WO2003049967A1 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung des schläfrigkeitszustandes von führern bewegter objekte - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erkennung des schläfrigkeitszustandes von führern bewegter objekte Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for monitoring the sleepy state of
  • Devices for the detection of the sleepy state are known from GB 2 145 262 A and US 5,402,109.
  • the condition of the eyelid (opened or closed) is determined with the help of special glasses.
  • the condition of the eyelid is determined with a video camera.
  • DE 32 29 773 uses a sequence of optical pulses for the above-mentioned determination, which are reflected differently depending on the condition of the eyelid.
  • the invention is based on the object of reliably recognizing the drowsiness of the driver of moving objects and avoiding accidents by subsequently taking suitable measures, such as waking the driver and / or influencing the movement behavior of the moving object.
  • This object is achieved by the method according to claim 1 or by the device according to claim 6.
  • Several measured variables such as eyelid frequency, yaw rate and state of facial muscle relaxation are determined and processed into a sum signal according to FIG. 1:
  • Each comparator supplies a status signal (z) which can assume the logical values 0 (zero) or 1 (one).
  • the eyelid duty cycle changes in the case of sleepiness ie the temporal relationship between closed and open eyelid.
  • sleepiness ie the temporal relationship between closed and open eyelid.
  • long phases with the lid open are interrupted by short phases with the lid closed.
  • sleepiness increases, the phases lengthen with the eyelid closed.
  • a yawning of the driver of moving objects, ie eyes closed completely or partially for a short time and mouth wide open, can be determined by optical recognition with an electronic camera and subsequent image processing, such as pattern recognition and comparison with stored images from an awake state.
  • the facial muscle relaxation is performed, for example, with strain gauges applied to the facial skin or with the help of electronic image processing, such as Camera, pattern recognition and comparison with images from a waking state, determined.
  • electronic image processing such as Camera
  • a combination of the aforementioned signals e.g. Eyelid duty cycle and state of facial muscle relaxation form an independent measurement signal.
  • the device according to the invention can be expanded as desired, so that further physiological measurement signals can be taken into account.
  • the end status signal 8 can be used as a wake-up signal, an acoustic and / or optical alarm and / or a vibration alarm being used.
  • this signal can be used for moderate influence on the movement behavior of the moving object when sleepiness is determined. Measures such as Separation between engine and gearbox (disengagement), engine shutdown and / or gentle braking. In the case of railways, this signal can be used directly to trigger the so-called dead man's brake.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Überwachung des Schläfrigkeitszustandes von Führern bewegter Objekte wie Fahrzeuge, Flugzeuge, Eisenbahnen und Schiffe werden mehrere physiologische Messöss wie z.B. Augenlidfrequenz, Augenlid-Tastverhältnis, Gähnfrequenz oder Zustand der Gesichtsmuskelrelaxation zu einem unterschiedlich gewichteten Summensignal zusammengeführt, welches dann als End-Zustandssignal den Schläfrigkeitszustand mit den Zuständen logisch 0 (Null / z.B. keine Schläfrigkeit festgestellt) oder logisch 1 (Eins / z.B. Schläfrigkeit festgestellt) angibt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung des Schlafrigkeitszustandes von Führern bewegter Objekte
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überwachung des Schlafrigkeitszustandes von
Führern bewegter Objekte wie Fahrzeuge, Flugzeuge, Eisenbahnen oder Schiffe. Ebenso kann damit der Schlafrigkeitszustand bei anderen Personen wie z.B. Wachpersonen ermittelt werden. Bei Erkennung des Schlafrigkeitszustandes wird ein Alarmsignal ausgelöst und/oder das bewegte Objekt mit geeigneten Mitteln zum Stillstand gebracht.
Vorrichtungen zur Erkennung des Schlafrigkeitszustandes sind aus GB 2 145 262 A und US 5,402,109 bekannt. Dabei wird mit Hilfe einer speziellen Brille der Zustand des Augenlids (geöffnet oder geschlossen) festgestellt. Bei GB 2 215 040 A wird der Zustand des Augenlids mit einer Videokamera ermittelt. DE 32 29 773 nutzt zu vorgenannter Feststellung eine Folge von optischen Impulsen, die je nach Zustand des Augenlids unterschiedlich reflektiert werden. Diese Verfahren und Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie sich nur auf den Zustand des Augenlides konzentrieren und zum Beispiel ein Schlafen mit offenen Augen nicht erkennen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schlafrigkeitszustand des Führers bewegter Objekte sicher zu erkennen und Unfälle durch das anschließende Einleiten geeigneter Maßnahmen, wie Wecken des Führers und/oder Einwirken auf das Fortbewegungsverhalten des bewegten Objektes, zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch die Vorrichtung nach Patentanspruch 6 gelöst. Dabei werden mehrere Meßgrößen wie z.B. Augenlidfrequenz, Gähnfrequenz und Zustand der Gesichtsmuskelrelaxation ermittelt und gemäß Figur 1 zu einem Summensignal verarbeitet:
- Ermittlung der einzelnen Meßgrößen mit Detektoren 1.
- Vergleich der Detektorsignale mit Vergleichssignalen 2 in Komparatoren 3. Jeder Komparator liefert ein Zustandssignal (z), das die logischen Werte 0 (Null) oder 1 (Eins) annehmen kann.
Hiermit kann verhindert werden, dass einzelne Meßgrößen, die unter einem Schwellwert liegen, einen Beitrag zum Summensignal liefern.
- Gewichtung der Zustandssignale mit 4, sodass die Signale (s) beliebige Werte zwischen 0 (Null) und 1 (Eins) annehmen können.
- Addition der Signale (s) mit 5.
- Vergleich des Additionssignals mit Vergleichssignal 6 in Endkomparator 7. Ergebnis ist das End-Zustandssignal 8, welches die logischen Werte 0 (Null / z.B. keine Schläfrigkeit festgestellt) und 1 (Eins / Schläfrigkeit festgestellt) annehmen kann.
Die Augenlidfrequenz nimmt erfahrungsgemäß mit zunehmendem Schlafrigkeitszustand ab und kann somit als geeignete Meßgröße dienen. Außerdem ändert sich bei Schläfrigkeit das Augenlid-Tastverhältnis, d.h. das zeitliche Verhältnis zwischen geschlossenem und geöffnetem Augenlid. Im wachen Zustand werden dabei lange Phasen mit geöffnetem Lid durch kurze Phasen mit geschlossenem Lid unterbrochen. Bei zunehmender Schläfrigkeit verlängern sich die Phasen mit geschlossenem Augenlid. Ein Gähnen des Führers von bewegten Objekten, d.h. Augen kurzzeitig ganz oder teilweise geschlossen sowie Mund weit geöffnet, kann durch eine optische Erkennung mit einer elektronischen Kamera und anschließender Bildverarbeitung, wie z.B. Mustererkennung und Vergleich mit gespeicherten Bildern aus wachem Zustand, ermittelt werden.
Die Gesichtsmuskelrelaxation, insbesondere im Wangenbereich, wird zum Beispiel mit auf der Gesichtshaut aufgebrachten Dehnungsmeßstreifen oder mit Hilfe der elektronischen Bildverarbeitung, wie z.B. Kamera, Mustererkennung und Vergleich mit Bildern aus wachem Zustand, ermittelt.
Ebenso kann eine Kombination der vorgenannten Signale, wie z.B. Augenlid-Tastverhältnis und Zustand der Gesichtsmuskelrelaxation ein eigenständiges Meßsignal bilden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beliebig erweiterbar, sodass weitere physiologische Meßsignale berücksichtigt werden können.
Das End-Zustandssignal 8 kann als Wecksignal eingesetzt werden, wobei ein akustischer und/oder optischer Alarm und/oder ein Vibrationsalarm verwendet werden. Außerdem kann dieses Signal bei ermittelter Schläfrigkeit zur gemäßigten Einwirkung auf das Fortbewegungsverhalten des bewegten Objektes dienen. Dabei können Maßnahmen wie z.B. Trennung zwischen Motor und Getriebe (Auskuppeln), Abschalten des Motors und/oder sanftes Abbremsen durchgeführt werden. Bei Eisenbahnen kann dieses Signal direkt zur Auslösung der sogenannten Totmannbremse dienen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung des Schlafrigkeitszustandes von Führern bewegter Objekte wie Fahrzeuge, Flugzeuge, Eisenbahnen und Schiffe, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere physiologische Meßgrößen wie z.B. Augenlidfrequenz, Augenlid-Tastverhältnis, Gähnfrequenz oder Zustand der Gesichtsmuskelrelaxation zu einem unterschiedlich gewichteten Summensignal zusammengeführt werden, welches dann als End-Zustandssignal (8) den Schlafrigkeitszustand mit den Zuständen logisch 0 (Null / z.B. keine Schläfrigkeit festgestellt) oder logisch 1 (Eins / z.B. Schläfrigkeit festgestellt) angibt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine geeignete Kombination mehrerer physiologischer Meßgrößen, wie z.B. Augenlid-Tastverhältnis und Zustand der Gesichtsmuskelrelaxation, ein eigenständiges Meßsignal bildet.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das End-Zustandssignal (8) als Wecksignal einen akustischen und/oder optischen Alarm und/oder einen
Vibrationsalarm auslöst.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das End-Zustandssignal (8) auf das
Fortbewegungsverhalten des bewegten Objekts einwirkt, wobei Maßnahmen wie z.B. Auskuppeln, Abschalten des Motors und/oder sanftes Abbremsen durchgeführt werden können.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das End-Zustandssignal (8) bei Eisenbahnen direkt zum Auslösen der Totmannbremse eingesetzt werden kann.
6. Vorrichtung zur Überwachung des Schlafrigkeitszustandes von Führern bewegter Objekte wie Fahrzeuge, Flugzeuge,
Eisenbahnen und Schiffe, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere physiologische Meßgrößen wie z.B.
Augenlidfrequenz, Augenlid-Tastverhältnis, Gähnfrequenz oder Zustand der Gesichtsmuskelrelaxation gemäß Figur 1 zu einem unterschiedlich gewichteten Summensignal zusammengeführt werden, welches dann als End-Zustandssignal (8) den
Schlafrigkeitszustand mit den Zuständen logisch 0 (Null / z.B. keine Schläfrigkeit festgestellt) oder logisch 1 (Eins / z.B. Schläfrigkeit festgestellt) angibt.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das End-Zustandssignal (8) als Wecksignal einen akustischen und/oder optischen Alarm und/oder einen
Vibrationsalarm auslöst.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das End-Zustandssignal (8) auf das
Fortbewegungsverhalten des bewegten Objekts einwirkt, wobei Maßnahmen wie z.B. Auskuppeln, Abschalten des Motors und/oder sanftes Abbremsen durchgeführt werden können.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das End-Zustandssignal (8) bei Eisenbahnen direkt zum Auslösen der Totmannbremse eingesetzt werden kann.
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