KR101806703B1 - 운전자 상태 모니터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 운전자 상태 모니터링 장치에 관한 것으로, 제1조명을 구동시키는 제1조명모듈, 영상을 획득하는 카메라, 상기 제1조명에 무선으로 동기화되어 제2조명을 구동하는 제2조명모듈, 및 상기 카메라를 통해 획득한 영상을 분석하여 운전자 상태를 인식하는 제어부를 포함한다.

Description

운전자 상태 모니터링 장치{DRIVER STATE MONITORING APPARATUS}
본 발명은 차량 내 실내등(맵등) 또는 클러스터 등에 간접조명을 설치하여 외부광이 없을 때만 간접조명을 메인 조명과 함께 구동시켜 얼굴 인식 성능을 향상시키는 운전자 상태 모니터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 운전자 상태 모니터링(Driver State Monitoring, DSM) 장치는 운전자가 전방을 주시하지 않거나 졸음 운전을 하는 경우, 이를 미리 감지하여 운전자에게 주의를 주는 시스템이다. 운전자 상태 모니터링 장치는 차량 내부에 설치된 카메라를 통해 운전자의 얼굴을 인식하거나 원격에서 차량 내부의 물건을 확인하는 기능 등을 제공하고 있다.
이러한 운전자 상태 모니터링 장치는 외부광 영향을 최소화하기 위해 대부분 적외선 대역에서 동작한다. 운전자 상태 모니터링 장치의 얼굴 인식 기능은 얼굴 촬영 DB(database)를 활용한 학습기반으로 구현된다. 기존의 얼굴 촬영 DB는 적외선이 아닌 일반 광원을 기반으로 했을 뿐만 아니라 간접 광원의 효과로 인해 얼굴에 그림자 등이 도드라지지 않는 경우가 많다.
하지만, 운전자 상태 모니터링 장치에서 1개 또는 2개의 적외선 LED(Light Emitting Diode)가 사용되는데, 적외선 LED가 면광원이 아닌 점광원이므로 얼굴에 그림자 등이 매우 도드라지는 경향이 있다. 특히, 저녁과 같이 외부광이 없는 경우 얼굴에 그림자 등이 더욱 도드라진다.
이와 같이, 종래의 운전자 상태 모니터링 장치는 얼굴 인식을 위해 적외선 LED와 같은 점광원을 사용하므로, 얼굴 각도가 달라지면 코, 광대 또는 안경테 등에 의한 그림자가 생겨 얼굴 인식 성능을 저하시킬 수 있다.
또한, 운전자 상태 모니터링 장치는 외부광 영향을 최소화하기 위하여 적외선 밴드 패스 필터(band pass filter)를 사용하고 이미지 센서의 적외선 대역 효율이 좋지 못하므로, 조명용 적외선 LED에 비교적 큰 전류가 필요하여 간접 조명을 상시 구동할 경우, 열과 전력 소모, 수명 등에 있어 사용이 어렵다.
KR 10-1336096 B1
본 발명은 차량 내 실내등(맵등) 또는 클러스터 등에 간접조명을 설치하여 외부광이 없을 때만 간접조명을 메인 조명과 함께 구동시켜 얼굴 인식 성능을 향상시키는 운전자 상태 모니터링 장치를 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 상태 모니터링 장치는 제1조명을 구동시키는 제1조명모듈, 영상을 획득하는 카메라, 상기 제1조명에 무선으로 동기화되어 제2조명을 구동하는 제2조명모듈, 및 상기 카메라를 통해 획득한 영상을 분석하여 운전자 상태를 인식하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2조명모듈은, 주변의 광신호를 검출하는 수광부, 상기 수광부에 의해 검출된 광신호에서 저주파 성분만 선택적으로 통과시키는 저역필터, 상기 수광부와 상기 저역필터의 출력신호에 따라 제2조명 인가신호를 출력하는 논리소자, 상기 제2조명 인가신호에 따라 제2조명을 구동시키는 구동회로, 및 상기 구동회로의 제어에 따라 적외선을 상기 제2조명으로 출력하는 발광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수광부는, 하나 이상의 포토다이오드로 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기 저역필터의 차단 주파수는, 카메라의 프레임 레이트보다 작은 주파수인 것을 특징으로 한다.
상기 논리소자는, 상기 저역필터를 통과한 저주파 성분이 없는 경우, 상기 광신호의 고주파 성분에 동기화하여 제2조명을 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기 논리소자는, 논리 부정(NOT) 게이트 및 논리곱(AND) 게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2조명모듈은, 차량 내 맵등 또는 클러스터에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량 내 실내등(맵등) 또는 클러스터 등에 간접조명을 설치하여 외부광이 없을 때만 간접조명을 메인 조명과 함께 구동시켜 얼굴 인식 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 간접조명을 이용하여 카메라를 통해 촬영되는 영상의 품질을 향상시켜 강인한 얼굴 인식을 가능하게 하므로, 얼굴 인식이 기본이 되는 운전자 상태 모니터링 장치의 졸음 인식 기능 등의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 외부광에 저주파 성분이 없는 경우에만 간접조명을 구동시켜 간접조명의 열, 전력 소모, 및 수명 문제를 해결하므로, 운전자 상태 모니터링 장치의 신뢰성을 강화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 상태 모니터링 장치의 블록구성도.
도 2는 도 1에 도시된 제2조명모듈의 회로도.
도 3은 도 2에 도시된 수광부의 출력신호를 도시한 그래프.
본 명세서에 기재된 "포함하다", "구성하다", "가지다" 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일", "하나" 및 "그" 등의 관사는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 운전자 상태 모니터링(DSM) 장치의 얼굴 인식 성능을 더욱 강인하게 하기 위한 기술을 제공하고자 한다. 이에, 본 발명은 적외선 간접조명을 사용하여 얼굴 영상의 품질을 향상시키므로, 얼굴의 방향, 각도 또는 표정, 및 안경 등에 의한 영향을 최소화한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 상태 모니터링 장치의 블록구성도를 도시한다.
운전자 상태 모니터링 장치는 제2조명모듈(100)과 인식모듈(200)을 포함한다.
제2조명모듈(100)은 차량 내 맵등(실내등) 또는 클러스터 등과 같이 조명이 사용되는 위치에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 제2조명모듈(110)이 차량 내 맵등 또는 클러스터 등에 설치되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 차량 내 미리 정해진 특정 위치에 설치될 수도 있다.
제2조명모듈(100)은 주변의 광신호(이하, 주변광)을 센싱하여 적외선 성분이 있는지 여부를 확인한다. 제2조명모듈(100)은 센싱한 주변광에 적외선 성분이 없는 경우 인식모듈(200)의 제1조명(메인조명)과 무선으로 동기화시켜 제2조명(간접조명)을 구동시킨다. 주변광은 외부광 신호 및 제1조명의 광신호를 포함한다.
인식모듈(200)은 차량의 내부 영상을 촬영하고 촬영된 영상으로부터 얼굴 인식 또는 시선 추적 등의 기능을 수행한다. 인식모듈(200)는 얼굴 인식 및 시선 추적 등을 통해 운전자 상태를 감지한다. 이러한 인식모듈(200)은 얼굴인식기 또는 시선추적기 등으로 구현될 수 있다.
인식모듈(200)은 카메라(210), 제1조명모듈(220), 메모리(230) 및 제어부(240)를 포함한다.
카메라(210)는 제어부(240)의 제어에 따라 차량 실내의 영상을 획득한다. 예를 들어, 카메라(210)는 운전자의 얼굴 영상을 획득한다. 카메라(210)는 정해진 주기로 영상을 획득할 수도 있다.
카메라(210)는 적외선 이미지 센서, CCD(charge coupled device) 이미지 센서, CMOS(complementary metal oxide semi-conductor) 이미지 센서, CPD(charge priming device) 이미지 센서 및 CID(charge injection device) 이미지 센서 등과 같은 이미지 센서들 중 어느 하나의 이미지 센서로 구현될 수 있다.
제1조명모듈(220)은 운전자 상태 모니터링 장치의 메인 조명으로, 카메라(210)의 노출과 동기화되어 동작한다. 제1조명모듈(220)은 제어부(240)의 제어에 따라 적외선을 발생시킨다. 제1조명모듈(220)은 적외선을 발생시키는 하나 이상의 플래시 램프(flash lamp), 할로겐 램프 또는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 등의 광원을 포함할 수 있다.
다시 말해서, 제1조명모듈(220)은 영상 촬영 시 카메라(210)의 노출시간 동안 광원에 전원을 공급하여 적외선을 조사한다.
메모리(230)는 운전자 상태 모니터링 장치의 동작을 제어하기 위한 프로그램 및 입/출력 데이터 등을 저장한다. 메모리(230)는 얼굴 인식을 위한 참조 얼굴 영상들, 얼굴 특징, 얼굴 인식 프로그램 및 시선추적 프로그램 등을 저장한다.
메모리(230)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(Random Access Memory, RAM), 롬(Read Only Memory, ROM), 웹 스토리지(web storage) 등의 저장매체 중 어느 하나 이상의 저장매체로 구현될 수 있다.
제어부(240)는 카메라(210)를 통해 획득한 영상을 분석하여 얼굴을 인식하거나 시선을 검출하여 시선 추적을 수행한다. 제어부(240)는 카메라(210)를 사용하여 영상을 획득할 때, 제1조명모듈(220)을 제어하여 적외선을 조사한다.
제어부(240)는 공지된 얼굴 인식 기술 또는 시선 검출 기술 등을 이용하여 얼굴 인식 및 시선 추적을 수행할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(240)는 메모리(230)에 저장된 얼굴 인식 프로그램 또는 시선추적 프로그램 등을 이용하여 운전자 얼굴을 인식하거나 운전자의 시선 방향을 인식한다.
도 2는 도 1에 도시된 제2조명모듈(100)의 회로도를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 수광부의 출력신호를 도시한 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2조명모듈(100)은 수광부(110), 저역필터(Low Pass Filter, 120), 제1논리소자(130), 제2논리소자(140), 구동회로(Driver IC)(150) 및 발광부(160)를 포함한다.
수광부(110)는 주변의 광신호(주변광)를 감지하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 주변광은 태양광과 같은 외부광 신호 및 인식모듈(200)의 제1조명(메인조명)의 광신호를 포함한다.
수광부(110)는 주변의 광신호를 검출하고 검출된 광신호에 상응하는 전기 신호로 변환하여 출력한다. 이러한 수광부(110)는 하나 이상의 포토다이오드 또는 광센서 등으로 구성될 수 있다.
저역필터(120)는 수광부(110)의 출력신호에 들어있는 주파수 중 차단 주파수(cut-off frequency) 이하의 저주파 신호만 통과시킨다. 즉, 저역필터(120)는 수광부(110)의 출력신호의 저주파 성분만 통과시킨다.
저역필터(120)의 차단 주파수는 카메라(210)의 프레임 비율(frame rate)보다 작아, 저역필터(120)는 제1조명의 플래시(flash) 성분을 제거하여 외부광 신호만 선택적으로 통과시킨다. 다시 말해서, 저역필터(120)는 수광부(110)에 의해 검출된 주변광로부터 제1조명의 광신호를 제거하고 외부광 신호만 선택적으로 통과시킨다.
제1논리소자(130)는 저역필터(120)의 출력을 입력으로 받아 반전시킨다. 제1논리소자(130)는 논리 부정 게이트(NOT gate)로 구현된다. 예컨대, 제1논리소자(130)는 저역필터(120)에 의해 필터링된 저주파 성분이 존재하면 '0'을 출력하고 저주파 성분이 존재하지 않으면 '1'을 출력한다.
제2논리소자(140)는 제1논리소자(130)의 출력과 수광부(110)의 출력을 입력으로 받고, 제1논리소자(130)와 수광부(110)의 출력들을 논리곱(AND) 연산한다. 제2논리소자(140)는 논리곱 연산에 따라 제2조명 인가신호(간접조명 인가신호)를 출력한다. 제2논리소자(140)는 논리곱 게이트(AND gate)로 구현되고, 제2조명 인가신호는 조명 점등 '1' 또는 조명 소등 '0'일 수 있다.
예컨대, 제2논리소자(140)는 저역필터(120)에 의해 필터링된 저주파 성분이 존재하지 않으며 외부광의 적외선 성분이 부족한 경우, '1'을 출력하고, 저주파 성분이 존재하지 않지만 외부광의 적외선 성분이 충분하면 '0'을 출력한다.
제2논리소자(140)는 제1논리소자(130)의 출력신호(저주파 성분 존재유무)가 '1'인 경우 수광부(110)의 출력신호(고주파 성분)에 따라 출력신호를 결정한다. 즉, 제1논리소자(130)의 출력신호가 '1'인 경우, 수광부(110)의 출력신호가 '1'이면 제2논리소자(140)는 '1'을 출력하고, 수광부(110)의 출력신호가 '0'이면 제2논리소자(140)는 '0'을 출력한다.
한편, 제1논리소자(130)의 출력신호가 '0'인 경우, 제2논리소자(140)는 수광부(110)의 출력신호에 관계없이 '0'을 출력한다. 즉, 제2논리소자(140)는 저역필터(120)에 의해 필터링된 저주파 성분이 존재하는 경우 수광부(110)를 통해 검출된 주변의 광신호에 무관하게 '0'을 출력한다.
제1논리소자(130) 및 제2논리소자(140)는 저역필터(120)를 통과한 저주파 성분이 없을 때만 제2조명 인가신호 '1'를 출력한다. 즉, 제1논리소자(130) 및 제2논리소자(140)는 저역필터(120)를 통과한 저주파 성분이 없는 경우에만 제2조명의 동작을 지시하는 신호를 출력한다.
구동회로(150)는 제2논리소자(140)로부터 출력되는 제2조명 인가신호에 따라 발광부(160)를 구동시킨다. 이때, 구동회로(150)는 제1조명 인가신호에 동기화시켜 발광부(160)를 구동시킨다.
구동회로(150)는 제2조명 인가신호를 제어부(240)로부터 출력되는 제1조명 인가신호와 동기화시키기 위해, 수광부(110)로부터 출력되는 신호의 고주파 성분에 동기화하여 발광부(160)를 구동한다. 다시 말해서, 구동회로(150)는 인식모듈(200)의 제1조명이 구동될 때 제2조명을 함께 구동시킨다.
발광부(160)는 구동회로(150)의 제어에 따라 적외선을 발생시킨다. 발광부(160)는 하나 이상의 적외선 LED로 구현될 수 있다. 즉, 발광부(160)는 구동회로(150)의 제어에 따라 점등 또는 소등된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 밤과 같이 외부광의 적외선 성분이 충분하지 않아 저역필터(120)를 통과한 저주파 성분이 없는 경우에는 제2논리소자(140)의 한쪽 입력이 항상 '1'이므로, 수광부(110)로부터 출력되는 신호의 주파수(제1조명의 주파수)에 동기화시켜 제2조명을 구동한다.
한편, 낮과 같이 외부광의 적외선 성분이 충분하여 저역필터(120)를 통과한 저주파 성분이 있는 경우에는 제2논리소자(140)의 한쪽 입력이 항상 '0'이 되므로, 수광부(110)의 출력 신호에 무관하게 제2조명을 구동하지 않는다.
이상과 같이, 본 발명은 외부광의 적외선 성분이 없는 경우, 운전자 상태 모니터링 장치의 제1조명에 무선 방식으로 동기화시켜 제2조명을 구동한다. 따라서, 본 발명에 따른 운전자 상태 모니터링 장치는 강인한 얼굴 인식 성능을 제공하며, 운전자 상태 모니터링 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이하, 제2조명모듈(100)의 동작을 설명한다.
제2조명모듈(100)의 수광부(110)는 주변의 광신호를 센싱하여 그에 상응하는 전기신호를 출력한다.
저역필터(120)는 수광부(110)로부터 출력되는 전기신호의 주파수 중 저주파 신호를 필터링한다. 즉, 저역필터(120)는 수광부(110)를 통해 검출한 외부광의 적외선 성분만 추출한다.
제1논리소자(130)는 저역필터(120)에 의해 저주파 성분이 필터링되면 '0'을 출력하고, 저역필터(120)에 의해 저주파 성분이 필터링되지 않으면 '1'을 출력한다.
제2논리소자(140)는 제1논리소자(130)의 출력신호와 수광부(110)의 출력신호를 입력으로 받아 AND 연산을 수행한다. 수광부(110)의 출력신호는 외부광의 고주파 성분이다.
제2논리소자(140)는 AND 연산 결과에 따라 제2조명 인가신호를 출력한다. 즉, 제2논리소자(140)는 제1논리소자(130)로부터 입력된 신호와 수광부(110)으로부터 입력된 신호의 AND 연산 결과에 따라 제2조명의 구동여부를 지시하는 제어신호를 출력한다.
구동회로(150)는 제2논리소자(140)로부터 출력되는 제어신호에 따라 발광부(160)를 구동시켜 적외선을 출력한다. 발광부(160)는 구동회로(150)에 제어에 따라 전원을 공급받아 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하여 출력한다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다.
100: 제2조명모듈
110: 수광부
120: 저역필터
130: 제1논리소자
140: 제2논리소자
150: 구동회로
160: 발광부

Claims (7)

  1. 제1조명을 구동시키는 제1조명모듈(220),
    영상을 획득하는 카메라(210),
    상기 제1조명에 무선으로 동기화되어 주변의 광신호에서 저주파 성분이 없을 경우, 적외선을 출력하는 제2조명을 구동하는 제2조명모듈(100), 및
    상기 카메라를 통해 획득한 영상을 분석하여 운전자 상태를 인식하는 제어부(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 상태 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2조명모듈(100)은,
    상기 주변의 광신호를 검출하는 수광부(110),
    상기 수광부에 의해 검출된 광신호에서 저주파 성분만 선택적으로 통과시키는 저역필터(120),
    상기 수광부(110)와 상기 저역필터(120)의 출력신호에 따라 제2조명 인가신호를 출력하는 논리소자(130,140),
    상기 제2조명 인가신호에 따라 제2조명을 구동시키는 구동회로(150), 및
    상기 구동회로의 제어에 따라 적외선을 상기 제2조명으로 출력하는 발광부(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 상태 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수광부(110)는,
    하나 이상의 포토다이오드로 구현되는 것을 특징으로 하는 운전자 상태 모니터링 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 저역필터(120)의 차단 주파수는,
    카메라의 프레임 레이트보다 작은 주파수인 것을 특징으로 하는 운전자 상태 모니터링 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 논리소자(130, 140)는,
    상기 저역필터(120)를 통과한 저주파 성분이 없는 경우, 상기 광신호의 고주파 성분에 동기화하여 제2조명을 구동하는 것을 특징으로 하는 운전자 상태 모니터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 논리소자(130,140)는,
    논리 부정(NOT) 게이트 및 논리곱(AND) 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 상태 모니터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2조명모듈(100)은,
    차량 내 맵등 또는 클러스터에 설치되는 것을 특징으로 하는 운전자 상태 모니터링 장치.
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