸음 여부를 판별하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 눈 외에 눈썹과 코, 입 등의 특징 영역들은 눈의 위치에 대한 상대 위치로 분류되어 추출되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치의 구성도이고, 도 2는 근적외선 카메라와 발광소자를 보여주는 개략도이다.
우선, 차량의 윈드쉴드 글래스(12)에 근적외선 차단필터(10)가 부착되어, 차량 외부로부터 유입되는 태양빛 및 기타 외부 조명빛을 차단하게 된다.
즉, 근적외선 차단필터(10)를 윈드쉴드 글래스(12)에 부착하여, 차량 내부를 근적외선 암실로 만들어줌으로써, 차량 내부에 대한 조명을 예측 및 제어할 수 있게 된다.
운전석 전면 소정 위치에는 운전자의 얼굴과 상반신 일부를 촬영할 수 있는 근적외선 카메라(14)를 장착하고, 특히 상기 근적외선 카메라(14)의 외주면에는 다수개의 근적외선 발광소자(LED: 16)를 장착하게 된다.
바람직하게는, 운전자의 얼굴 및 상반신에 대한 원하는 조명 비춤 정도를 위하여 상기 근적외선 카메라(14)의 외주면에 6개의 근적외선 발광소자(16)가 등간격으로 장착된다.
이때, 상기 근적외선 카메라(14)는 CCD에 근적외선 투과 필터를 장착하여 만든 것으로 근적외선 영상을 획득하며, 근적외선 발광 소자가 없다면 아무런 영상이 얻어지지 않는다.
또한, 상기 근적외선 카메라(14)는 영상 신호 연산부(18)로서, 영상 캡춰 보드와 연결되며, 이 영상 신호 연산부(18)는 근적외선 카메라(14)의 촬영 영상을 이미지 데이타화시키는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 영상 신호 연산부(18)의 데이타를 수신하는 동시에 이진화 기법으로 졸음운전 여부를 판단하는 제어부(20)로서, 제어 보드가 상기 영상 신호 연산부(18)와 연결된다.
한편, 상기 다수개의 근적외선 발광소자(16)에 대한 온/오프 제어를 위한 스위칭 회로부(22)가 상기 제어부(20)에 포함된다.
이하, 이렇게 구비된 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 졸음 운전 방지 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 방법의 졸음운전 여부를 판정하는 흐름도이다.
먼저, 본 발명의 주된 특징으로서 차량의 윈드쉴드 글래스(12)에 근적외선 차단필터(10)를 부착하여 차량 외부로부터 유입되는 태양빛 및 기타 조명 성분들을 차단해주어, 차량 내부를 근적외선 암실로 만들어 주는 단계가 선행된다(S100).
다음으로, 운전석 전면 소정 위치에 장착된 근적외선 카메라(14)의 촬영이 개시(S300)되어, 그 영상 데이타가 상기 영상 신호 연산부(18)로 전송되어 영상 데이타화된다(S400).
이때, 근적외선 카메라의 촬영전에 상기 제어부(20)의 스위칭 회로부(22)에 의하여 상기 근적외선 발광소자(16)의 온/오프(S200)가 진행된다.
이와 같이, 근적외선 발광소자의 온/오프와 함께 근적외선 조명이 운전자 모습을 비추면서 근적외선 카메라의 촬영이 이루어짐에 따라 운전자에 대한 근적외선 영상이 데이타화된다.
이렇게 얻어진 근적외선 영상 데이타는 제어부(20)로 송출되어 이진화 기법을 이용하여 졸음운전 여부를 판단하는 단계(S500)가 진행된다.
상기 졸음운전 여부를 판단하는 단계를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 근적외선 차단필터(10)가 외부 유입 조명을 차단하는 상태에서 상기 근 적외선 카메라(14)에 의하여 촬영된 운전자의 영상은 근적외선 발광소자(16)에서 나오는 빛이 가까운 곳에서는 많이 반사되고 먼 곳에서는 적게 반사되어, 밝은 부분과 어두운 부분이 공유된 영상이다.
따라서, 근적외선 카메라(14)에 의하여 촬영된 운전자 영상의 밝은 부분과 어두운 부분을 이진화 기법을 이용해서 분리하면서 밝은 영역(가까운 영역)을 얻게 된다.
이때, 이전의 영상과 현재의 영상이 동시에 제어부(20)에 입력되며, 1차 이진화를 수행하여 운전자 영상의 밝은 부분을 얻어내게 된다(S501).
이어서, 밝은 영역에서 얻어진 영상(얼굴 및 상반신 일부)을 다시 이진화를 수행하여 눈썹, 눈, 코, 입 등의 특징 영역들을 추출해 내는 단계(S502)가 진행된다.
연이어, 안구에서 근적외선 빛이 반사되어 밝게 빛나는 특성을 이용하여 눈 영역을 검출하는 단계(S503)가 진행된 후, 눈 영역 검출 후 시간 변화에 따른 눈 면적의 변화를 검출하여 졸음 여부를 판별하는 단계(S504)가 진행된다.
이때, 상기 눈 외에 눈썹과 코, 입 등의 특징 영역들은 눈의 위치에 대한 상대 위치로 분류되어 추출된다.
한편, 상기 졸음 여부 판정후, 여러가지 경보수단을 이용하여 운전자에게 경보할 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 근적외선 차단 필터를 이용하여 외부로부터 유입되는 빛을 차단하여 차실내의 조명에 대한 예측 및 제어가 용이하게 이루어짐에 따라, 보다 정확 한 졸음운전 판정을 내릴 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 장치 및 방법에 의하면, 근적외선 차단 필터를 윈드쉴드 글래스에 부착하여 차실내를 근적외선 암실로 만들어줌으로써, 근적외선 발광소자 및 카메라에 의한 촬영과 함께 이진화 기법을 활용하면서 눈의 면적 변화에 따른 운전자의 졸음 여부를 보다 정확하게 판별할 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 차량의 유리면에 근적외선 차단 필터를 부착하여 차량 외부로부터 유입되는 태양빛 및 기타 조명 성분들을 차단해주어 차량 내부를 근적외선 암실로 만들어 주는 단계와, 근적외선 발광소자의 온/오프와 함께 근적외선 카메라의 촬영으로 운전자에 대한 근적외선 영상을 획득하여 데이타화시키는 단계와, 상기 이미지 데이타를 이진화 기법을 이용하여 졸음운전 여부를 판단하는 단계로 이루어지는 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 방법에 있어서,
    상기 졸음운전 여부를 판단하는 단계는 근적외선 카메라에 의하여 촬영된 운전자 영상의 밝은 부분과 어두운 부분을 이진화 기법을 이용해서 분리하면서 밝은 영역(가까운 영역)을 얻는 단계와, 밝은 영역에서 얻어진 영상(얼굴 및 상반신 일부)을 다시 이진화를 수행하여 눈썹, 눈, 코, 입 등의 특징 영역들을 추출해 내는 단계와, 안구에서 근적외선 빛이 반사되어 밝게 빛나는 특성을 이용하여 눈 영역을 검출하는 단계와, 눈 영역 검출 후 시간 변화에 따른 눈 면적의 변화를 검출하여 졸음 여부를 판별하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 눈 외에 눈썹과 코, 입 등의 특징 영역들은 눈의 위치에 대한 상대 위치로 분류되어 추출되는 것을 특징으로 하는 근적외선 차단 필터를 이용한 졸음 운전 방지 방법.
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