KR20200071195A - 운전자 졸음 인식 경보 시스템 - Google Patents

운전자 졸음 인식 경보 시스템 Download PDF

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김웅섭
임수민
임주현
김태희
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 운전자 졸음 인식 경보 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 내에 구비되는 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 상기 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 유/무선 통신으로 연결되는 운전자의 이동통신 단말기를 포함하여 구성되어, 적외선 카메라를 통해 촬영된 영상을 분석하여 운전자의 눈, 입, 머리 등의 움직임을 파악하고, 이산화탄소 센서를 이용하여 차량 내 이산화탄소 농도를 측정하며, 스마트 밴드를 통해 운전자의 심박수를 측정하는 복합적인 방법을 통해 운전자의 운전 중 상태를 모니터링함으로써, 다양한 종류의 데이터를 종합하여 운전자의 졸음 인식률을 높여 보다 효과적으로 졸음운전 여부를 판단할 수 있으며, 운전자 모니터링을 통해 졸음이 감지되면 경고음, 경고메시지 및 진동을 이용한 경고를 통해 운전자의 졸음운전을 방지하여, 졸음운전으로 인해 발생하는 교통사고 등을 미연에 방지할 수 있는 운전자 졸음 인식 경보 시스템에 관한 것이다.

Description

운전자 졸음 인식 경보 시스템{An alarm system based on drowsy driving recognization}
본 발명은 운전자 졸음 인식 경보 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 내에 구비되는 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 상기 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 유/무선 통신으로 연결되는 운전자의 이동통신 단말기를 포함하여 구성되어, 적외선 카메라를 통해 촬영된 영상을 분석하여 운전자의 눈, 입, 머리 등의 움직임을 파악하고, 이산화탄소 센서를 이용하여 차량 내 이산화탄소 농도를 측정하며, 스마트 밴드를 통해 운전자의 심박수를 측정하는 복합적인 방법을 통해 운전자의 운전 중 상태를 모니터링함으로써, 다양한 종류의 데이터를 종합하여 운전자의 졸음 인식률을 높여 보다 효과적으로 졸음운전 여부를 판단할 수 있으며, 운전자 모니터링을 통해 졸음이 감지되면 경고음, 경고메시지 및 진동을 이용한 경고를 통해 운전자의 졸음운전을 방지하여, 졸음운전으로 인해 발생하는 교통사고 등을 미연에 방지할 수 있는 운전자 졸음 인식 경보 시스템에 관한 것이다.
졸음운전은 운전 시 주행 속도 그대로 충돌 사고로 이어질 수 있어 일반 교통사고에 비해 치사율과 부상도가 높다.
경찰청 통계에 의하면, 최근 5년 동안 국내에서 발생한 졸음운전 교통사고는 약 1만 3천건으로 사망률이 4.5%에 달하고, 이는 음주운전으로 인한 교통사고 사망률 2.58%보다 매우 높은 수치이다.
또한, 교통안전공단 통계자료에 따르면, 최근 10년간 고속도로 교통사고 발생원인 중 졸음운전이 22.5%를 차지하고, 봄철 교통사고의 원인 1위가 졸음운전에 해당하는 만큼, 교통사고의 가장 큰 원인으로서 졸음운전이 지목되고 있으며, 해마다 졸음운전의 심각성이 사회적 문제로 꾸준히 떠오르고 있어 졸음운전 사고 예방 대책 마련이 촉구되고 있다.
이에 따라, 한국공개특허 제 1,245,846호에서는 졸음 인식 장치 및 방법이 개시되어 있다.
상기 선행기술은 차량 내에 구비된 카메라를 통해 운전자를 촬영하고, 촬영된 얼굴 영상을 분석하여 눈 영역을 추출한다. 이후, 추출된 눈 영역을 분석하여 눈 깜박임의 빈도 및 눈을 감고 있는 시간을 측정함으로써 운전자의 졸음 상태를 판단한다. 이를 통해, 운전자가 졸음 상태인 것으로 인식되는 경우, 경고음을 울리거나 창문을 내려 차량 내부 공기를 환기시키는 기능을 통해 운전자의 졸음을 방지할 수 있도록 한다.
그러나, 상기 선행기술은 단순히 가시광선 카메라를 통해 운전자의 얼굴을 촬영하여 눈 영역 분석을 통해 운전자의 졸음 상태를 판단하는 기술로서, 운전자가 졸음이 아닌 다른 이유로 느리게 눈 감았다 뜨는 모든 상황을 졸음으로 판단하고, 또한 차량 내부가 어둡거나 운전자가 선글라스 또는 안경 등을 착용할 경우 눈 영역 인식이 불가능함에 따라 졸음 상태를 정확하게 판단할 수 없을 뿐만 아니라, 졸음 인식의 정확도도 상대적으로 떨어진다는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제 1,245,846호(등록일 : 2013. 3. 14)"졸음 인식 장치 및 방법"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서는 차량 내에 구비되는 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 상기 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 유/무선 통신으로 연결되는 운전자의 이동통신 단말기를 포함하여 구성되어, 적외선 카메라를 통해 촬영된 영상을 분석하여 운전자의 눈, 입, 머리 등의 움직임을 파악하고, 이산화탄소 센서를 이용하여 차량 내 이산화탄소 농도를 측정하며, 스마트 밴드를 통해 운전자의 심박수를 측정하는 복합적인 방법을 통해 운전자를 모니터링함으로써, 운전자의 졸음 인식률을 높여 보다 효과적으로 졸음운전 여부를 판단할 수 있으며, 운전자의 졸음이 감지되면 경고음, 경고메시지 및 진동을 이용한 경고를 통해 운전자의 졸음운전을 방지하여, 졸음운전으로 인해 발생하는 교통사고 등을 미연에 방지할 수 있는 운전자 졸음 인식 경보 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 운전자 졸음 인식 경보 시스템은 차량 내에 구비되어 운전자를 촬영하는 적외선 카메라, 차량 내의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서, 운전자의 손목에 착용하도록 구성되어 운전자의 심박수를 측정하는 스마트 밴드 및 상기 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 유/무선통신을 통해 연결되는 이동통신 단말기를 포함하여 구성되어, 이동통신 단말기에서, 적외선 카메라로부터 촬영된 영상과, 이산화탄소 센서로부터 측정된 차량 내의 이산화탄소 농도 및 스마트 밴드로부터 측정된 운전자의 심박수를 전송받아, 전송받은 데이터를 기반으로 운전자의 졸음 운전 여부를 판단하도록 지원한다.
본 발명에 따른 운전자 졸음 인식 시스템은, 차량 내에 구비되는 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 상기 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 유/무선 통신으로 연결되는 운전자의 이동통신 단말기를 포함하여 구성되어, 적외선 카메라를 통해 촬영된 영상을 분석하여 운전자의 눈, 입, 머리 등의 움직임을 파악하고, 이산화탄소 센서를 이용하여 차량 내 이산화탄소 농도를 측정하며, 스마트 밴드를 통해 운전자의 심박수를 측정하는 복합적인 방법을 통해 운전자의 운전 중 상태를 모니터링하여 운전자의 졸음을 인식함으로써, 단일 방식으로 운전자의 졸음을 인식하던 종래의 기술에 비해 졸음 인식률을 높여 더욱 효과적으로 졸음운전 여부를 판단할 수 있도록 지원한다.
또한, 운전자의 졸음이 감지되면 경고음, 경고메시지 및 진동을 이용한 경고를 통해 운전자의 졸음운전을 방지하여, 졸음운전으로 인해 발생하는 교통사고 등을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 운전자 졸음 인식 경보 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 운전자 졸음 인식 경보 시스템을 통해 운전자의 졸음을 인식하여 운전자에게 졸음을 경고하는 방법을 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 운전자 졸음 인식 경보 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 운전자 졸음 인식 경보 시스템(100)은, 차량 내부에 구비되는 적외선 카메라(200), 이산화탄소 센서(300), 스마트 밴드(400) 및 이들 장치들과 유/무선으로 통신하는 운전자의 이동통신 단말기(500)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성을 통해, 이동통신 단말기(500)는 적외선 카메라(200), 이산화탄소 센서(300) 및 스마트 밴드(400)로부터 전송받은 데이터를 바탕으로 운전자의 졸음 여부를 판단하며, 운전자 모니터링을 통해 운전자의 졸음이 감지되면 경고음, 경고메시지 및 진동을 이용하여 운전자에게 졸음 운전을 경고한다.
또한, 적외선 카메라(200), 이산화탄소 센서(300) 및 스마트 밴드(400)는 다양한 근거리 무선통신을 통해 이동통신 단말기(500)와 연결될 수 있으며, 바람직하게는 블루투스 모듈을 통해 무선으로 연결되는 것이 좋다.
적외선 카메라(200)는 차량 내부에 구비되어 운전 중인 운전자를 촬영하고, 촬영된 영상을 유/무선통신을 통해 이동통신 단말기(500)로 전송한다.
이와 같이 본 발명에서는 적외선 카메라(200)를 통해 촬영된 영상을 바탕으로 운전자의 졸음 운전 여부를 판단함으로써 차량 내부가 밝을 때는 물론, 어두울 때에도 운전자의 얼굴을 용이하게 식별하여 운전자의 졸음 여부를 효율적으로 판단할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 적외선 카메라(200)는 운전 중인 운전자의 얼굴을 촬영할 수 있도록 운전자의 전방에 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 이동통신 단말기(500)는 적외선 카메라(200)를 통해 전송받은 영상으로부터 운전자의 얼굴 영역을 검출하게 되는데, 이와 같은 얼굴 검출 방식에는 다양한 방식이 있다.
본 발명에서는 Viola Jones 알고리즘을 이용하여 운전자의 얼굴 영역을 검출하며, 얼굴 영역 검출에 관한 Viola Jones 알고리즘은 이미 널리 알려진 기술로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이후, 상기 이동통신 단말기(500)는 전송받은 영상을 통해 운전자 얼굴 영역을 검출하고, 얼굴 영역으로부터 다시 눈, 입, 코 등의 영역을 검출한다.
이때, 검출된 눈 영역을 이용하여 운전자의 졸음 운전을 판단하는데 있어서는, 눈이 감겨있는 시간의 비율(Percentage Closure of Eyes, PERCLOS)과 눈 깜박임 속도(Average Eye Closure Speed, AECS)를 기준으로 판단하며, 눈이 감겨있는 시간의 비율이 미리 정해진 일정 횟수 이상으로 증가하거나, 눈 깜박임 속도가 일정 횟수 이상으로 감소하게 되면, 이동통신 단말기(500)는 운전자가 졸음 운전을 하고 있다고 판단하여, 이동통신 단말기(500)에 구비된 스피커를 통해 경보음을 발생시키거나, 화면에 경고 메시지를 띄우는 등의 방식으로 운전자에게 졸음을 경고함으로써 졸음운전을 방지할 수 있다.
또한, 이동통신 단말기(500)는 적외선 카메라(200)로부터 전송받은 영상을 통해 검출된 입 영역을 분석하여, 운전자의 하품 빈도수 등을 측정함으로써 운전자의 졸음 여부를 판단할 수 있다.
이때에도, 운전자의 입 너비비에 대한 입 높이비가 평상시의 일정 부분 이상 넓어지면 하품인 것으로 판단하게 되는데, 본 실시예에서는 운전자의 입 너비비에 대한 입 높이비가 평상시의 2배 이상인 동시에, 일정 프레임 수(예로서, 10프레임) 이상 연속으로 지속될 경우 하품인 것으로 판단한다.
이와 더불어, 이동통신 단말기(500)는 검출된 입과 코 영역을 통해 운전자의 졸음을 판단할 수 있는데, 이 경우 운전자의 코끝과 턱의 거리에 대한 코의 시작과 코 끝 사이 거리의 비가 평소 정해진 정상 상태 이상으로 길어지게 되는 경우, 운전자가 고개를 숙인 것으로 판단하여 졸음 운전에 대한 경고를 출력한다.
본 발명에서는 운전자의 코끝과 턱의 거리에 대한 코의 시작과 코 끝 사이 거리의 비가 평소의 1.85배 이상으로 측정되면 운전자가 고개를 숙인 것으로 판단한다.
이산화탄소 센서(300)는 차량 내의 이산화탄소 농도를 실시간으로 측정하여 이동통신 단말기(500)로 전송한다. 이와 같은 이산화탄소 센서(300)는 운전자의 호흡을 통해 발생하는 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있도록 차량 내부의 운전자 부근에 구비되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 이산화탄소 농도를 용이하게 측정할 수 있다면 차량 내부 어느 부분이나 설치 가능함은 물론이다.
또한, 이산화탄소 센서(300)로는 이산화탄소 농도를 측정하는 다양한 방식을 통한 이산화탄소 센서들이 적용될 수 있으며, 본 발명에서는 비분산 적외선법(NDIR)을 이용하여 이산화탄소의 농도를 측정하도록 한다.
비분산 적외선법(NDIR)을 이용할 경우, 적외선을 광학필터나 가스 흡광형 필터로 단색화 시킴으로써, 광로가 간단해지고 광원에서 검출기까지의 광 전달 효율이 좋아질 뿐만 아니라, 반사에 의한 가스투과 유효거리를 늘릴 수 있어 이산화탄소 가스에 대한 감도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 이산화탄소 센서(300)를 통해 측정한 차량 내의 이산화탄소의 농도가 2,000ppm을 초과하면, 이동통신 단말기(500)는 차량 내부가 졸음을 유발하는 환경이라고 판단하고, 이에 따라 운전자의 졸음을 예방할 수 있도록 이동통신 단말기(500)에 구비된 스피커를 통해 경고음을 울리거나, 이동통신 단말기(500)의 화면에 경고메시지를 띄워 운전자에게 졸음을 경고를 할 수 있다.
스마트 밴드(400)는 웨어러블(wearable) 형태로 운전자가 손목 등에 착용할 수 있도록 구성되며, 운전자의 피부와 접촉하는 부분에 심박센서가 구비되고, 피부와 접촉하는 심박 센서를 통해 운전자의 심박수를 측정하며, 운전자의 심박수를 측정하는 센서로는 다양한 방식의 심박 센서가 적용될 수 있으며, 본 발명에서는 PPG센서를 이용하여 운전자의 심박수를 측정한다.
이에 따라, PPG센서를 통해 측정된 운전자의 심박수가 20분 이상 감속이 지속될 시, 이동통신 단말기(500)는 운전자가 졸음 운전을 하고 있다고 판단하여 이동통신 단말기(500)에 구비된 스피커를 통해 경고음을 울리거나, 이동통신 단말기(500)의 화면에 경고메시지를 띄워 운전자에게 졸음을 경고를 할 수 있다.
또한, 스마트 밴드(400)는 내부에 진동장치가 구비되어, 이동통신 단말기(500)가 운전자의 졸음을 인식하여 운전자에게 졸음을 경고할 때, 진동을 함께 발생하여 효과적으로 경고를 전달할 수 있도록 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 운전자 졸음 인식 경보 장치를 통해 운전자의 졸음을 인식하여 졸음을 경고하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 카메라는 차량 내에 구비되어, 운전자를 촬영하여 획득한 영상을 유/무선통신을 통해 이동통신 단말기로 전송한다.(S210)
이에 따라, 이동통신 단말기는 적외선 카메라로부터 전송받은 영상을 통해 운전자의 얼굴 영역을 검출하고(S220), 검출된 얼굴 영역을 통해 눈, 코, 입 영역을 검출한다.(S230)
이에 따라, 눈이 감겨있는 시간 비율의 증가, 눈 깜박임 속도 감소, 하품의 빈도수 증가 및 고개 숙임 여부를 파악하여(S240), 운전자가 졸음 운전을 하고 있다고 판단하는 경우, 이동통신 단말기를 통해 출력되는 경고음, 경고메시지 또는 스마트 밴드를 통한 진동으로 운전자에게 졸음을 경고할 수 있다.(S250)
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이산화탄소 센서는 차량 내에 구비되어 차량 내의 이산화탄소 농도를 측정하여(S310), 측정된 데이터를 유/무선통신을 이용하여 이동통신 단말기로 전송한다.
이때, 측정된 이산화탄소의 농도가 2,000ppm을 초과할 경우(S320), 이동통신 단말기는 차량 내부의 환경이 운전자의 졸음을 유발한다고 판단하여, 이동통신 단말기를 통해 출력되는 경고음, 경고메시지 또는 스마트 밴드를 통한 진동으로 운전자에게 졸음을 경고할 수 있다.(S330)
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 밴드는 운전자의 손목 등에 착용할 수 있도록 구성되고, 운전자가 스마트 밴드를 손목 등에 착용하면 스마트 밴드에 구비된 심박 센서가 운전자의 피부와 접촉되어 운전자의 심박수를 측정하여(S410), 측정된 데이터를 유/무선통신을 이용하여 이동통신 단말기로 전송한다.
이때, 운전자의 심박수 감소가 20분 이상 지속될 경우(S420), 이동통신 단말기는 운전자가 졸음 운전을 하고 있다고 판단하여, 이동통신 단말기를 통해 출력되는 경고음, 경고메시지 또는 스마트 밴드의 진동으로 운전자에게 졸음을 경고할 수 있다.(S430)
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 운전자 졸음 인식 경보 시스템은 차량 내에 구비되는 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 상기 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 유/무선통신으로 연결되는 운전자의 이동통신 단말기를 포함하여 구성되어, 이동통신 단말기는 적외선 카메라를 통해 촬영된 영상을 분석하여 운전자의 눈, 입, 머리 등의 움직임을 파악하고, 이산화탄소 센서를 이용하여 차량 내 이산화탄소 농도를 측정하며, 스마트 밴드를 통해 운전자의 심박수를 측정하는 복합적인 방법을 통해 운전자의 운전 중 상태를 모니터링하여 운전자의 졸음을 인식함으로써, 단일 방식으로 운전자의 졸음을 인식하던 종래의 기술에 비해 졸음 인식률을 높여 더욱 효과적으로 졸음운전 여부를 판단할 수 있도록 지원한다.
또한, 운전자의 졸음이 감지되면 경고음, 경고메시지 및 진동을 이용한 경고를 통해 운전자의 졸음운전을 방지하여, 졸음운전으로 인해 발생하는 교통사고 등을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
100 : 졸음 인식 경보 시스템 200 : 적외선 카메라
300 : 이산화탄소 센서 400 : 스마트 밴드

Claims (6)

  1. 운전자 졸음 인식 경보 시스템에 있어서,
    차량 내에 구비되어 운전자를 촬영하는 적외선 카메라;
    차량 내의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서;
    운전자의 손목에 착용하도록 구성되어, 운전자의 심박수를 측정하는 스마트 밴드; 및
    상기 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 유/무선통신을 통해 연결되는 이동통신 단말기;
    를 포함하여 구성되어,
    상기 이동통신 단말기에서, 상기 적외선 카메라로부터 촬영된 영상과, 상기 이산화탄소 센서로부터 측정된 차량 내의 이산화탄소 농도 및 상기 스마트 밴드로부터 측정된 운전자의 심박수를 전송받아, 전송받은 데이터를 기반으로 운전자의 졸음 운전 여부를 판단하여 경보하는 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 인식 경보 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이동통신 단말기는,
    상기 적외선 카메라, 이산화탄소 센서 및 스마트 밴드와 블루투스 근거리 무선통신으로 연결되는 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 인식 경보 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이동통신 단말기는,
    운전자의 졸음이 인식되면, 상기 이동통신 단말기에 구비된 스피커를 통한 경고음이나, 이동통신 단말기의 화면을 통한 경고메시지 또는 스마트 밴드를 통한 진동으로 운전자에게 졸음을 경고하는 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 인식 경보 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이동통신 단말기는,
    상기 적외선 카메라로부터 촬영된 운전자의 영상을 전송받아, 운전자의 눈이 감겨있는 시간 비율, 눈 깜박임 속도, 하품의 빈도수 및 고개 숙임 여부를 파악하여 운전자의 졸음 운전 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 인식 경보 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 센서는,
    비분산 적외선법(NDIR)을 이용하여 차량 내의 이산화탄소 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 인식 경보 시스템.

  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스마트 밴드에는,
    운전자의 심박수를 측정하기 위한 PPG센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 인식 경보 시스템.
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