KR101384439B1 - 각성도 판정 장치 및 각성도 판정 방법 - Google Patents

각성도 판정 장치 및 각성도 판정 방법 Download PDF

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Abstract

운전자의 심박 신호를 취득하는 심박 센서(10)와, 심박 신호를 처리하여 운전자의 졸음을 검지하는 ECU(20)를 갖고, 상기 ECU는 상기 심박 신호로부터 심박 주기 시계열을 취득하는 심박 신호 전처리부(21), 심박 주기 신호로부터 심박 진동 저주파 성분 파워를 취득하는 특징량 추출부(22), 심박 진동 저주파 성분 파워를 기초로 하여 운전자의 졸음 발생의 유무를 판정하는 졸음 검지부(23), 심박 진동 저주파 성분 파워를 기초로 하여 운전자에 대해 졸음을 제거하기 위한 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 자극 타이밍 설정부 및 설정된 타이밍에서 운전자에 대해 자극을 부여하는 졸음 제거 자극 출력부(26)를 구비한 각성도 판정 장치이다.
각성도 판정 장치, 심박 센서, 졸음 검지부, 졸음 제거 자극 출력부

Description

각성도 판정 장치 및 각성도 판정 방법 {DEVICE FOR JUDGING DEGREE OF AWAKENING AND METHOD FOR JUDGING DEGREE OF AWAKENING}
본 발명은 각성도 판정 장치 및 각성도 판정 방법에 관한 것이다.
종래부터 사람의 각성도를 검지하기 위한 기술이 고안되고 있다. 이와 같은 기술로서, 사람의 안구부를 촬상하고, 그 촬상 화상으로부터 안구부의 동공 영역을 추출하는 동시에, 추출한 동공의 형상 변화를 기초로 하여 깜박임의 시간 및 빈도가 소정값 이상이라 확인된 경우에 각성도가 저하되고 있다고 판단하는 기술이 특허문헌 1에 기재되어 있다(특허문헌 1, 일본공개특허 평6-270711호 공보).
그러나, 상기 기술에서는, 깜박임의 시간이나 빈도로부터 각성 상태를 판단하고 있기 때문에, 각성도가 크게 저하되지 않으면(즉, 졸음이 그다지 강하지 않으면), 각성도가 저하되고 있는 것을 검지할 수 없다. 그로 인해, 활동중인 사람의 약한 졸음을 검출할 수 있는 기술이 요구되고 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 활동중인 사람의 약한 졸음을 더 확실하게 검지할 수 있는 각성도 판정 장치 및 각성도 판정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치는 활동중인 사람의 생체 신호를 취득하는 신호 취득 수단과, 신호 취득 수단에 의해 취득된 생체 신호로부터 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 취득하는 지표 취득 수단과, 지표 취득 수단에 의해 취득된 생리 지표를 기초로 하여 사람의 각성도를 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법은, 활동중인 사람의 생체 신호를 취득하는 신호 취득 스텝과, 신호 취득 스텝에서 취득된 생체 신호로부터 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 취득하는 지표 취득 스텝과, 지표 취득 스텝에서 취득된 생리 지표를 기초로 하여 사람의 각성도를 판정하는 판정 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
통상, 사람이 활동하고 있을 때의 졸음은 활동의 방해가 되므로 바람직하지 않은 것이다. 그로 인해, 그것이 아무리 약한 졸음이었다 해도 신체가 졸음에 저항하는 상태, 즉 신체가 졸음과 싸우는 상태가 발생하여 신체가 활성화된다. 본 발명에 관한 각성도 판정 장치 또는 각성도 판정 방법에 따르면, 활동중인 사람의 생체 신호로부터 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표가 취득되어, 상기 생리 지표를 기초로 하여 각성도가 판정되므로, 활동중인 사람의 약한 졸음(각성도의 저하)을 더 확실하게 검지하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치 및 각성도 판정 방법에서는, 상기 생리 지표로서 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 활동중의 졸음은 바람직하지 않은 것이다. 그로 인해, 졸음에 저항하고 있는 상태는, 활동중인 사람에게 있어서 스트레스가 가해지고 있는 상태이며, 그 결과, 이와 같은 상태에서는 교감 신경계의 활동이 활발화된다. 본 발명에 관한 각성도 판정 장치 또는 각성도 판정 방법에 따르면, 각성도를 판정하는 생리 지표로서 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 것이 사용되므로, 교감 신경 활동의 상태, 즉 졸음에 저항하고 있는 상태를 더 확실하게 검지하는 것이 가능해진다.
특히, 상기 생체 신호로서 심박 신호를 사용하여, 상기 생리 지표로서 심박 신호로부터 취득된 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 사용하는 것이 적합하다.
심박 신호로부터 취득되는 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워는 교감 신경 활동과 상관 관계가 있으므로, 각성도를 판정하는 생리 지표로서 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 사용함으로써, 교감 신경 활동의 상태, 즉 졸음에 저항하고 있는 상태를 적절하게 검지하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치에서는, 상기 판정 수단이 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 큰 경우에 각성도가 저하되고 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법에서는, 상기 판정 스텝에 있어서 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워는 교감 신경 활동과 상관 관계가 있고, 또한 그 크기는 교감 신경 활동의 활발함, 즉 졸음에 저항하고 있는 정도의 크기와 상관 관계가 있다. 따라서, 각성도가 저하되어 졸음에 저항하고 있는 정도가 커질수록, 교감 신경 활동이 활발화되어 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 증대한다. 본 발명에 관한 각성도 판정 장치 또는 각성도 판정 방법에 따르면, 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 큰 경우에 각성도가 저하되고 있다고 판정되므로, 오검지를 방지하면서 각성도가 저하되고 있는 상태를 확실하게 검지하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치에서는, 상기 판정 수단이 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 큰 경우에는 작은 경우와 비교하여, 각성도가 보다 저하되고 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법에서는, 상기 판정 스텝에 있어서 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 큰 경우에는 작은 경우와 비교하여 각성도가 보다 저하되고 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 각성도가 저하되어 졸음에 저항하고 있는 정도가 커질수록, 교감 신경 활동이 활발화되어 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 증대한다. 본 발명에 관한 각성도 판정 장치 또는 각성도 판정 방법에 따르면, 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 큰 경우에는 작은 경우와 비교하여 각성도가 보다 저하되고 있다고 판정되므로, 각성도의 저하의 크기를 판정하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치는, 사람에게 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 자극 부여 수단과, 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 타이밍 설정 수단을 더 구비하고, 타이밍 부여 수단이 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 기초로 하여 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법은 사람에게 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 자극 부여 스텝과, 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 타이밍 설정 스텝을 더 구비하고, 타이밍 부여 스텝에 있어서 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 기초로 하여 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 것이 바람직하다.
각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 적절한 타이밍은 졸음에 저항하고 있는 사람이 자극을 원하는 타이밍과 일치하거나 혹은 그 타이밍보다도 약간 전인 것이 바람직하다. 여기서, 졸음에 저항하고 있는 사람이 자극을 원하는 타이밍은 졸음에 저항하는 상태의 강도와 상관 관계가 있다. 본 발명에 관한 각성도 판정 장치 또는 각성도 판정 방법에 따르면, 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 기초로 하여 자극을 부여하는 타이밍이 설정되므로, 적절한 타이밍에서 자극을 부여하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치는, 사람에게 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 자극 부여 수단과, 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 타이밍 설정 수단을 더 구비하고, 타이밍 부여 수단이 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 커졌을 때부터 소정 시간 경과할 때까지의 동안에 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법은, 사람에게 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 자극 부여 스텝과, 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 타이밍 설정 스텝을 더 구비하고, 타이밍 부여 스텝에 있어서 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 커졌을 때부터 소정 시간 경과할 때까지의 동안에 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 것이 바람직하다.
이 경우, 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 커졌을 때부터 소정 시간 경과할 때까지의 동안, 즉 각성도가 저하되어 졸음에 저항하고 있는 정도가 커졌을 때에 자극이 부여되므로, 적절한 타이밍에서 자극을 부여할 수 있다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치는, 사람에게 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 자극 부여 수단과, 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 타이밍 설정 수단을 더 구비하고, 타이밍 부여 수단이 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값을 초과한 후, 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안에 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법은, 사람에게 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 자극 부여 스텝과, 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 타이밍 설정 스텝을 더 구비하고, 타이밍 부여 스텝에 있어서 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값을 초과한 후, 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안에 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 것이 바람직하다.
이 경우, 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값을 초과한 후, 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안, 즉 활동중인 사람이 졸음에 저항하고 있을 때에 자극이 부여되므로, 적절한 타이밍에서 자극을 부여할 수 있다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치 및 각성도 판정 방법에서는, 상기 생리 지표로서, 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 것 및 부교감 활동과 상관 관계를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 졸음에 저항하고 있는 상태에서는 교감 신경계의 활동이 활발화된다. 그때, 부교감 신경계의 활동은 통상 저하된다. 그러나, 예외적인 케이스로서, 교감 신경계의 활동의 증가와 동시에, 부교감 신경계의 활동도 증가하는 경우가 있다. 본 발명에 관한 각성도 판정 장치 또는 각성도 판정 방법에 따르면, 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 생리 지표에 부가하여, 부교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 생리 지표를 더욱 고려하므로, 상술한 예외적인 케이스를 제외하고, 진짜 졸음에 저항하고 있는 상태를 정밀도 좋게 검지하는 것이 가능해진다.
특히, 상기 생체 신호로서 심박 신호를 사용하고, 상기 생리 지표로서 심박 신호로부터 취득된 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워, 및 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 사용하는 것이 적합하다.
심박 신호로부터 취득되는 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워는 부교감 신경 활동과 상관 관계가 있으므로, 생리 지표로서 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 또한 사용함으로써, 상술한 예외적인 케이스를 제외하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치에서는, 상기 판정 수단이 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법에서는, 상기 판정 스텝에 있어서 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워보다도 큰 경우에 각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하는 것이 바람직하다.
이 경우, 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워보다도 큰 경우에 각성도가 저하되고 있는지 여부가 판정되므로, 상술한 예외적인 케이스를 적절하게 제외할 수 있다. 그로 인해, 진짜로 졸음에 저항하고 있는 상태만을 정밀도 좋게 검지하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치는 사람의 각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정 수단을 구비하고, 상기 판정 수단이 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 상기 임계값보다도 큰 경우에 각성도가 저하되고 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법은, 사람의 각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정 스텝을 구비하고, 상기 판정 스텝에 있어서 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 상기 임계값보다도 큰 경우에 각성도가 저하되고 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하기 위한 임계값은, 예를 들어 개인차나 동일한 사람이라도 그날의 컨디션 변화 등에 의해 변경되는 것이 바람직하다. 이 경우, 임계값 설정 수단 또는 임계값 설정 스텝에서 임계값이 설정된다. 그리고, 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 상기 임계값보다도 큰 경우에 각성도가 저하되고 있다고 판정된다. 그로 인해, 각자의 특성에 맞게 졸음 검출을 행할 수 있어, 졸음 검지의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 각성도 판정 장치에서는, 임계값 설정 수단이 심박 신호 및 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 기초로 하여 임계값을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 각성도 판정 방법에서는, 임계값 설정 스텝에 있어서 심박 신호 및 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 기초로 하여 임계값을 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 심박 신호 및 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 기초로 하여 임계값을 설정함으로써, 각자의 생리 특성에 따라서 임계값을 설정하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 활동중인 사람의 생체 신호로부터 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 취득하는 동시에, 상기 생리 지표를 기초로 하여 각성도를 판정하는 구성으로 하였으므로, 활동중인 사람의 약한 졸음을 더 확실하게 검지하는 것이 가능해진다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 각성도 판정 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 각성도 판정 장치에 의한 각성도 저하 검지 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 각성도 저하 검지 처리에 있어서의 심박 신호 전처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 각성도 저하 검지 처리에 있어서의 특징량 추출 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 심박 신호의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 심박 신호의 2치화(二値化) 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 심박 신호를 2치화 처치하여 취득된 2치화 신호를 나타내는 도면이다.
도 8은 심박 주기의 산출 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 심박 주기의 보간 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 심박 주기의 FFT 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 파워 스펙트럼의 적분을 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는 진폭 스펙트럼 파워의 시간의 흐름에 따른 변화를 나타내는 차트이다.
도 13은 졸음의 검지 방법(각성도의 저하 판정 방법)을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 자극 부여 타이밍의 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 관능 평가 레벨(졸음 레벨)의 판정 기준을 나타내는 표이다.
도 16은 졸음 검지 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 졸음 검지 결과의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 자극 부여 타이밍의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는 자극 부여 타이밍의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 20은 제2 실시 형태에 관한 각성도 판정 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 21은 제2 실시 형태에 관한 각성도 판정 장치에 의한 각성도 저하 검지 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 22는 각성도 저하 검지 처리에 있어서의 특징량 추출 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 23은 심박수와 심박 진동의 저주파 성분과 설정 임계값의 관계를 나타내는 표이다.
도 24는 심박수 및 심박 진동의 저주파 성분의 증감 판정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 심박 진동의 고주파 성분 파워를 고려하지 않는 경우의 졸음 검지 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 26은 심박 진동의 고주파 성분 파워를 고려한 경우의 졸음 검지 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 27은 졸음 판정 임계값을 고정하였을 때의 졸음 검지 결과를 나타내는 도면이다.
도 28은 졸음 판정 임계값을 가변하였을 때의 졸음 검지 결과를 나타내는 도면이다.
도 29는 졸음 판정 임계값의 변경 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
[부호의 설명]
1, 2 : 각성도 판정 장치
10 : 심박 센서
20, 20D : ECU
21 : 심박 신호 전처리부
22, 22D : 특징량 추출부
23, 23D : 졸음 검지부
24 : 졸음 발생 통지부
25 : 자극 타이밍 설정부
26 : 졸음 제거 자극 출력부
27 : 임계값 설정부
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 도면 중, 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 사용하는 것으로 한다.
[제1 실시 형태]
우선, 도 1을 사용하여, 제1 실시 형태에 관한 각성도 판정 장치(1)의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1은 각성도 판정 장치(1)의 전체 구성을 나타내는 블록 도이다. 이하, 각성도 판정 장치(1)를 차량에 탑재하고, 차량의 운전자의 각성도 저하를 검지하는 경우를 예로 하여 설명한다.
각성도 판정 장치(1)는 운전자로부터 얻어진 심박 신호를 기초로 하여 운전자의 각성도가 저하되고 있는지 여부를 검지하고, 검지 결과를 운전자에게 제시하거나, 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 것이다. 그로 인해, 각성도 판정 장치(1)는 심박 센서(10), 전자 제어 장치(이하「ECU」라 함)(20)를 구비하고 있고, ECU(20)에 심박 신호 전처리부(21), 특징량 추출부(22), 졸음 검지부(23), 졸음 발생 통지부(24), 자극 타이밍 설정부(25), 졸음 제거 자극 출력부(26)가 구성되어 있다.
심박 센서(10)는 심근 수축시에 발생하는 펄스 형상의 전압(심전위)을 검출하는 전위식 심박 센서이며, 운전자의 심박 신호를 취득하는 것이다. 심박 센서(10)는 예를 들어 차량의 스티어링 휠 등에 설치되어 있는 전극으로부터 심전위를 검출한다. 심박 센서(10)는 취득한 심박 신호를 ECU(20)에 출력한다. 심박 센서(10)는 특허청구범위에 기재된 생체 신호 취득 수단으로서 기능하고, 생체 신호 취득 스텝을 실행한다.
ECU(20)는 연산을 행하는 마이크로 프로세서, 마이크로 프로세서에 각 처리를 실행시키기 위한 프로그램 등을 기억하는 ROM, 연산 결과 등의 각종 데이터를 기억하는 RAM 및 배터리에 의해 그 기억 내용이 유지되는 백업 RAM 등에 의해 구성되어 있다.
심박 신호 전처리부(21)는 심박 센서(10)로부터의 심박 신호를 일정 시간마 다 판독하고, 심박 신호로부터 심박 주기 (RR 간격) 시계열을 취득한다. 보다 상세하게는, 우선 심박 신호에 대해 밴드 패스 필터링 처리를 행하하고 나서, 임계값을 초과한 시계열 데이터를 잘라낸다. 다음에, 잘라내어진 시계열 데이터를 2치화(二値化) 하고 나서, 2치화 데이터를 이용하여 구간 폭(주기)을 구한다. 그리고, 구간 폭을 보간하여 심박 주기의 시계열 데이터를 구한다. 심박 신호 전처리부(21)에 있어서 취득된 심박 주기 시계열은 특징량 추출부(22)에 출력된다.
특징량 추출부(22)는 심박 신호 전처리부(21)에 있어서 취득된 심박 주기 시계열로부터, 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표인 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워(시계열)를 취득한다. 보다 상세하게는, 우선 심박 주기의 시계열 데이터를 FFT 처리하여 심박 진동의 주파수 성분인 진폭 스펙트럼을 취득한다. 다음에, 이 진폭 스펙트럼에 대해 저주파 성분의 주파수대 대역을 지정하고, 상기 대역의 진폭 스펙트럼을 적분한다. 이 처리를 반복하여 행함으로써 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워 시계열을 취득한다. 이와 같이, 심박 신호 전처리부(21) 및 특징량 추출부(22)는 특허청구범위에 기재된 지표 취득 수단으로서 기능하고, 지표 취득 스텝을 실행한다. 특징량 추출부(22)에 있어서 취득된 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워(시계열)는 졸음 검지부(23)에 출력된다.
졸음 검지부(23)는 특징량 추출부(22)에 있어서 취득된 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워(시계열)를 기초로 하여 운전자의 졸음 발생의 유무(즉 운전자의 각성도)를 판정한다. 보다 상세하게는, 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스 펙트럼 파워(이하「심박 진동 저주파 성분 파워」라 함)가 제1 졸음 판별 임계값(D1) 이하인 경우에는 졸음이 없는 상태라 판정된다. 심박 진동 저주파 성분 파워가 제1 졸음 판별 임계값(D1)보다도 크고, 또한 제2 졸음 판별 임계값(D2) 이하인 경우에는, 약한 졸음이 있는 상태(각성도가 조금 저하되고 있는 상태)라 판정된다. 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다도 클 때에는, 강한 졸음이 있는 상태(각성도가 크게 저하되고 있는 상태)라 판정된다(도 13 참조). 또한, 제2 졸음 판별 임계값(D2) ＞ 제1 졸음 판별 임계값(D1)이다. 이와 같이, 졸음 검지부(23)는 특허청구범위에 기재된 판정 수단으로서 기능하고, 판정 스텝을 실행한다.
여기서, 제1 졸음 판별 임계값(D1) 및 제2 졸음 판별 임계값(D2)의 설정 방법에 대해 설명한다. 일례로서는, 졸음을 다른 방법으로 정량화하여, 졸음과 심박 진동 저주파 성분 파워와의 상관 관계를 얻는 방법을 들 수 있다. 또한, 졸음을 정량화하는 방법으로서는, 얼굴 화상으로부터 졸음 레벨을 평가하는 방법이 있다(「인간 감각 계측 메뉴얼, 제1 편」P146, 인간 생활 공학 연구 센터, 참조). 또한, 제1 졸음 판별 임계값(D1) 및 제2 졸음 판별 임계값(D2)의 설정 방법은 이 방법에 한정되어 있지 않고, 예를 들어 운전자의 혈압이나 심박수 등의 건강 상태를 고려하여 학습에 의해 설정해도 좋다.
졸음 검지부(23)에 있어서 약한 졸음이 검지된 경우에는, 약한 졸음 상태에 있는 것을 나타내는 그래프가 졸음 발생 통지부(24)에 출력된다. 한편, 졸음 검지부(23)에 있어서 강한 졸음이 검지된 경우에는, 그 취지와 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)가 자극 타이밍 설정부(25)에 출력된다.
졸음 발생 통지부(24)는 졸음 검지부(23)로부터 약한 졸음 상태에 있는 것을 나타내는 그래프가 입력된 경우에, 운전자에 대해 각성도 저하 정보를 제시하는 것이다. 졸음 발생 통지부(24)는 문자 정보나 영상 정보를 표시하기 위한 디스플레이나 음성 정보를 재생하기 위한 스피커 등을 사용하여 각성도 저하 정보를 제시한다.
자극 타이밍 설정부(25)는 졸음 검지부(23)로부터 입력된 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)를 기초로 하여 운전자에 대해 졸음을 제거하기 위한 자극을 부여하는 타이밍을 설정한다. 보다 구체적으로는, 도 14에 도시된 바와 같이 자극 타이밍 설정부(25)는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 소정값 Dx[제1 졸음 임계값 D1 또는 제2 졸음 판별 임계값(D2)]보다도 커진 시각 Ts로부터 소정 시간(예를 들어 60초) 경과할 때까지의 동안, 또는 심박 진동 저주파 성분 파워가 소정값[제1 졸음 판별 임계값(D1) 또는 제2 졸음 판별 임계값(D2)]를 초과한 후, 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안(시각 Ts 내지 시각 Tm의 사이)에 자극을 부여하는 타이밍을 설정한다. 즉, 자극 타이밍 설정부(25)는 특허청구범위에 기재된 타이밍 설정 수단으로서 기능하고, 타이밍 설정 스텝을 실행한다. 또한, 자극 타이밍 설정부(25)는 설정된 타이밍에서 졸음 제거 자극 신호를 졸음 제거 자극 출력부(26)에 출력한다.
자극 부여 타이밍을 이와 같이 설정하는 것은 다음 이유에 의한다. 즉, 자극을 부여하는 타이밍은, 졸음에 저항하고 있는 운전자가 자극을 원하는 타이밍과 일치하거나 혹은 그 타이밍보다도 약간 전인 것이 바람직하다. 운전자가 자극을 원하는 타이밍에서 자극을 부여하는 것은, 운전자의 요망에 따르는 것이 되어 졸음 제거의 유효성이 높다고 생각된다. 발명자에 의한 시험의 결과, 운전자가 자극을 원하는 타이밍(Tu)은 심박 진동 저주파 성분 파워가 소정값[제1 졸음 판별 임계값(D1) 또는 제2 졸음 판별 임계값(D2)]을 초과한 후 최초의 극소값을 취하는 시각(Tm)의 전후, 또는 심박 진동 저주파 성분 파워가 소정값을 초과한 후 약 60초 이내라는 지견을 얻을 수 있었다.
한편, 운전자가 자극을 원하는 타이밍보다도 약간 전에 자극을 부여하는 것은, 그 후에 발생하는 졸음을 억제하는 의미에서 유효성이 높다고 생각된다. 단, 자극을 부여하는 타이밍이 지나치게 선행하면 유효성이 저하된다고 생각된다. 이들 관점에서는, 자극을 부여하는 타이밍으로서, 심박 진동 저주파 성분 파워가 소정값을 초과한 시각 Ts로부터 상기 소정값을 하회하는 시각 Te까지의 동안(즉, 운전자가 졸음과 싸우고 있을 때), 또는 저주파 성분 파워가 극대가 되는 시각 Tp(즉, 운전자의 졸음이 가장 강해져 있을 때)가 바람직하다.
이상을 종합적으로 고려한 결과, 심박 진동 저주파 성분 파워가 소정값 Dx[제1 졸음 판별 임계값(D1) 또는 제2 졸음 판별 임계값(D2)]보다도 커진 시각 Ts로부터 소정 시간(예를 들어 60초) 경과할 때까지의 동안, 또는 심박 진동 저주파 성분 파워가 소정값[제1 졸음 판별 임계값(D1) 또는 제2 졸음 판별 임계값(D2)]을 초과한 후, 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안(시각 Ts 내지 시각 Tm 사이)에 자극을 부여하는 타이밍을 설정하였다.
졸음 제거 자극 출력부(26)는 자극 타이밍 설정부(25)로부터 입력된 졸음 제거 자극 신호를 기초로 하여 운전자에 대해 졸음을 제거하기 위한 자극을 부여한다. 운전자에 대해 부여하는 자극으로서는, 다음과 같은 자극을 예로 들 수 있다. 즉, 예를 들어 버저, 오디오, 크랙션을 사용한 소리에 의한 자극, 미터 조명이나 룸 조명을 사용한 광에 의한 자극, 핸들 또는 시트에 매립 설치된 진동 장치나 에어컨 바람을 사용한 촉각ㆍ온냉각에 대한 자극 및 방향제의 분사를 사용한 냄새에 의한 자극 등을 예로 들 수 있다. 졸음 제거 자극 출력부(26)는 특허청구범위에 기재된 자극 부여 수단으로서 기능하고, 자극 부여 스텝을 실행한다.
다음에, 도 2 내지 도 4와 도 5 내지 도 14를 함께 이용하여 각성도 판정 장치(1)의 동작 및 각성도 판정 방법에 대해 설명한다. 도 2는 각성도 판정 장치(1)에 의한 각성도 저하 검지 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 3, 도 4는 각성도 저하 검지 처리에 있어서의 심박 신호 전처리 및 특징량 추출 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 이들 처리는 ECU(20)에 의해 행해지는 것이며, ECU(20)의 전원이 온(ON)되고 나서 오프(OFF)될 때까지의 동안, 소정의 타이밍에서 반복하여 실행된다.
스텝 S100에서는, 심박 센서(10)로부터 심박 신호가 판독된다. 계속되는 스텝 S102에서는, 스텝 S100에서 판독된 심박 신호에 대해 전처리가 행해진다. 여기서, 도 3을 참조하면서 이 심박 신호 전처리에 대해 설명한다.
스텝 S200에서는, 심박 신호의 시계열 데이터가 밴드 패스 필터에서 처리됨으로써, 심박 신호의 시계열 데이터로부터 통과 대역 0.1 ㎐ 내지 30 ㎐의 성분이 취출된다. 이 처리의 결과를 도 5에 나타낸다.
다음에, 스텝 S202에서는, 도 5에 도시된 바와 같이 심박 신호의 시계열 데이터로부터 심박 타이밍 검출용 임계값 TH0 이상으로 되어 있는 파형 부분이 잘라내어진다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 잘라내어진 파형 부분이 최대가 되는 타이밍이 1이 되고, 다른 타이밍이 0으로 되어 2치화된다. 이에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이 일련의 심박 타이밍이 구해진다.
계속되는 스텝 S204에서는, 도 8에 나타내어진 바와 같이 각 심박 타이밍 t1로부터 다음 심박 타이밍 t2까지의 시간(초)이 구해지고, 구해진 시간 (t2 - t1)이 각 심박 타이밍 t1에 부여됨으로써 심박 주기의 정보를 얻을 수 있다.
계속해서, 스텝 S206에서는, 도 9에 도시된 바와 같이 심박 주기의 정보가 보완되어 심박 주기의 곡선 C가 구해짐으로써, 심박 주기의 시계열 데이터가 취득된다. 그 후, 도 2에 나타내어지는 스텝 S104로 처리가 이행된다.
스텝 S104에서는, 스텝 S206에서 취득된 심박 주기의 시계열 데이터로부터 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)를 취득하는 특징량 추출 처리가 실행된다. 여기서, 도 4를 참조하면서 이 특징량 추출 처리에 대해 설명한다.
우선, 스텝 S300에서는, 도 10에 도시된 바와 같이 임의의 타임 스탬프인 기준 시간(T)보다 전의 해석 단위 구간 폭[Tterm(초)]에 있어서의 심박 주기의 시계열 데이터에 대해 고속 푸리에 변환(FFT) 처리가 행해진다.
다음에, 스텝 S302에서는, 도 11에 도시된 바와 같이 FFT 처리에 의해 해석 단위 구간마다 얻어진 파워 스펙트럼에 있어서, 저주파 성분의 주파수대 대역(0.1 ㎐ 부근)에 대해 진폭 스펙트럼이 적분된다.
계속해서 스텝 S304에서는, 일정 시간이 경과하여 기준 시간이 될 때마다, 해석 단위 구간 폭(Tterm)에 있어서의 심박 주기의 시계열 데이터에 대해 FFT 처리가 행해져 파워 스펙트럼이 적분되는 처리가 반복된다. 이에 의해, 도 12에 도시된 바와 같이, 저주파 성분의 주파수대 대역의 진폭 스펙트럼 파워의 시계열 데이터가 취득된다. 이 진폭 스펙트럼 파워의 시계열 데이터가 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)이다. 그 후, 도 2에 나타내어지는 스텝 S106으로 처리가 이행된다.
스텝 S106에서는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제로보다 크고 제1 졸음 판별 임계값(D1) 이하인지 여부에 대한 판단이 행해진다(도 13 참조). 여기서, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제1 졸음 판별 임계값(D1) 이하인 경우에는, 졸음이 없는 상태라고 판정되어 일단 본 처리로부터 벗어난다. 한편, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제1 졸음 판별 임계값(D1)보다 클 때에는, 스텝 S108로 처리가 이행된다.
스텝 S108에서는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다 큰지 여부에 대한 판단이 행해진다(도 13 참조). 여기서, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2) 이하인 경우에는, 약한 졸음이 있는 상태(각성도가 조금 저하되고 있는 상태)라 판정되어 스텝 S110으로 처리가 이행된다. 한편, 심박 진동 저주파 성분 파워(HRVL)가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다 클 때에는, 강한 졸음이 있는 상태(각성도가 크게 저하되고 있는 상태)라 판정되어 스텝 S112로 처리가 이행된다.
약한 졸음 상태에 있다고 판정된 경우, 스텝 S110에서는 운전자에 대해 각성도 저하 정보가 제시된다. 예를 들어, 각성도가 저하되고 있는 취지의 문자 정보나 영상 정보를 디스플레이에 표시하거나, 각성도가 저하되고 있는 취지의 음성 정보를 스피커로부터 출력함으로써, 각성도 저하 정보가 제시된다. 그 후, 본 처리로부터 일단 벗어난다.
한편, 강한 졸음 상태에 있다고 판정된 경우, 스텝 S112에서는 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)를 기초로 하여 운전자에 대해 졸음을 제거하기 위한 자극을 부여하는 타이밍이 설정된다. 보다 상세하게는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다도 커진 시각 Ts로부터 소정 시간(예를 들어 60초) 경과할 때까지의 동안에 자극을 부여하는 타이밍이 설정된다. 또는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)을 초과한 후, 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안(시각 Ts 내지 시각 Tm의 사이)에 자극을 부여하는 타이밍이 설정된다(도 14 참조).
계속되는 스텝 S114에서는, 스텝 S112에서 설정된 타이밍을 기초로 하여 졸음 제거 자극 신호가 출력되어, 운전자에 대해 졸음을 제거하기 위한 자극이 부여된다. 예를 들어, 버저, 오디오, 크랙션을 사용한 소리에 의한 자극, 미터 조명이나 룸 조명을 사용한 광에 의한 자극, 핸들 또는 시트에 매립 설치한 진동 장치나 에어컨 바람을 사용한 촉각ㆍ온냉각에 대한 자극 및 방향제의 분사를 사용한 냄새에 의한 자극 등이 운전자에게 부여되어 졸음이 제거된다.
운전자가 차량을 운전하고 있을 때의 졸음은 안전 운전의 방해가 되므로 바 람직하지 않은 것이다. 그로 인해, 그것이 약한 졸음이었다 해도, 신체가 졸음에 저항하는 상태, 즉 신체가 졸음과 싸우는 상태가 발생하여 신체가 활성화된다. 본 실시 형태에 따르면, 운전자의 심박 신호로부터 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표인 심박 진동 저주파 성분 파워가 취득되고, 상기 심박 진동 저주파 성분 파워를 기초로 하여 각성도가 판정되므로, 운전 중인 운전자의 약한 졸음(각성도의 저하)을 더 확실하게 검지하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이, 운전 중인 졸음은 바람직하지 않은 것이며, 졸음과 싸우고 있는 상태는 운전자에게 있어서 스트레스가 가해지고 있는 상태이다. 그로 인해, 이와 같은 상태에서는 운전자의 교감 신경계의 활동이 활발화된다. 본 실시 형태에 따르면, 각성도를 판정하는 생리 지표로서 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 심박 진동 저주파 성분 파워가 사용되므로, 교감 신경 활동의 상태, 즉 졸음과 싸우고 있는 상태를 더 확실하게 검지하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이, 심박 진동 저주파 성분 파워는 교감 신경 활동과 상관 관계가 있고, 또한 그 크기는 교감 신경 활동의 활발함, 즉 졸음에 저항하고 있는 정도의 크기와 상관 관계가 있다. 따라서, 각성도가 저하되어 졸음에 저항하고 있는 정도가 커질수록, 교감 신경 활동이 활발화되어 심박 진동 저주파 성분 파워가 증대한다. 본 실시 형태에 따르면, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제1 졸음 판별 임계값(D1)보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있다고 판정되므로, 오검지를 방지하면서 각성도가 저하되고 있는 상태를 확실하게 검지하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이, 각성도가 저하되어 졸음에 저항하고 있는 정도가 커질수 록 교감 신경 활동이 활발화되어 심박 진동 저주파 성분 파워가 증대한다. 본 실시 형태에 따르면, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다도 큰 경우에는 각성도가 보다 저하되고 있다(졸음이 강함)고 판정되므로, 졸음의 강도를 판정하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에 따르면, 운전자의 각성도의 저하를 조기에 검출할 수 있으므로, 졸음 운전을 회피하는 것이 가능해진다.
졸음을 제거하는 자극을 부여하는 적절한 타이밍은 졸음과 싸우고 있는 운전자가 자극을 원하는 타이밍과 일치하거나 혹은 그 타이밍보다도 약간 전인 것이 바람직하다. 여기서, 졸음과 싸우고 있는 운전자가 자극을 원하는 타이밍은 졸음에 저항하는 상태의 강도와 상관 관계가 있다. 본 실시 형태에 따르면, 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표인 심박 진동 저주파 성분 파워를 기초로 하여 자극을 부여하는 타이밍이 설정되므로, 적절한 타이밍에서 자극을 부여하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에 따르면, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다도 커졌을 때부터 소정 시간(예를 들어 60초) 경과할 때까지의 동안, 즉 각성도가 저하되어 졸음에 저항하고 있는 정도가 커졌을 때에 자극이 부여되므로, 적절한 타이밍에서 자극을 부여할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)을 초과한 후, 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안, 즉 운전자가 졸음과 싸우고 있을 때(졸음에 저항하고 있을 때)에 자극이 부여되므로, 적절한 타 이밍에서 자극을 부여할 수 있다.
(제1 실시예)
상술한 각성도 판정 장치(1)의 기능 평가 시험으로서, 각성 저하 검지 시험을 행하였다. 여기서는, 피험자(운전자)의 심박 진동 저주파 성분 파워를 기초로 하는 졸음 검지 결과와, 얼굴 화상으로부터 얻어진 졸음 레벨 관능 평가 결과를 비교함으로써 평가 시험을 행하였다. 그 시험 방법 및 시험 결과를 설명한다. 시험은 다음의 순서로 행하였다.
1. 심박 신호의 계측과 동시에 피험자의 얼굴 화상 시계열을 취득한다.
2. 얼굴 화상 시계열을 하기의 레벨 1 내지 레벨 5를 기준으로 하여 평가하고, 피험자의 졸음을 5단계 레벨로 나눈다[관능 평가(官能評價)]. 또한, 관능 평가의 평가자는 2명으로 하였다.
레벨 1 : 전혀 졸리지 않은 것 같음(시선의 이동이 빠르고 빈번함, 깜박임은 2초에 2회 정도의 안정된 주기, 움직임이 활발하며 신체의 움직임을 수반함)
레벨 2 : 약간 졸린 것 같음(입술이 열려 있음, 시선 이동의 움직임이 느림)
레벨 3 : 졸린 것 같음(깜박임은 천천히와 빈발, 입의 움직임이 있음, 앉은 자세를 고침, 얼굴에 손을 댐)
레벨 4 : 꽤 졸린 것 같음(의식적으로 생각되는 깜박임이 있음, 머리를 흔듦ㆍ어깨의 상하 움직임 등의 불필요한 신체 전체의 움직임이 있음, 하품은 빈발하고 심호흡도 보임, 깜박임도 시선의 이동도 느림)
레벨 5 : 매우 졸린 것 같음(눈을 감고, 머리가 앞으로 기욺, 머리가 뒤로 넘어감)
(출전 :「인간 감각 계측 메뉴얼, 제1 편」, P146, 인간 생활 공학 연구 센터)
3. 2명의 관능 평가의 평균값 Sens를 산출한다.
4. 관능 평가 평균값 Sens로부터 도 15에 나타내는 표에 따라서, 관능 평가에 의한 졸음 레벨 D0 내지 D4를 취득한다.
5. 동시에 각성도 판정 장치(1)에 의해 심박 진동 저주파 성분 파워를 기초로 하여 피험자의 졸음의 검지를 행한다. 또한, 평가의 공정을 기하기 위해, 평가자에 대해 피험자의 심박 신호로부터 구한 심박 진동 저주파 성분 파워에 관한 정보는 사전에 일체 주지 않았다.
도 16에 각성도 저하 검지 시험의 시험 결과를 나타낸다. 도 16의 횡축은 경과 시간(초)이며, 상단 (A)에 관능 평가에 의한 졸음 레벨을 나타내는 동시에, 하단 (B)에 각성도 판정 장치(1)에 의한 심박 진동 저주파 성분 파워를 기초로 하는 졸음 검지 결과를 나타낸다. 보다 상세하게는, 도 16의 영역 I는 관능 평가에 의해 졸음 없음이라 판정된 영역, 영역 II는 관능 평가에 의해 약간 졸린 것 같다고 판정된 영역, 영역 III은 관능 평가에 의해 졸린 것 같다고 판정된 영역이다. 한편, 도 16의 영역 I'는 각성도 판정 장치(1)에 의해 졸음 없음이라 판정된 영역[0 ＜ 심박 진동 저주파 성분 파워 ≤ 제1 졸음 판별 임계값(D1)], 영역 II'는 각성도 판정 장치(1)에 의해 졸음 약함이라 판정된 영역[제1 졸음 판별 임계값(D1) ＜ 심박 진동 저주파 성분 파워 ≤ 제2 졸음 판별 임계값(D2)], 영역 III'는 각성 도 판정 장치(1)에 의해 졸음 강함이라 판정된 영역[심박 진동 저주파 성분 파워 ＞ 제2 졸음 판별 임계값(D2)]이다.
시험 결과에서는, 관능 평가에 의한 졸음 레벨이 레벨 D1(약간 졸린 것 같음)로 되어 있을 때에, 각성도 판정 장치(1)에 의해 졸음 약함으로 판정되어 있다. 또한, 관능 평가에 의한 졸음 레벨이 졸음 레벨 D2(졸린 것 같음)로 되어 있을 때에, 각성도 판정 장치(1)에 의해 졸음 강함으로 판정되어 있다. 즉, 각성도 판정 장치(1)로부터 피험자의 졸음 검지에 성공하여 각성도 판정 장치(1)의 유효성이 확인되었다.
(제2 실시예)
제1 실시예와 다른 피험자에 대해 각성 저하 검지 시험을 행하였다. 시험 방법은 상술한 제1 실시예와 동일하므로 여기서는 설명을 생략한다.
이 각성도 저하 검지 시험의 시험 결과를 도 17에 나타낸다. 이 시험 결과에서도, 관능 평가에 의한 졸음 레벨이 레벨 D1(약간 졸린 것 같음)로 되어 있을 때에, 각성도 판정 장치(1)에 의해 졸음 약함으로 판정되어 있다. 또한, 관능 평가에 의한 졸음 레벨이 졸음 레벨 D2(졸린 것 같음)로 되어 있을 때에, 각성도 판정 장치(1)에 의해 졸음 강함으로 판정되어 있다. 즉, 각성도 판정 장치(1)로부터 피험자의 졸음 검지에 성공하여 각성도 판정 장치(1)의 유효성이 확인되었다.
(제3 실시예)
상술한 각성도 판정 장치(1)의 자극 부여 타이밍의 평가 시험으로서, 자극 부여 타이밍 시험을 행하였다. 여기서는, 심박 신호의 계측과 동시에, 졸음을 취 하기 위한 자극을 원한다고 느꼈을 때에 피험자(운전자) 스위치를 눌렀다.
도 18에 자극 부여 타이밍 시험의 시험 결과를 나타낸다. 도 18의 횡축은 경과 시간(초)이며, 종축은 심박 진동 저주파 성분 파워이다. 또한, 피험자가 자극을 원한 타이밍을 화살표로 나타냈다.
시험 결과에서는, 피험자가 자극을 원한 타이밍이, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다도 커졌을 때부터 소정 시간(60초) 경과할 때까지의 사이에 들어가 있고, 각성도 판정 장치(1)에 있어서 설정되는 자극 부여의 타이밍이 적절한 것이 확인되었다.
(제4 실시예)
제3 실시예와 다른 피험자에 대해 자극 부여 타이밍 시험을 행하였다. 시험 방법은 상술한 제3 실시예와 동일하므로 여기서는 설명을 생략한다.
이 자극 부여 타이밍 시험의 시험 결과를 도 19에 나타낸다. 이 시험에서는, 피험자가 자극을 원한 타이밍(도 19 중 화살표 참조)이, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다도 커졌을 때부터 소정 시간(60초) 경과할 때까지의 사이, 및 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2)을 초과한 후, 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 사이에 들어가 있고, 각성도 판정 장치(1)에 있어서 설정되는 자극 부여의 타이밍이 적절한 것이 확인되었다.
[제2 실시 형태]
다음에, 도 20을 이용하여 제2 실시 형태에 관한 각성도 판정 장치(2)의 구성에 대해 설명한다. 도 20은 각성도 판정 장치(2)의 전체 구성을 나타내는 블록 도이다. 또한, 도 20에 있어서 제1 실시 형태와 동일 또는 동등한 구성 요소에 대해서는 동일 부호가 부여되어 있다.
각성도 판정 장치(2)는 상술한 ECU(20) 대신에, ECU(20D)를 구비하고 있는 점에서 제1 실시 형태와 다르다. 보다 구체적으로는, ECU(20D)는 ECU(20)를 구성하는 특징량 추출부(22), 졸음 검지부(23) 대신에, 특징량 추출부(22D), 졸음 검지부(23D)를 구비하고 있는 점에서 ECU(20)와 다르다. 또한, ECU(20D)는 운전자의 졸음 발생의 유무를 판정하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정부(27)를 더 구비하고 있는 점에서 ECU(20)와 다르다. 그 밖의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 동일 또는 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
특징량 추출부(22D)는 심박 신호 전처리부(21)에 있어서 취득된 심박 주기 시계열로부터, 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)에 더하여, 심박 진동 고주파 성분의 스펙트럼 파워(시계열)를 취득하는 점에서 상술한 특징량 추출부(22)와 다르다. 보다 상세하게는, 특징량 추출부(22D)는, 우선 심박 주기의 시계열 데이터를 FFT 처리하여 심박 진동의 주파수 성분인 진폭 스펙트럼을 취득한다. 다음에, 이 진폭 스펙트럼에 대해 고주파 성분의 주파수대 대역을 지정하여, 상기 대역의 진폭 스펙트럼을 적분한다. 이 처리를 반복하여 행함으로써 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워 시계열을 취득한다. 또한, 심박 진동 저주파 성분 파워 시계열의 취득 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 여기서는 설명을 생략한다.
이와 같이, 심박 신호 전처리부(21) 및 특징량 추출부(22D)도 특허청구범위에 기재된 지표 취득 수단으로서 기능하여 지표 취득 스텝을 실행한다. 특징량 추 출부(22D)에서 얻어지는 심박 진동 저주파 성분 파워는 임계값 설정부(27)에 출력된다. 또한, 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열), 및 심박 진동 고주파 성분 파워(시계열)는 졸음 검지부(23D)에 출력된다.
임계값 설정부(27)는 심박 신호 전처리부(21)에서 취득된 심박수(RR 간격)와, 특징량 추출부(22D)에서 취득된 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)를 기초로 하여 운전자의 졸음 발생의 유무를 판정하기 위한 임계값을 설정한다. 즉, 임계값 설정부(27)는 특허청구범위에 기재된 임계값 설정 수단으로서 기능한다. 또한, 임계값 설정부(27)에 있어서 설정된 임계값은 졸음 검지부(23D)에 출력된다.
여기서, 제2 졸음 판별 임계값(D2)을 설정하는 경우를 예로 하여, 임계값의 설정 방법을 설명한다. 또한, 제1 졸음 판별 임계값(D1)의 설정 방법은 제2 졸음 판별 임계값(D2)과 동일 또는 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
제2 졸음 판별 임계값(D2)을 설정하는 방법으로서는, 예를 들어 미리 설정된 복수의 임계값을 심박수(RR 간격)의 변화 상태와 심박 진동 저주파 성분 파워의 변화 상태에 따라서 절환하는 방법이나, 연산에 의한 방법 등을 들 수 있다.
우선, 도 23을 참조하면서, 미리 설정되어 있는 복수의 임계값을 절환하는 방법에 대해 설명한다. 도 23은 심박수와 심박 진동의 저주파 성분과 설정 임계값의 관계를 나타내는 표이다. 이 경우, 도 23에 도시된 바와 같이, 미리 설정되어 있는 4개의 임계값(D2A, D2B, D2C, D2D)이 심박수의 변화 상태와 심박 진동 저주파 성분 파워의 변화 상태에 따라서 절환된다. 즉, (1) 심박수가 증가 또는 감소하고 있고 또한 심박 진동 저주파 성분 파워가 증가하고 있는 상태일 때에는 임계값 D2A 가 선택되고, (2) 심박수가 증가 또는 감소하고 있고 또한 심박 진동 저주파 성분 파워가 변화없음 또는 감소하고 있는 상태의 경우에는 임계값 D2B가 선택된다. 또한, (3) 심박수가 변화없고 또한 심박 진동 저주파 성분 파워가 증가하고 있는 상태에서는 임계값 D2C가 선택되고, (4) 심박수가 변화없고 또한 심박 진동 저주파 성분 파워가 변화없음 또는 감소하고 있는 상태일 때에는 임계값 D2D가 선택된다. 여기서, 4개의 임계값(D2A, D2B, D2C, D2D)의 관계는「D2A ＞ D2C ＞ D2B ＞ D2D」이다.
여기서, 심박수 및 심박 진동 저주파 성분 파워의 증감 판정 방법에 대해 설명한다. 심박수나 심박 진동 저주파 성분 파워의 증감을 판정하는 방법으로서는, 예를 들어 통계 검정에 의한 방법이나, 구간 데이터 시계열의 기울기로부터 판정하는 방법 등을 들 수 있다.
우선, 도 24를 참조하면서, 통계 검정에 의한 방법에 대해 설명한다. 도 24의 횡축은 검출 개시 시각으로부터의 경과 시간 t(초)이며, 종축은 심박수 또는 심박 진동 저주파 성분 파워이다. 도 24 중에 있어서, t0은 졸음 검지 개시 시각이며, ts는 구간 1을 정하기 위한 임의의 시각이다. 또한, tn은 현재의 시각이며, tb는 구간 3 및 구간 2를 정하기 위한 임의의 시각이다. 이 방법에서는, 도 24에 나타내어지는 각 구간이 통계 검정에 의해 비교되어, 심박수 또는 심박 진동 저주파 성분 파워의 증감의 유무가 판단된다. 그때, 검정 구간의 조합으로서는, 구간 1과 구간 3의 조합, 또는 구간 2와 구간 3의 조합 등이 있고, 이들의 조합된 구간 사이에서 검정이 행해진다.
검정시의 가설은 다음과 같다. 즉, 양 구간에 포함되는 데이터가 같은 분포를 갖는 집단으로부터 추출된 경우를 귀무가설(H0)로 하고, 양 구간에 포함되는 데이터가 다른 분포를 갖는 집단으로부터 추출된 경우를 대립가설(H1)로 한다. 따라서, 검정에 의해 귀무가설(H0)이 채택된 경우에는, 양 구간에 유의차가 없다고 판단할 수 있으므로, 심박수 또는 심박 진동 저주파 성분 파워는 변화없음(증감없음)이라 판단된다. 한편, 검정에 의해 대립가설(H1)이 채택되었을 때에는, 양 구간에 유의차가 있다고 판단할 수 있으므로, 심박수 또는 심박 진동 저주파 성분 파워가 증가 또는 감소하고 있다고 판단된다.
다음에, 구간 데이터 시계열의 기울기로부터 심박수나 심박 진동 저주파 성분 파워의 증감을 판정하는 방법에 대해 설명한다. 이 방법에서는, 상술한 도 24에 나타내어지는 각 구간의 데이터 시계열의 기울기가 구해지고, 그 기울기로부터 심박수나 심박 진동 저주파 성분 파워의 증감이 판정된다. 기울기를 구하는 방법으로서는, 예를 들어 단회귀 계산 등을 사용할 수 있다.
예를 들어, 구간 3에 대해 단회귀 계산을 실시하여 기울기 B를 구하고, 이 기울기 B의 절대값이 기울기 임계값 α보다 큰 경우(｜B｜ ＞ α)에는, 증감있음이라 판단할 수 있다. 또한, 기울기 임계값 α는 임의로 설정되는 정수이다.
또한, 구간 1과 구간 3에 대해 단회귀 계산을 실시하여, 구간 1의 기울기 A와 구간 3의 기울기 B를 구하여, 기울기 B가 기울기 A보다도 큰 경우(B ＞ A)에는 증감있음이라 판단하고, 기울기 B와 기울기 A가 동일할 때(B = A)에는 변화없음(증감없음)이라 판단하고, 기울기 B가 기울기 A보다도 작은 경우(B ＜ A)에는 증감있 음이라 판단할 수도 있다. 여기서, 기울기 B와 기울기 A의 차분의 절대값이 차분량 판정 임계값 γ보다도 큰 경우(｜B - A｜ ＞ γ)에 증감있음이라 판단해도 좋다. 단, 차분량 판정 임계값 γ는 임의로 설정되는 정수이다.
계속해서, 연산에 의한 방법에 대해 설명한다. 이 경우, 제2 졸음 판별 임계값(D2)은 다음 수학식1에 의해 구할 수 있다.
Figure 112009016489731-pct00001
단, b는 계수, M은 심박 진동 저주파 성분 파워의 구간 평균값, SD는 심박 진동 저주파 성분 파워의 구간 표준편차이다.
마찬가지로, 제1 졸음 판별 임계값(D1)은 다음 수학식2에 의해 구할 수 있다.
Figure 112009016489731-pct00002
단, a는 a ＜ b를 만족하는 계수이다.
졸음 검지부(23D)는 특징량 추출부(22D)에서 취득된 심박 진동 저주파 성분 파워가 심박 진동 고주파 성분 파워보다도 클 때에, 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)를 기초로 하여 운전자의 졸음 발생의 유무(즉 운전자의 각성도)를 판정한다. 보다 상세하게는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 임계값 설정부(27)에 의해 설정된 제1 졸음 판별 임계값(D1) 이하인 경우에는, 졸음이 없는 상태라 판정된다. 심박 진동 저주파 성분 파워가 제1 졸음 판별 임계값(D1)보다도 크고, 또한 제2 졸음 판별 임계값(D2) 이하인 경우에는, 약한 졸음이 있는 상태(각성도가 조금 저하되어 있는 상태)라 판정된다. 심박 진동 저주파 성분 파워가 임계값 설정부(27)에 의해 설정된 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다도 클 때에는, 강한 졸음이 있는 상태(각성도가 크게 저하되어 있는 상태)라 판정된다. 또한, 제2 졸음 판별 임계값(D2) ＞ 제1 졸음 판별 임계값(D1)이다. 이와 같이, 졸음 검지부(23D)도 특허청구범위에 기재된 판정 수단으로서 기능하여 판정 스텝을 실행한다.
다음에, 도 21을 참조하면서 각성도 판정 장치(2)의 동작 및 각성도 판정 방법에 대해 설명한다. 도 21은 각성도 판정 장치(2)에 의한 각성도 저하 예측 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 이 처리는 ECU(20D)에 의해 행해지는 것이며, ECU(20D)의 전원이 온되고 나서 오프될 때까지의 동안, 소정의 타이밍에서 반복하여 실행된다.
스텝 S400 및 스텝 S402는 상술한 스텝 S100, 스텝 S102와 동일하므로, 여기서는 중복된 설명을 생략한다.
계속되는 스텝 S404에서는, 심박 주기의 시계열 데이터로부터 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열), 및 심박 진동 고주파 성분 파워(시계열)를 취득하는 특징량 추출 처리 2가 실행된다. 여기서, 도 22를 참조하면서 이 특징량 추출 처리 2에 대해 설명한다.
우선, 스텝 S500에서는, 상술한 스텝 S300과 마찬가지로, 임의의 타임 스탬프인 기준 시간(T)보다 전의 해석 단위 구간 폭[Tterm(초)]에 있어서의 심박 주기 의 시계열 데이터에 대해 고속 푸리에 변환(FFT) 처리가 행해진다.
다음에, 스텝 S502에서는, FFT 처리에 의해 해석 단위 구간마다 얻어진 파워 스펙트럼에 있어서 저주파 성분의 주파수대 대역(0.1 ㎐ 부근)에 대해 진폭 스펙트럼이 적분되는 동시에, 고주파 성분의 주파수 대역(0.3 ㎐ 부근)에 대해 진폭 스펙트럼이 적분된다.
계속해서 스텝 S504에서는, 일정 시간이 경과하여 기준 시간이 될 때마다 해석 단위 구간 폭(Tterm)에 있어서의 심박 주기의 시계열 데이터에 대해 FFT 처리가 행해져 파워 스펙트럼이 적분되는 처리가 반복된다. 이에 의해, 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열) 및 심박 진동 고주파 성분 파워(시계열)가 취득된다. 그 후, 도 21에 나타내어지는 스텝 S406으로 처리가 이행된다.
스텝 S406에서는, 심박수(RR 간격)와 심박 진동 저주파 성분 파워(시계열)를 기초로 하여 운전자의 졸음 발생의 유무를 판정하기 위한 임계값이 설정된다. 또한, 임계값의 설정 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
다음에, 스텝 S408에서는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 심박 진동 고주파 성분 파워보다도 큰지 여부에 대한 판단이 행해진다. 여기서, 심박 진동 저주파 성분 파워가 심박 진동 고주파 성분 파워보다도 큰 경우에는, 스텝 S410으로 처리가 이행된다. 한편, 심박 진동 저주파 성분 파워가 심박 진동 고주파 성분 파워 이하일 때에는, 예외 케이스라 판단되어 본 처리로부터 일단 벗어난다.
계속해서, 스텝 S410에서는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제로보다 크고, 또한 스텝 S406에서 설정된 제1 졸음 판별 임계값(D1) 이하인지 여부에 대한 판단이 행해진다. 여기서, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제1 졸음 판별 임계값(D1) 이하인 경우에는, 졸음이 없는 상태라 판정되어 일단 본 처리로부터 벗어난다. 한편, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제1 졸음 판별 임계값(D1)보다 클 때에는, 스텝 S412로 처리가 이행된다.
스텝 S412에서는, 심박 진동 저주파 성분 파워가 스텝 S406에서 설정된 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다 큰지 여부에 대한 판단이 행해진다. 여기서, 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판별 임계값(D2) 이하인 경우에는, 약한 졸음이 있는 상태(각성도가 조금 저하되어 있는 상태)로 판정되어 스텝 S414로 처리가 이행된다. 한편, 심박 진동 저주파 성분 파워(HRVL)가 제2 졸음 판별 임계값(D2)보다 클 때에는, 강한 졸음이 있는 상태(각성도가 크게 저하되고 있는 상태)라 판정되어 스텝 S416으로 처리가 이행된다.
스텝 S414는 상술한 스텝 S110과 동일하고, 스텝 S416, 스텝 S418은 스텝 S112, 스텝 S114와 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이, 졸음에 저항하고 있는 상태에서는 교감 신경계의 활동이 활발화된다. 그때, 부교감 신경계의 활동은 통상 저하된다. 그러나, 예외적인 케이스로서, 교감 신경계의 활동의 증가와 동시에 부교감 신경계의 활동도 증가하는 경우가 있다. 본 실시 형태에 따르면, 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 생리 지표인 심박 진동 저주파 성분 파워가, 부교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 생리 지표인 심박 진동 고주파 성분 파워보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있는지 여부가 판정되므로, 상술한 예외적인 케이스를 제외하고, 진짜 졸음에 저항하고 있는 상태를 정밀도 좋게 검지하는 것이 가능해진다.
각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하기 위한 임계값은, 예를 들어 개인차나 동일한 사람이라도 그날의 컨디션 변화 등에 의해 변경되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 따르면, 심박 신호 및 심박 진동 저주파 성분 파워를 기초로 하여 임계값이 설정되는 동시에, 심박 진동 저주파 성분 파워가 상기 임계값보다도 큰 경우에 각성도가 저하되고 있다고 판정된다. 그로 인해, 각 운전자의 생리 특성에 맞게 임계값을 설정할 수 있어, 졸음 검지의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
(제5 실시예)
상술한 각성도 판정 장치(2)의 기능 평가 시험으로서, 심박 진동 고주파 성분 파워를 고려한 경우와 고려하지 않는 경우에 대해 각성 저하 검지 시험을 행하였다. 도 25, 도 26을 참조하면서 그 시험 결과를 설명한다. 도 25는 심박 진동의 고주파 성분 파워를 고려하지 않는 경우의 졸음 검지 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 한편, 도 26은 심박 진동 고주파 성분 파워를 고려한 경우의 졸음 검지 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 25, 도 26의 횡축은 검지 개시로부터의 경과 시간(초)이며, 종축은 상단으로부터, (A) 관능 평가 결과, (B) 졸음 검지 결과(추정 결과), (C) 심박 진동 저주파 성분 파워/심박 진동 고주파 성분 파워이다.
심박 진동 고주파 성분 파워를 고려하지 않은 경우, 즉 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판정 임계값(D2)을 초과한 만큼 강한 졸음이 있다고 판단하는 경우에는, 도 25의 중단에 나타내어진 바와 같이, 경과 시간이 1500초 부근에서 심박 진동 저주파 성분 파워가 증대하였을 때에 강한 졸음이 있다고 판단된다. 그러나, 이때에는 심박 진동 고주파 성분 파워도 동시에 증대하고 있어, 운전자의 각성도가 진짜로 저하되고 있는 상태가 아닌, 예를 들어 운전자가 깜짝 놀란 경우나 공조 등의 환경 변화가 있던 경우 등, 교감 신경계의 활동의 증가와 동시에 부교감 신경계의 활동도 증가하는 예외적인 케이스라 생각된다. 그로 인해, 도 25의 상단 (A)에 나타낸 관능 평가에서는, 졸음이 검지되고 있지 않다. 즉, 심박 진동의 고주파 성분 파워를 고려하지 않은 경우에는, 이와 같은 예적인 케이스를 배제할 수 없다.
한편, 심박 진동 고주파 성분 파워를 고려한 경우, 즉 심박 진동 저주파 성분 파워가 심박 진동 고주파 성분 파워보다도 크고, 또한 심박 진동 저주파 성분 파워가 제2 졸음 판정 임계값(D2)을 초과한 경우에 강한 졸음이 있다고 판단한 경우에는, 도 26의 중단에 나타내어진 바와 같이, 경과 시간이 1500초 부근에서 심박 진동 저주파 성분 파워가 증대하였을 때라도 졸음이 있다고 판단되지 않는다. 이와 같이, 심박 진동 고주파 성분 파워를 고려함으로써, 교감 신경계의 활동의 증가와 동시에 부교감 신경계의 활동도 증가하는 예외적인 케이스를 배제할 수 있어, 본 발명의 유효성을 확인할 수 있었다.
(제6 실시예)
상술한 각성도 판정 장치(2)의 기능 평가 시험으로서, 졸음 판정 임계값을 고정한 경우와 가변시킨 경우에 대해 각성 저하 검지 시험을 행하였다. 도 27, 도 28를 참조하면서 그 시험 결과를 설명한다. 도 27은 졸음 판정 임계값을 고정하였을 때의 졸음 검지 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 한편, 도 28은 졸음 판정 임계값을 가변하였을 때의 졸음 검지 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 27, 도 28의 횡축은 검지 개시로부터의 경과 시간(초)이며, 종축은 상단으로부터, (A) 관능 평가에 의한 졸음도, (B) 심박 진동 저주파 성분 파워이다.
졸음 판정 임계값을 고정한 경우, 도 27에 도시된 바와 같이, 경과 시간이 1600초 부근에서 관능 평가에 따르면 강한 졸음이 있다고 판단되고 있을 때(도면 중 화살표 참조)라도, 심박 진동 저주파 성분 파워는 제2 졸음 판정 임계값(D2) 미만이고, 강한 졸음이 있다고는 판단되고 있지 않다. 이와 같이, 졸음 판정 임계값을 고정한 경우에는, 운전자의 개인차나 컨디션 변화 등에 유연하게 대응하는 것이 곤란하다.
한편, 졸음 판정 임계값을 가변하도록 한 경우, 도 28에 도시된 바와 같이 경과 시간이 1600초 부근에서 관능 평가에 따르면 강한 졸음이 있다고 판단되고 있을 때(도면 중 화살표 참조)에, 심박 진동 저주파 성분 파워가 변경 후의 제2 졸음 판정 임계값(D2)을 초과하고 있고, 강한 졸음이 있다고 판단된다. 이와 같이, 졸음 판정 임계값을 가변하도록 함으로써, 운전자의 생리 특성에 따른 졸음 검지를 행할 수 있고, 본 발명의 유효성을 확인할 수 있었다.
(제7 실시예)
상술한 각성도 판정 장치(2)의 기능 평가 시험으로서, 제2 졸음 판정 임계값의 변경 시험을 행하였다. 도 29을 참조하면서 그 시험 결과를 설명한다. 도 29 는 졸음 판정 임계값의 변경 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 29의 횡축은 검지 개시로부터의 경과 시간(초)이며, 종축은 상단으로부터, (A) 심박 진동 저주파 성분 파워, (B) 심박수이다.
임계값 설정 방법으로서는, 상술한 통계 검정에 의한 방법을 사용하였다. 도 29 중 구간 1 및 구간 2에 대해, 심박 진동 저주파 성분 파워와 심박수에 대해 검정을 행한 결과, 심박 진동 저주파 성분 파워에서는 유의차 없음이라 판정되고, 심박수에서는 유의차 있음(P ＜ 0.005)이라 판정되었다. 이 검정 결과에 따라서, 졸음 판정 임계값을 변경하는 것을 결정하였다. 졸음 판정 임계값의 설정 방법은, 상술한 연산에 의한 방법을 사용하였다. 즉, 상기 수학식2에 구간 2의 심박 진동 저주파 성분 파워의 구간 평균값(M)(= 21300), 및 심박 진동 저주파 성분 파워의 구간 표준편차(SD)(= 6400)를 대입하여 제2 졸음 판정 임계값(D2)(= 40500)을 구하였다. 또한, 여기서는 계수 b = 3으로 하였다.
그 결과, 도 29의 상단 (A)에 도시된 바와 같이, 구간 2가 종료된 시점에서, 제2 졸음 판정 임계값(D2)이 10 × 104로부터 4.05 × 104로 변경되었다. 이와 같이, 심박 진동 저주파 성분 파워와 심박수를 기초로 하여 졸음 판정 임계값이 적절하게 변경되는 것이 확인되었다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 각성도 판정 장치의 탑재 장소는 차량에 한정되는 것은 아니고, 각성도의 저하 검지가 행해지는 피 험자도 차량의 운전자에 한정되지 않는다. 즉, 건강 기구나 의료 기구 등에도 적용할 수 있다.
또한, 운전자의 심박 신호를 취득하는 센서로서는, 전위식 심박 센서 외, 심박에 따라서 주기적으로 변화하는 적외선의 반사광량을 검출하는 적외선식 심박 센서나 운전자의 혈압을 검출하는 센서 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 각성도 판정 장치(1)에서 검지되는 각성도의 레벨을 3단계로 나누었지만, 2단계나 4단계 이상으로 나누어도 좋다.
본 발명은 각성도 판정 장치 및 각성도 판정 방법에 있어서, 활동중인 사람의 생체 신호로부터 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 취득하는 동시에, 상기 생리 지표를 기초로 하여 각성도를 판정하는 구성으로 하였으므로, 활동중인 사람의 약한 졸음을 더욱 확실하게 검지하는 것이 가능해진다.

Claims (26)

  1. 활동중인 사람의 생체 신호를 취득하는 신호 취득 수단과,
    상기 신호 취득 수단에 의해 취득된 상기 생체 신호로부터 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 취득하는 지표 취득 수단과,
    상기 지표 취득 수단에 의해 취득된 상기 생리 지표를 기초로 하여 상기 사람의 각성도를 판정하는 판정 수단과,
    상기 사람에게 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 자극 부여 수단과,
    상기 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 타이밍 설정 수단을 구비하고,
    상기 생체 신호는 심박 신호이고,
    상기 생리 지표는 상기 심박 신호로부터 취득된 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워이며,
    상기 타이밍 설정 수단은, 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 커졌을 때부터 소정 시간 경과할 때까지의 동안에, 또는 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값을 초과한 후 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안에 상기 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생리 지표는 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 판정 수단은 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 판정 수단은 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 큰 경우에는 작은 경우와 비교하여, 각성도가 보다 저하되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 운전자의 생체 신호를 취득하는 신호 취득 스텝과,
    상기 신호 취득 스텝에서 취득된 상기 생체 신호로부터, 졸음에 저항하는 상태의 강도를 나타내는 생리 지표를 취득하는 지표 취득 스텝과,
    상기 지표 취득 스텝에서 취득된 상기 생리 지표를 기초로 하여 상기 운전자의 각성도를 판정하는 판정 스텝과,
    상기 운전자에게 각성도를 상승시키는 자극을 부여하는 자극 부여 스텝과,
    상기 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 타이밍 설정 스텝을 구비하고,
    상기 생체 신호는 심박 신호이고,
    상기 생리 지표는 상기 심박 신호로부터 취득된 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워이며,
    상기 타이밍 설정 스텝에서는, 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 커졌을 때부터 소정 시간 경과할 때까지의 동안에, 또는 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값을 초과한 후 가장 가까운 극소값을 취할 때까지의 동안에 상기 자극을 부여하는 타이밍을 설정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 생리 지표는 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 판정 스텝에서는, 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 소정값보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 판정 스텝에서는 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 큰 경우에는 작은 경우와 비교하여, 각성도가 보다 저하되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서, 상기 생리 지표는 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 것, 및 부교감 활동과 상관 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 생리 지표는 상기 심박 신호로부터 취득된 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워, 및 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워인 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 판정 수단은 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 상기 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 사람의 각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정 수단을 구비하고,
    상기 판정 수단은 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 상기 임계값보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 임계값 설정 수단은 상기 심박 신호 및 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 기초로 하여 상기 임계값을 설정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 장치.
  22. 제9항에 있어서, 상기 생리 지표는 교감 신경 활동과 상관 관계를 갖는 것, 및 부교감 활동과 상관 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 생리 지표는 상기 심박 신호로부터 취득된 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워, 및 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워인 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 판정 스텝에서는 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 상기 심박 진동 고주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 운전자의 각성도가 저하되고 있는지 여부를 판정하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정 스텝을 구비하고,
    상기 판정 스텝에서는 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워가 상기 임계값보다도 큰 경우에, 각성도가 저하되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 임계값 설정 스텝에서는, 상기 심박 신호 및 상기 심박 진동 저주파 성분의 진폭 스펙트럼 파워를 기초로 하여 상기 임계값을 설정하는 것을 특징으로 하는 각성도 판정 방법.
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