KR101926921B1 - 운전자 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

운전자 모니터링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전자 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 운전자의 얼굴 영상을 촬영하는 카메라, 상기 운전자의 뇌파를 측정하는 헤드레스트, 상기 헤드레스트의 위치를 조절하는 헤드레스트 조절부 및 상기 얼굴 영상으로부터의 눈 위치 검출을 통해 상기 운전자의 머리 위치를 추정하고 추정한 머리 위치에 따라 상기 헤드레스트의 위치를 조절한 후 상기 운전자의 뇌파 신호를 측정 및 분석하여 운전자 상태를 판단하는 처리부를 포함한다.

Description

운전자 모니터링 장치 및 방법{DRIVER MONITORING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 미착용 뇌파 측정 모듈을 이용하여 운전자의 뇌파를 측정하고 측정한 뇌파를 분석하여 운전자의 상태를 모니터링하는 운전자 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 건강에 대한 관심이 증가하면서 건강을 예방하고 진단하는 니즈가 증가하고 있다. 이에 대응하여 차량에서도 운전자의 생체 신호를 측정하여 운전자의 상태를 모니터링하는 운전자 헬스 케어 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히, 뇌파 신호는 운전자의 상태 및 의도와 관련된 많은 정보를 가지고 있어서, 운전자의 졸음 상태, 감정, 및/또는 의도 등을 추정할 수 있는 생체신호로 차량에서 측정 시 활용도가 높다. 이러한 이유로 차량 내에서 운전자의 생체 신호를 측정하고자 하는 연구가 진행되어 왔으나, 뇌파 측정을 위해 다수의 전극이 부착되어있는 장치를 머리에 착용해야 함에 따라 사용자에게 불편을 제공하며 사용성 측면에서도 불리함이 있었다.
KR 101490395 B1 KR 1020060111173 A
본 발명은 종래에 운전자가 뇌파 측정 장치를 착용해야 하는 번거로움 및 뇌파 측정 장치 착용으로 움직임의 제약이 따르는 불편함을 해소하기 위해, 뇌파 측정 장치를 헤드레스트(headrest)에 장착하여 운전 시 헤드레스트의 위치를 조정하여 운전자의 머리에 뇌파 측정 장치가 밀착되게 하여 운전자의 뇌파를 측정하고 측정한 뇌파 신호를 분석하여 운전자의 상태를 모니터링하는 운전자 모니터링 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 모니터링 장치는 운전자의 얼굴 영상을 촬영하는 카메라, 상기 운전자의 뇌파를 측정하는 헤드레스트, 상기헤드레스트의 위치를 조절하는 헤드레스트 조절부 및 상기 얼굴 영상으로부터의 눈 위치 검출을 통해 상기 운전자의 머리 위치를 추정하고 추정한 머리 위치에 따라 상기 헤드레스트의 위치를 조절한 후 상기 운전자의 뇌파 신호를 측정 및 분석하여 운전자 상태를 판단하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드레스트는 상기 헤드레스트의 전면에 밀착되는 상기 운전자의 머리 형상에 따라 변형되는 상기 뇌파 검출부, 상기 뇌파 검출부의 후방에 설치되어 상기 뇌파 검출부의 변형에 따라 동일한 형상으로 변형되는 소프트 쿠션 및 상기 소프트 쿠션을 지지하는 하드 쿠션을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드레스트는, 상기 하드 쿠션, 상기 소프트 쿠션 및 상기 뇌파 검출부를 순차적으로 관통하는 와이어 및 상기 와이어를 감거나 풀어주는 와인더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 운전자 모니터링 장치는 차량의 가속도, 진동 및 충격 중 어느 하나 이상을 측정하는 가속도 센서를 더 포함하며, 상기 처리부는 상기 가속도 센서에 의해 측정된 신호들에 근거하여 상기 뇌파 신호 내 노이즈 신호를 판별하는 것을 특징으로 한다.
상기 운전자 모니터링 장치는 차량 내 운전자의 탑승여부를 감지하는 압력 센서를 더 포함하며, 상기 처리부는 상기 압력 센서를 통해 운전자의 탑승이 감지되면 운전자 모니터링을 개시하는 것을 특징으로 한다.
상기 운전자 모니터링 장치는 차량의 시동 온 또는 오프를 감지하는 시동 검출부를 더 포함하며, 상기 처리부는 상기 운전자가 탑승한 상태에서 시동 온 되면 운전자 모니터링을 개시하는 것을 특징으로 한다.
상기 처리부는, 운전자 상태에 따라 자율 정차, 경고 및 알림 중 어느 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 모니터링 방법은 운전자의 얼굴 영상을 취득하는 단계, 상기 얼굴 영상으로부터의 눈 위치 검출을 통해 상기 운전자의 머리 위치를 추정하는 단계, 상기 운전자의 머리 위치에 따라 헤드레스트의 위치를 조절하는 단계, 상기 헤드레스트의 위치를 조절한 후 운전자의 뇌파 신호를 측정하는 단계 및 상기 뇌파 신호를 분석하여 운전자 상태를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드레스트의 위치를 조절하는 단계는, 상기 헤드레스트의 높이 및 각도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드레스트의 위치를 조절하는 단계는, 상기 헤드레스트의 전면에 운전자의 머리가 접촉하면 상기 헤드레스트의 위치 조절을 중단하는 것을 특징으로 한다.
상기 운전자의 뇌파 신호를 측정하는 단계는, 상기 뇌파 신호 내 노이즈 신호 발생여부를 확인하는 단계 및 상기 뇌파 신호에서 상기 노이즈 신호를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 운전자 모니터링 방법은 상기 운전자 상태에 따라 자율 정차를 수행하여 차량을 갓길에 정차시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 운전자 모니터링 방법은 상기 운전자 상태에 따라 경고를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 운전자 모니터링 방법은 상기 운전자 상태에 따라 콜 센터의 상담원 연결을 요청하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 헤드레스트에 뇌파 측정 모듈을 장착하여 운전자의 후두부 접촉 시 뇌파 신호를 측정하므로, 뇌파 측정 장치를 머리에 착용하는 번거로움 및 불편함 없이 운전자의 뇌파 신호를 측정할 수 있다. 즉, 본 발명은 뇌파 측정 편의성을 향상시킨다.
또한, 본 발명은 운전자의 후두부 위치에 따라 헤드레스트 위치를 조정하므로 운전자 자세 맞춤형으로 측정 및 안정적 접촉 부위를 선별하여 노이즈 영향 최소화 및 데이터 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 운전자의 뇌파 측정을 통해 운전자의 상태를 파악하여 쾌적하고 안전한 운전을 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 모니터링 장치를 도시한 블록구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드레스트 내 뇌전도 센서의 설치 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드레스트 내 뇌전도 센서의 설치 예를 도시한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 뇌파 측정을 설명하기 위한 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 헤드레스트 위치 조절을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 모니터링 방법을 도시한 흐름도.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 모니터링 장치를 도시한 블록구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 운전자 감지 장치는 카메라(110), 가속도 센서(120), 시동 검출부(130), 압력 센서(140), 뇌파 검출부(150), 헤드레스트(headrest) 조절부(160), 출력부(170), 차량 제어부(180), 통신부(190), 및 처리부(200)를 포함한다. 이외에도 운전자 모니터링 장치는 처리부(200)에 의해 실행되는 알고리즘 및 실행 명령 등이 저장되는 메모리(미도시)를 포함한다. 메모리(미도시)에는 운전자 모니터링 알고리즘, 뇌파 분석 알고리즘, 헤드레스트 조절 알고리즘, 및 눈 위치 인식 알고리즘 등이 저장된다.
카메라(110)는 차량 내 전방에 운전자의 얼굴을 향하도록 설치된다. 예를 들어, 카메라(110)는 클러스터에 설치될 수 있다.
카메라(110)는 운전자의 얼굴 영상을 획득한다. 이러한 카메라(110)는 CCD(charge coupled device) 영상센서(image sensor), CMOS(complementary metal oxide semi-conductor) 영상센서, CPD(charge priming device) 영상센서, CID(charge injection device) 영상센서 및 적외선 영상센서 등과 같은 영상센서들 중 어느 하나의 영상센서로 구현될 수 있다.
가속도 센서(120)는 차량의 가속도, 진동, 및/또는 충격 등의 동적 힘(세기)을 측정한다. 가속도 센서(120)는 압전형 센서, 정전 용량형 센서, 변형 게이지형 센서, 서보형 센서, 또는 차동 트랜스형 센서 등으로 구현될 수 있다.
시동 검출부(130)는 차량의 시동 온(엔진 시동, START) 또는 오프(엔진 정지, STOP)를 감지한다. 시동 검출부(130)는 시동 버튼(미도시)의 조작을 감지하여 차량의 시동 온 또는 오프를 검출한다.
압력 센서(140)는 각 시트(seat) 내 장착되어 좌석(운전석, 조수석, 및 뒷자석)에 사용자(운전자 및 운전자 등)가 탑승했는지 여부를 감지한다. 본 실시예에서는 운전자의 상태 감시를 위해 운전석에 장착된 압력 센서(140)를 통해 운전자가 탑승했는지를 확인한다.
뇌파 검출부(150)는 헤드레스트(headrest)(300)의 전면에 장착되어 운전자의 뇌파 신호를 측정한다. 뇌파 검출부(150)는 다수의 뇌전도(electroencephalogram, EEG) 센서들로 구성된다. 본 실시예에서는 EEG 센서를 이용하여 뇌파를 측정하는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, NIRS(near infrared spectroscopy, 뇌활성화도 분석) 및 심전도(electrocardiogram, ECG) 등 다양한 생체 신호를 측정하도록 구현할 수도 있다.
뇌파 검출부(150)는 헤드레스트(300)에 운전자의 머리 접촉 여부를 검출하기 위해 하나 이상의 터치 센서(미도시)를 추가로 구비할 수도 있다. 이때, 터치 센서(미도시)는 헤드레스트(300)의 전면 상에 설치되며, 서로 다른 복수의 지점에 설치될 수 있다. 터치 센서(미도시)에 의해 측정된 신호들은 운전자의 머리가 헤드레스트(300)와 접촉 불량인지를 확인하는데 사용될 수 있으며, 운전자의 머리와 헤드레스트(300)의 접촉 여부를 감지하는데 사용될 수 있다.
헤드레스트 조절부(160)는 헤드레스트(300)의 위치(높이 및 각도)를 조절한다. 예컨대, 헤드레스트 조절부(160)는 모터 구동을 통해 헤드레스트(300)의 높이 및 각도(회전)를 조정하여 운전자의 머리 위치에 맞춘다.
헤드레스트 조절부(160)는 운전자의 머리가 헤드레스트(300)에 닿으면(접촉하면) 헤드레스트(300)의 위치 조절을 중단한다. 다시 말해서, 헤드레스트 조절부(160)는 운전자의 후두부가 헤드레스트(300)의 전면 상 일정 영역 이상과 접촉하면 헤드레스트(300)의 위치 조절을 중단한다.
출력부(170)는 경고음, 경고 메시지, 알림 메시지 및/또는 운전자 상태 등을 시각 정보, 청각 정보 및 촉각 정보 중 어느 하나 이상의 형태로 출력한다. 이러한 출력부(170)는 디스플레이, 스피커, 및/또는 햅틱 모듈(예: 진동) 등을 포함할 수 있다.
디스플레이는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 투명디스플레이, 헤드업 디스플레이(head-up display, HUD), 터치스크린 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
차량 제어부(180)는 차량의 감속을 제어하는 제동장치, 차량의 엔진을 제어하는 구동장치, 차량의 조향을 제어하는 조향장치 및/또는 차량의 변속을 제어하는 변속장치를 제어하여 차량의 자율 정차를 제어한다. 예를 들어, 차량 제어부(180)는 제동장치, 구동장치, 조향장치 및/또는 변속장치를 제어하여 차량을 갓길에 정차시킨다.
통신부(190)는 외부의 단말기, 교통관리센터 또는 콜 센터 등과의 무선 통신을 수행한다. 통신부(190)는 무선 인터넷망 또는 이동 통신망 등을 이용하여 데이터를 전송하거나 수신할 수 있다.
처리부(200)는 압력 센서(140)를 통해 운전자의 차량 탑승 여부를 감지한다. 예컨대, 처리부(200)는 운전석에 장착된 압력 센서(140)에 의해 일정 크기 이상의 압력이 감지되면 운전석에 운전자가 탑승한 것으로 인식한다.
또한, 처리부(200)는 운전자의 차량 탑승이 감지되면 시동 검출부(130)를 통해 시동 온 또는 시동 오프를 감지할 수 있다. 시동 검출부(130)는 시동 버튼(미도시)으로부터 전송되는 신호에 따라 시동 온(엔진 시동) 또는 시동 오프(엔진 정지) 등을 감지한다.
처리부(200)는 운전자가 탑승하거나 또는 운전자가 탑승하여 시동을 걸면, 운전자의 머리 위치를 확인한다. 처리부(200)는 카메라(110)를 통해 운전자의 얼굴 영상을 획득하고 획득한 얼굴 영상에서 눈을 검출하여 눈의 위치를 인식한다. 이때, 처리부(200)는 공지된 시선 추적 기술을 이용하여 눈의 위치를 인식할 수 있다. 처리부(200)는 검출한 눈의 위치에 기반하여 운전자의 머리 위치(후두부 위치)를 추정한다.
처리부(200)는 추정한 운전자의 후두부 위치에 따라 헤드레스트 조절부(160)를 제어하여 헤드레스트(300)의 높이 및 각도를 조절한다. 이때, 헤드레스트 조절부(160)는 헤드레스트(300)를 전방(운전자의 머리와 근접하는 방향) 또는 후방(운전자의 머리와 멀어지는 방향)으로 수평이동 시킬 수도 있다.
처리부(200)는 운전자의 머리가 헤드레스트(300)에 장착된 뇌파 검출부(150)와 접촉하면 뇌파 검출부(150)를 통해 뇌파 신호를 측정한다. 뇌파 검출부(150)는 EEG 센서(151)의 전극에 운전자의 머리가 닿으면 뇌파 신호를 측정하여 처리부(200)로 전송한다. 따라서, 처리부(200)는 EEG 센서만으로도 헤드레스트(300)에 운전자의 머리 접촉 여부를 확인할 수 있다.
본 실시예에서는 EEG 센서만을 이용하여 헤드레스트(300)에 운전자의 머리가 닿았는지를 확인하는 것을 개시하고 있으나, 이에 한정되지 않고 터치 센서를 추가로 장착하여 헤드레스트(300)와 운전자 머리의 접촉여부를 확인하도록 구현할 수도 있다. 예를 들어, 운전자 머리와 맞닿는 헤드레스트 영역에 3개의 터치 센서를 서로 다른 위치에 설치하고, 3개의 터치 센서에 의해 운전자의 머리 접촉이 감지되면 처리부(200)가 뇌파 검출부(150)를 통해 운전자의 뇌파 신호를 측정할 수 있다.
처리부(200)는 뇌파 검출부(150)를 통해 측정된 뇌파 신호가 정상인지를 확인한다. 처리부(200)는 측정된 뇌파 신호가 비정상이면 머리 위치 조정이 필요함을 알리는 알림 메시지 및/또는 알림음을 출력부(170)를 통해 출력한다.
처리부(200)는 뇌파 검출부(150)를 통해 측정되는 뇌파 신호가 정상이면 뇌파 신호를 측정하고 운전자의 머리와 헤드레스트(300)의 접촉 유지 시간(접촉 시간)을 기록한다. 이때, 접촉 유지 시간은 EEG 센서별로 측정된다.
처리부(200)는 카메라(110) 및 가속도 센서(120)를 통해 측정된 뇌파 신호 내 노이즈 신호 발생여부를 판단한다. 처리부(200)는 운전자 머리와 헤드레스트(300)의 접촉 불량 및/또는 차량의 충격(또는 진동) 등에 의한 비정상적인 뇌파 신호를 노이즈 신호로 선별한다.
처리부(200)는 노이즈 신호가 발생하면 측정된 뇌파 신호에서 해당 노이즈 신호를 제거한다. 처리부(200)는 노이즈 신호가 제거된 일정 시간 동안의 뇌파 신호를 분석하여 운전자 상태를 판단한다.
처리부(200)는 판단된 운전자 상태에 따라 경고를 출력하거나 운전자 상태를 운전자에게 피드백할 수도 있다. 예컨대, 처리부(200)는 운전자 상태가 졸음 상태로 판단되면 출력부(170)를 통해 경고음을 출력한다.
또한, 처리부(200)는 경고를 출력하며 자율 정차를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 처리부(200)는 운전자 상태가 졸음 상태로 판단되면 경고를 출력하고 경고 출력 이후에도 운전자 상태가 졸음 상태이면 차량의 주행을 제어하여 갓길에 차량을 정차시킨다.
처리부(200)는 운전자의 상태에 따라 콜 센터의 상담원 연결을 요청할 수도 있다. 예를 들어, 처리부(200)는 운전자 상태가 졸음 상태이면 통신부(190)를 통해 미리 설정된 콜 센터로 전화연결 또는 메신저 연결 등을 요청한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드레스트 내 뇌전도 센서의 설치 예를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 헤드레스트(300) 내부에는 뇌파 검출부(150), 소프트 쿠션(310), 및 하드 쿠션(320)이 포함된다.
뇌파 검출부(150)은 헤드레스트(300)의 전면에 설치된다. 뇌파 검출부(150)은 다수 개의 EEG 센서(151)들로 구성되고 EEG 센서(151)의 전극이 헤드레스트(300)의 전면에 노출되도록 설치된다.
뇌파 검출부(150)은 운전자의 후두부(뒷머리)가 헤드레스트(300)의 전면에 안착(접촉)이 되면 운전자의 후두부 형상에 따라 변형되고 운전자의 후두부가 헤드레스트(300)로부터 분리되면 복원된다. 이러한 뇌파 검출부(150)은 쿠션감과 탄성을 가지는 모듈로 제작된다.
소프트 쿠션(310)은 뇌파 검출부(150)의 후방에 설치되어 뇌파 검출부(150)의 변형에 따라 동일한 형상으로 변형된다. 소프트 쿠션(310)은 운전자가 헤드레스트(300)에 머리를 기댔을 때 운전자에게 쿠셔닝을 제공한다. 이러한 소프트 쿠션(310)은 라텍스, 메모리폼, 또는 스폰지 등과 같은 탄성재로 구성될 수 있다.
하드 쿠션(320)은 소프트 쿠션(310)을 지지하는 것으로, 소프트 쿠션(310)에 비하여 탄성이 작다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드레스트 내 뇌전도 센서 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 따르면, 헤드레스트(300) 내부에는 뇌파 검출부(150), 소프트 쿠션(310), 하드 쿠션(320), 와인더(winder)(230), 및 와이어(340)이 포함된다.
뇌파 검출부(150)은 헤드레스트(300)의 전면에 설치된다. 뇌파 검출부(150)은 다수 개의 EEG 센서(151)들로 구성되고 EEG 센서(151)의 전극이 헤드레스트(300)의 전면에 노출되도록 설치된다.
뇌파 검출부(150)은 운전자의 후두부(뒷머리)가 헤드레스트(300)의 전면에 안착이 되면 운전자의 후두부 형상에 따라 변형되고 운전자의 후두부가 헤드레스트(300)로부터 분리되면 복원된다. 이러한 뇌파 검출부(150)은 쿠션감과 탄성을 가진다.
소프트 쿠션(310)은 뇌파 검출부(150)의 후방에 설치되어 뇌파 검출부(150)의 변형에 따라 동일한 형상으로 변형된다. 소프트 쿠션(310)은 운전자가 헤드레스트(300)에 머리를 기댔을 때 운전자에게 쿠셔닝을 제공한다. 이러한 소프트 쿠션(310)은 라텍스, 메모리폼 또는 스폰지 등과 같은 탄성재로 구성될 수 있다.
하드 쿠션(320)은 소프트 쿠션(310)을 지지한다. 하드 쿠션(320)는 소프트 쿠션(310)에 비하여 탄성이 작은 탄성재료를 이용하여 제작된다.
와인더(330)는 모터(미도시) 구동을 통해 와이어(340)를 감거나 푸는 장치이다. 와인더(330)는 헤드레스트 조절부(160)의 제어에 따라 와이어(340)를 감는 방향으로 모터를 회전시키거나 또는 와이어(340)를 푸는 방향(감는 방향의 반대 방향)으로 모터를 회전시킨다.
와인더(330)는 하드 쿠션(320) 내부에 마련된 소정 공간에 설치된다. 본 실시예에서는 하드 쿠션(320) 내에 설치되는 것을 개시하고 있으나, 하드 쿠션(320)의 후방에 별도로 설치될 수도 있다.
와이어(340)는 하드 쿠션(320), 소프트 쿠션(310) 및 뇌파 검출부(150)를 순차적으로 관통하도록 설치된다. 와이어(340)를 고정하기 위해 뇌파 검출부(150)의 전면에 고정부재350)가 설치된다. 와이어(340)는 철, 구리 또는 고탄소강 등의 금속으로 제작된 금속선이다.
처리부(200)는 뇌파 검출부(150)에 의해 헤드레스트(300)의 전면에 운전자의 후두부 접촉이 감지되면 헤드레스트 조절부(160)를 통해 와인더(330)를 제어하여 와이어(340)를 일정 속도로 감는다. 즉, 운전자의 후두부가 안착될 공간(후두부 안착부)을 형성한다.
한편, 처리부(200)는 헤드레스트(300)의 전면에 운전자의 후두부 접촉이 해제되면 헤드레스트 조절부(160)를 통해 와인더(330)를 제어하여 와이어(340)를 일정 속도로 풀어 뇌파 검출부(150)와 소프트 쿠션(310)이 복원되도록 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 뇌파 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 운전자가 차량에 탑승하지 않은 상태에서 헤드레스트(300)의 위치 및 운전자의 후두부가 닿는 영역에 변형이 발생하지 않는다.
이후, 운전자가 차량에 탑승하면, 처리부(200)는 인식한 운전자의 머리 위치에 근거하여 헤드레스트 조절부(160)를 제어한다. 헤드레스트(300)는 헤드레스트 조절부(160)의 제어에 따라 운전자의 머리(H)가 위치하는 전방을 향해 이동한다. 헤드레스트(300)의 전면부는 운전자의 후두부 형상에 따라 변형되어, 운전자의 후두부가 뇌파 검출부(150)의 EEG 센서(151)의 전극에 접촉되도록 한다.
뇌파 검출부(150)의 EEG 센서(151)들은 운전자의 두부(머리, H)와 헤드레스트(300)의 접촉을 감지하는 터치 센서(미도시)를 내장할 수 있다. 각 EEG 센서(151)는 터치 센서(미도시)에 의해 운전자의 머리(H)와 헤드레스트(300)의 접촉이 감지되면 작동한다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 운전자의 머리(H)가 A 영역에 접촉한 경우, A 영역에 위치하는 EEG 센서(151)들만 활성화된다. 이와 같이, 운전자의 머리(H)와 헤드레스트(300)가 접촉되면 해당 접촉 부위의 EEG 센서(151)들만 활성화되므로 전력 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 뇌파 검출부(150)는 EEG 센서(151)별로 운전자의 머리(H)와의 접촉 유지 시간을 측정하고, 접촉 유지 시간이 기준 시간 이상으로 지속되는 센서값만을 유효 데이터로 판별한다. 따라서, 본 발명은 뇌파 측정 단계에서 접촉 불량으로 인한 노이즈 신호를 배제할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 헤드레스트 위치 조절을 설명하기 위한 도면이다.
처리부(200)는 운전자의 탑승이 감지되면 운전자의 전방에 위치하는 카메라(110)를 통해 운전자의 눈 위치를 인식한다. 처리부(200)는 인식한 운전자의 눈 위치를 기반으로 운전자의 후두부 위치를 추정하여 헤드레스트(300)의 회전각을 조절하거나 높이를 조절한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 운전자의 머리 위치가 기준보다 높으면 헤드레스트(300)의 높이를 조절하여 헤드레스트(300)를 높인다.
한편, 도 6b에 도시된 바와 같이, 운전자의 머리 위치가 기준보다 낮으면 헤드레스트(300)의 각도를 조절한다.
따라서, 본 발명은 운전자의 머리 상의 일정한 부위에서 뇌파를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 최적의 위치에서 뇌파를 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 모니터링 방법을 도시한 흐름도이다.
처리부(200)는 차량 내 운전자의 탑승(승차) 여부를 감지한다(S110). 다시 말해서, 처리부(200)는 운전석에 장착되는 압력 센서(140)를 통해 해당 좌석에 운전자가 존재하는지를 감지한다.
처리부(200)는 카메라(110)를 통해 운전자의 후두부 위치를 추정한다(S120). 처리부(200)는 카메라(110)를 통해 운전자의 얼굴 영상을 획득하고, 획득한 얼굴 영상에서 눈 위치를 검출한다. 이때, 처리부(200)는 눈의 특징점을 이용하여 얼굴 영상 내 눈을 검출할 수 있다. 처리부(200)는 검출한 눈 위치를 기반으로 운전자의 후두부 위치를 추정한다.
처리부(200)는 추정한 운전자의 후두부 위치에 근거하여 헤드레스트(300)의 위치를 조절한다(S130). 예컨대, 처리부(200)는 헤드레스트 조절부(160)를 제어하여 헤드레스트(300)의 높이 및 각도를 조절한다. 이때, 헤드레스트 조절부(160)는 모터 구동을 통해 헤드레스트(300)의 높이 및 각도를 조절한다. 또는, 헤드레스트 조절부(160)는 헤드레스트(300)를 전방 또는 후방으로 수평 이동시킬 수도 있다.
처리부(200)는 뇌파 검출부(150)를 통해 헤드레스트(300)에 운전자의 후두부가 접촉했는지를 감지한다(S140). 예를 들어, 처리부(200)는 뇌파 검출부(150)로부터 측정된 뇌파 신호가 수신되면 운전자의 후두부가 헤드레스트(300)에 접촉한 것으로 감지한다. 또는, 처리부(200)는 EEG 센서(151)에 내장된 터치 센서(미도시)를 통해 운전자의 후두부가 헤드레스트(300)에 접촉했는지를 감지한다.
처리부(200)는 헤드레스트(300)에 운전자의 후두부 접촉이 감지되면 헤드레스트(300)에 후두부 안착부를 형성한다(S150). 여기서, 헤드레스트 조절부(160)는 처리부(200)의 제어에 따라 와인더(330)를 동작시켜 와이어(340)를 감는다. 와인더(330)는 모터 구동을 통해 와이어(340)를 감아 뇌파 검출부(150)와 소프트 쿠션(310)을 변형시켜 운전자의 후부두를 안착시킬 수 있는 공간을 형성한다.
처리부(200)는 후두부 안착부에 운전자의 후두부가 안착되면 뇌파 검출부(150)를 통해 뇌파 신호를 측정한다(S160). 뇌파 검출부(150)는 운전자의 후부두와 접촉한 EEG 센서(151)들에 의해서 측정되는 뇌파 신호들을 처리부(200)로 전달한다.
처리부(200)는 뇌파 검출부(150)를 통해 측정한 뇌파 신호가 정상인지 아닌지를 확인한다(S170).
처리부(200)는 측정한 뇌파 신호가 정상이면 뇌파 검출부(150)를 통해 측정되는 뇌파 신호를 모니터링한다(S180).
처리부(200)는 측정하는 뇌파 신호 내 노이즈 신호 발생 여부를 확인한다(S190). 예를 들어, 처리부(200)는 차량의 진동 및/또는 충격으로 인한 운전자의 머리(H)와 헤드레스트(300)의 접촉이 불량하여 노이즈 신호가 발생하면 이를 판별한다.
처리부(200)는 뇌파 신호 내 노이즈 신호가 발생하면 뇌파 신호에서 노이즈 신호를 제거한다(S200). 다시 말해서, 처리부(200)는 정확한 뇌파 분석을 위해 노이즈 신호를 배제시킨다.
처리부(200)는 노이즈 신호가 제거된 뇌파 신호를 분석한다(S210). 처리부(200)는 운전자의 머리와의 접촉이 일정 시간 이상 유지된 EEG 센서(151)들에서 측정된 뇌파 신호만을 유효 데이터로 사용하여 운전자의 뇌파를 분석한다.
처리부(200)는 뇌파 신호를 분석하여 운전자 상태를 확인하고 확인된 운전자 상태에 따라 운전자 맞춤형 기능을 작동하며 경고를 출력한다(S220). 예를 들어, 처리부(200)는 운전자가 졸음 상태이면 출력부(170)를 통해 경고를 출력하거나 또는 차량 제어부(180)를 통해 자율 정차를 수행하여 차량을 갓길에 정차한다.
이후, 처리부(200)는 차량의 운행 종료 여부를 확인한다(S230). 여기서, 차량이 운행을 종료하면, 처리부(200)는 운전자 모니터링을 중단한다. 한편, 차량이 운행을 종료하지 않은 상태이면, 처리부(200)는 뇌파 신호 측정을 유지한다.
한편, 상기 S170에서 측정한 뇌파 신호가 정상이 아니면, 처리부(200)는 머리 위치 조정이 필요함을 운전자에게 알린다(S175). 다시 말해서, 처리부(200)는 운전자의 후두부가 헤드레스트(300) 전면 상의 일정 영역 이상과 접촉하지 않는 경우 운전자의 머리 위치 조정이 필요함을 알리는 알림 메시시(예: 음성 메시지)를 출력부(170)로 출력한다.
한편, 상기 S190에서 뇌파 신호 내 노이즈 신호가 발생하지 않으면, 처리부(200)는 뇌파 신호 모니터링을 유지한다(S180).
상기한 바와 같이, 본 발명은 뇌파 신호를 이용하여 운전자 상태(감정적, 정서적, 및 신체적 상태)를 판단할 수 있다. 본 명세서에 개시된 운전자 모니터링 기술은 다음과 같이 차량에 적용될 수 있다.
첫번째로, 운전 중 운전자의 졸음 방지 및 졸음 경고를 통해 안전 운전을 유도할 수 있다. 예를 들어, 뇌파 신호의 주파수 성분 분석(알파파 및 세타파)으로 눈 감은 상태의 지속 정도를 판단하고 특정 파장의 강도를 분석하여 운전자의 졸음 상태를 추정하고 일정 수준 이상 시 오디오 신호로 경고를 출력한다.
두번째로, 운전자의 운전 적합도를 판단하여 안내할 수 있다. 예를 들어, 뇌파를 기반으로 고주파 성분 계산을 통해 운전자의 집중도 상태, 인지 부하의 수준을 판단하여 운전 적합도를 정량화 및 수치화하여 안내할 수 있다.
세번째로, 운전자 감정 기반 맞춤형 기능을 제공할 수 있다. 운전자의 감정 상태(흥분, 이완, 우울, 또는 기쁨 등)를 추정하여 운전자의 감정에 맞게 차량 내 조명 색상, 음악 선곡 추천, 방향제 자동 분출, 공조 조절하여 운전자에게 쾌적하고 운전자의 감성에 맞는 기능을 제공할 수 있다.
네번째로, 뇌파 분석을 통해 운전자의 정신적 이완 상태를 점검하여 운전자가 흥분한 상태이면 차분한 상태로 유도하는 음악을 재생하여 운전자를 안정 상태로 유도할 수 있다.
다섯번째로, 차량 내 특정 기능에 대한 호불호 평가(선호도 평가) 시 뇌파 분석 결과를 활용할 수 있다.
여섯번째로, 운전자의 의도를 파악하여 차량의 자율 주행을 수행할 수 있다. 예를 들어, 뇌파 분석을 통해 운전자의 의도 및 경향을 파악하여 자율 주행 차량이 판단하기 어려운 운전 상황에서 운전자 의도에 맞게 자동 운전을 지원할 수 있다.
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.
110: 카메라 120: 가속도 센서
130: 시동 검출부 140: 압력 센서
150: 뇌파 검출부 160: 헤드레스트 조절부
170: 출력부 180: 차량 제어부
190: 통신부 200: 처리부
300: 헤드레스트 310: 소프트 쿠션
320: 하드 쿠션 330: 와인더
340: 와이어 350: 고정부재

Claims (14)

  1. 운전자의 얼굴 영상을 촬영하는 카메라(110);
    상기 운전자의 뇌파를 측정하는 헤드레스트(300);
    상기 헤드레스트(300)의 위치를 조절하는 헤드레스트 조절부(160); 및
    상기 얼굴 영상으로부터의 눈 위치 검출을 통해 상기 운전자의 머리 위치를 추정하고 추정한 머리 위치에 따라 상기 헤드레스트(300)의 위치를 조절한 후 상기 운전자의 뇌파 신호를 측정 및 분석하여 운전자 상태를 판단하는 처리부(200)를 포함하되,
    상기 헤드레스트(300)는,
    상기 헤드레스트의 전면에 밀착되는 상기 운전자의 머리 형상에 따라 변형되는 쿠션감과 탄성을 가지는 모듈로 형성되는 뇌파 검출부(150); 및
    상기 뇌파 검출부(150)의 후방에 설치되어 상기 뇌파 검출부(150)의 변형에 따라 동일한 형상으로 변형되는 탄성재로 구성되는 소프트 쿠션(310)를 포함하고,
    상기 처리부는 상기 헤드레스트에 설치된 터치 센서를 통해 상기 운전자의 머리와 상기 헤드레스트의 접촉 여부를 확인하고 확인결과에 따라 상기 뇌파 검출부를 통해 상기 운전자의 뇌파 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤드레스트(300)는,
    상기 소프트 쿠션(310)을 지지하는 하드 쿠션(320)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤드레스트(300)는,
    상기 하드 쿠션(320), 상기 소프트 쿠션(310) 및 상기 뇌파 검출부(150)를 순차적으로 관통하는 와이어(340); 및
    상기 와이어(340)를 감거나 풀어주는 와인더(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    차량의 가속도, 진동 및 충격 중 어느 하나 이상을 측정하는 가속도 센서(120)를 더 포함하며,
    상기 처리부(200)는 상기 가속도 센서(120)에 의해 측정된 신호들에 근거하여 상기 뇌파 신호 내 노이즈 신호를 판별하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    차량 내 운전자의 탑승여부를 감지하는 압력 센서(140)를 더 포함하며,
    상기 처리부(200)는 상기 압력 센서(140)를 통해 운전자의 탑승이 감지되면 운전자 모니터링을 개시하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    차량의 시동 온 또는 오프를 감지하는 시동 검출부(130)를 더 포함하며,
    상기 처리부(200)는 상기 운전자가 탑승한 상태에서 시동 온 되면 운전자 모니터링을 개시하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 처리부(200)는,
    운전자 상태에 따라 자율 정차, 경고 및 알림 중 어느 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 장치.
  8. 운전자의 얼굴 영상을 취득하는 단계;
    상기 얼굴 영상으로부터의 눈 위치 검출을 통해 상기 운전자의 머리 위치를 추정하는 단계;
    상기 운전자의 머리 위치에 따라 헤드레스트(300)의 위치를 조절하는 단계;
    상기 헤드레스트(300)의 위치를 조절한 후 운전자의 뇌파 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 뇌파 신호를 분석하여 운전자 상태를 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 헤드레스트(300)는,
    상기 헤드레스트(300)의 전면에 밀착되는 상기 운전자의 머리 형상에 따라 변형되는 쿠션감과 탄성을 가지는 모듈로 형성되는 뇌파 검출부(150); 및
    상기 뇌파 검출부(150)의 후방에 설치되어 상기 뇌파 검출부(150)의 변형에 따라 동일한 형상으로 변형되는 탄성재로 구성되는 소프트 쿠션(310)를 포함하고,
    상기 운전자의 뇌파 신호를 측정하는 단계에서, 상기 헤드레스트에 설치된 터치 센서를 통해 상기 운전자의 머리와 상기 헤드레스트의 접촉 여부를 확인하고 확인결과에 따라 상기 뇌파 검출부를 통해 상기 운전자의 뇌파 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 헤드레스트(300)의 위치를 조절하는 단계는,
    상기 헤드레스트(300)의 높이 및 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 헤드레스트(300)의 위치를 조절하는 단계는,
    상기 헤드레스트(300)의 전면에 운전자의 머리가 접촉하면 상기 헤드레스트(300)의 위치 조절을 중단하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 운전자의 뇌파 신호를 측정하는 단계는,
    상기 뇌파 신호 내 노이즈 신호 발생여부를 확인하는 단계; 및
    상기 뇌파 신호에서 상기 노이즈 신호를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 운전자 상태에 따라 자율 정차를 수행하여 차량을 갓길에 정차시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 운전자 상태에 따라 경고를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 방법.
  14. 제8항에 있어서 ,
    상기 운전자 상태에 따라 콜 센터의 상담원 연결을 요청하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 모니터링 방법.
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