WO2005009237A1 - 眠気検出装置および個人認証装置 - Google Patents

眠気検出装置および個人認証装置 Download PDF

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WO2005009237A1
WO2005009237A1 PCT/JP2003/016399 JP0316399W WO2005009237A1 WO 2005009237 A1 WO2005009237 A1 WO 2005009237A1 JP 0316399 W JP0316399 W JP 0316399W WO 2005009237 A1 WO2005009237 A1 WO 2005009237A1
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drowsiness
personal authentication
finger
detection device
light
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PCT/JP2003/016399
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French (fr)
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Miyuki Kono
Masao Kamahori
Shinichiro Umemura
Yuichi Kashimura
Hitoshi Matsuo
Hiroshi Masuzawa
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/16—Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state
    • A61B5/18—Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state for vehicle drivers or machine operators
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50—Context or environment of the image
    • G06V20/59—Context or environment of the image inside of a vehicle, e.g. relating to seat occupancy, driver state or inner lighting conditions
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/14—Vascular patterns
    • G06V40/145—Sensors therefor

Definitions

  • the present invention relates to a drowsiness detection device and a personal authentication device for detecting drowsiness of a driver, and more particularly to a drowsiness detection technology and a driver identification technology based on the detection result.
  • both hands are required to measure an electrocardiographic signal using the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-25729 and apply it to sleepiness detection. You must touch the handle. In addition, it is necessary to take measures against noise represented by hand EMG signals.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-272720 is to be worn on the wrist of a subject, and no other mounting has been studied.
  • the driver's health is managed based on the driver's biological information, the driver's identity must be authenticated.
  • the conventional technology has not been studied.
  • the present invention provides a device capable of identifying a driver and detecting biological information of the driver typified by drowsiness of the driver.
  • the drowsiness detection device includes a light source that irradiates light to a user's finger or hand, and an imaging unit that captures reflected light or transmitted light from the finger or hand, and analyzes and uses the captured image. It detects the drowsiness of the person.
  • the personal authentication device uses a light source that irradiates light of two or more different wavelengths, and the arithmetic unit authenticates the user using data captured by each of the light of the two or more wavelengths. Is what you do.
  • the personal authentication device has a light diffusing member provided between a light source and a finger or hand to be irradiated.
  • FIG. 1 is a diagram showing an apparatus configuration in the transmitted light method.
  • FIG. 2 is a diagram showing an apparatus configuration in the reflected light method.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of incorporating a vein imaging device into a door of a four-wheeled vehicle and a handle thereof.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the effect of the light diffusing glass when imaging is performed by the reflected light method.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (c) are diagrams showing examples of incorporating a vein imaging device inside the handle.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a result of imaging using two wavelengths and a pattern enhancement process.
  • FIG. 7 is a diagram showing the flow of sleepiness detection measurement.
  • a finger vein pattern image is used to detect drowsiness and perform personal authentication.
  • sleepiness is detected by detecting a pulse or a rise in hand temperature.
  • the vein pattern is not limited to the finger, but may be any part of the hand. However, the vein pattern of the finger is easier to image because it travels closer to the body surface than the palm.
  • the imaging of the finger vein pattern image is performed based on light measurement, and there are a method using transmitted light and a method using reflected light as a light source.
  • Near infrared light is mainly used as a light source. This is because the main absorber of near-infrared light in the living body is hemoglobin hemoglobin, and other living tissues have a high permeability, so that vein pattern images are taken.
  • the transmitted light is used, the finger (101) is placed between the light source (102) and the imaging unit (103) as shown in FIG.
  • the light emitted from the light source to the finger from the back side of the hand repeats scattering in the finger and then comes out of the finger.
  • the light source unit (201) and the imaging unit (103) are placed on the same side of the finger (101) so that the vein (101) is placed. 4) The pattern image is captured.
  • a light emitting element such as an LED can be used for the light source section.
  • a four-wheeled vehicle is adopted as a vehicle.
  • the present invention includes a motorcycle, a railroad vehicle, an airplane, and the like, which are operated by a driver, in addition to the four-wheeled vehicle.
  • Driver identification using personal identification technology is performed, for example, when opening a vehicle door and getting into the driver's seat or when sitting on a seat and grasping a steering wheel (control stick).
  • a device is installed inside the handle or handle of the door, and imaging is performed using reflected light.However, in the vehicle, light is directed toward a finger, such as a panel part such as a room mirror or a meter. If the light source is installed at a position where light can be irradiated, it is possible to image a vein pattern using transmitted light.
  • the right and left light sources are selected according to, for example, which hand is located on the steering wheel. It is conceivable to use one light source.
  • the light source section (303) and the imaging section (300) are attached to the handle (302) inside the door (301). 4) is incorporated.
  • An imaging window is provided at the part of the door handle (302) where the imaging part of the hand touches. This includes, for example, providing a rectangular window at a position where the base of the finger is expected to touch from the second joint part of the four fingers except the thumb. It is effective that the window portion is made of a material and a size capable of blocking external environmental light as much as possible and transmitting light of the wavelength of the light source light.
  • the light source section (303) is installed at a position where the finger to be imaged is not directly irradiated with light. This is because if the light from the light source is directly irradiated on the finger directly, it will exceed the dynamic range of the imaging device.For example, in a 256-tone grayscale image, the part that is strongly irradiated will be completely white. It is because it becomes. To prevent this, it is effective to place a material having a light diffusion function typified by ground glass on the light emitting surface of the light source.
  • the installation position of the light source is not limited to the position of 303, and the finger can be directly irradiated with the light source light.
  • Figure 4 shows the case where the near-infrared light emitting LED is used as the light source and the light source is directly applied to the finger to image the finger (401), and the intensity of the light source of 401 is unchanged before the light source.
  • An example in the case where an image is taken with the light diffusing glass placed (402) is shown.
  • a CCD element or a CMOS element can be used for the imaging section (304).
  • the authentication calculation can be incorporated in, for example, an engine control system. According to this configuration, it is not necessary to add a new control system, and the authentication result can be used for engine start control.
  • the door (301) incorporates a sensor (not shown) that can detect the approach of a living body, such as an infrared sensor, and detects that a human hand (305) has approached the handle with the sensor. (303), by turning on the power of the imaging unit (304), it is possible to adopt a method of suppressing power consumption as much as possible.
  • the handle part (302) of the door is provided with a protruding shape (306), By making a recess (307) to accommodate the index finger, it is possible to position the finger to be imaged by limiting the place where the hand is to be applied without being visually recognized. With this configuration, the position of the captured image can be specified, and the accuracy of the comparison with the registered image can be improved.
  • FIG. 5 shows an example in which the authentication device is incorporated in the handle (501).
  • the light source section (509) and the image pickup section (510) are built in the handle (501), and the authentication calculation section (503) is built in the center part (504) of the handle.
  • a recording medium (505) of the measurement result is also incorporated.
  • the recording medium is described in the horn section in FIG. 5, but may be provided in other places.
  • FIG. 5 shows an example in which the device is incorporated in a portion gripped by the right hand (305), but may be a portion gripped by the left hand (506). Even if one hand is separated from the handle, it is possible to take a vein pattern image from one hand touching the handle.
  • Fig. 5 (a) shows a view in which the handle is held with both hands.
  • Fig. 5 (b) shows the right hand part of (a).
  • (c) shows a cross-sectional view in a plane parallel to the ring of the handle.
  • the light source unit (509) is desirably installed at a position where the finger to be irradiated is not directly irradiated with light, as in the case where the light source unit is mounted on the handle of the door. However, this does not apply when a material having a light diffusion function is installed on the light emitting surface of the light source.
  • the light emitted from the light source is mainly absorbed by hemoglobin in venous blood that exists directly under the skin on the palm side of the finger.
  • the part can capture a vein pattern image of the ventral side of the finger.
  • Identity verification is performed by comparing the captured image with a previously registered finger vein pattern image.
  • the authentication is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-180845 This is performed using the method described in the report.
  • the handle (501) incorporates an infrared sensor that detects the approach of a living body in the same way as the door (301) in Fig. 3, and captures a vein pattern image, similar to the handle (302).
  • the AA 'part of the handle in Fig. 5 (c) has an imaging window ( 508) is provided. It is effective to construct this window with a material that can block external environmental light as much as possible and transmit light of the wavelength of the light source light, as in the case of incorporating it into the handle of the door.
  • an imaging method using reflected light is easier to reduce the size of an optical system than an imaging method using transmitted light.
  • the imaging method using reflected light it is difficult to obtain the same contrast as a vein pattern image captured using transmitted light. Therefore, in order to acquire a vein pattern image with higher sensitivity, an embodiment will be described in which a plurality of images are captured using two wavelengths and pattern enhancement is performed by image processing.
  • a light emitting element capable of emitting light of two or more wavelengths.
  • short wavelengths can be selected up to around 600 nm, which can penetrate the living body, and long wavelengths can be selected up to near 980 nm, where the water absorption peak appears. it can.
  • the living body absorbs light, so that the image becomes dark as a whole and the vein pattern cannot be imaged with good contrast.
  • 980 nm the same phenomenon occurs because the light absorption of water, which is a constituent of living organisms, increases.
  • 680 nm and 810 nm will be described as examples, but the wavelength to be selected is not limited to this.
  • Light having a wavelength of 680 nm has the characteristic that the difference in absorption coefficient between deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin is large, and that the difference is small at 810 nm. To do.
  • the wavelength to be selected if the wavelength to be selected is determined on a program-by-program basis, the user does not know at which wavelength the image is being picked up, so that the forged finger can be easily identified. Is also possible.
  • a 680 ⁇ oxvHb C oxvHb ⁇ "" deoxyHb C deoxyHb ' ⁇ + CC
  • the coefficient l is considered to contribute to each pixel value (absorbance) as a common component, and it is necessary to consider components that contribute to the difference from the viewpoint of pattern emphasis.
  • k is the ratio of the concentration of oxyhemoglobin to the concentration of oxyhemoglobin.
  • FIG. 6 shows a vein pattern image (601) using a .680 nm light source, a vein pattern image (602) using a 810 nm light source, and a pattern-enhanced image (603) based on them.
  • the pattern emphasized image (603) is obtained by converting the calculated value of k for each pixel value into a gray scale.
  • the original image has uneven brightness, and the vein pattern itself can be emphasized even if the base of the finger is wide. For example, in the image of 603, the pattern at the base of the finger emerges, and Two blood vessels are highlighted in the area to draw an ellipse.
  • Sleepiness detection can be performed as an independent process, but it can also be controlled so that it is performed only when personal authentication is successful.
  • a method for detecting drowsiness by detecting pulse information from an image is described.
  • a finger vein pattern image is captured continuously (eg, 30 frames / second), or light of different wavelengths is obtained by alternately blinking two wavelength light.
  • the vein pattern of the finger is imaged using this method, and the vein pattern is emphasized by the method described above continuously over time.
  • the outline of the finger is detected by image processing, and the sum or average of the pixel values inside the finger is calculated in each of the vein pattern images acquired in time series in this manner.
  • the temporal change of the calculated sum or average value corresponds to the pulse.
  • analysis based on chaos theory and sleepiness detection using the Lyapunov exponent may be performed.
  • Lyapunov exponent based on pulse wave data measured for a certain period of time is repeated over time, and the change in Lyapunov exponent is measured.
  • this index shows an increasing tendency, it is determined that drowsiness is occurring due to fatigue or the like.
  • An increase in the Lyapunov index is associated with a decrease in concentration of consciousness due to strong fatigue.
  • the pulse rate decreases as the user becomes drowsy, the time between the peaks of the pulse wave is measured, and if this is increasing, it can be determined that drowsiness is occurring.
  • the vein pattern image of the finger is captured with time, and the occupied area (s) of the blood vessel portion is calculated each time.
  • the occupied area is determined by identifying a blood vessel position in a captured image and counting the number of pixels in a portion where the blood vessel exists.
  • the above threshold value can be set uniformly, but it is also possible to set an individual image based on an image of a vein pattern in an actual drowsy state. Since sleepiness occurs 2 hours after lunch, it is effective to provide a meal time input button so that a warning can always be issued 2 hours after lunch.
  • the recording medium (505) of the measurement results has a structure that has sufficient strength against heat and impact not to be destroyed in the event of a vehicle accident so that it can be taken out in the event of an accident. It is also effective to transmit data to the outside using a communication function using a wireless or mobile phone, and store and manage the data over time in an external organization. Furthermore, even if not all records are recorded, it is necessary to keep the measurement results for about 5 minutes just before the warning starts, so that it can be determined later whether the drowsiness detection function was working properly. It is valid.
  • FIG. 7 shows a flow chart of the above series.
  • the imaging conditions are corrected by light source control or the like, and the individual is authenticated by the method described in the above example (701), and this is used as a trigger to capture the vein pattern image over time (702).
  • start. To correct the imaging conditions, besides optimizing the amount of light by controlling the light source, monitor the environmental temperature by incorporating a temperature sensor into the steering wheel, etc., and do not detect sleepiness or perform personal authentication at low or high temperatures. Warnings, such as sounding alarms, and so on.
  • the temperature threshold at this time can be set arbitrarily, or can be set automatically according to time or season.
  • the temperature is low when the vein pattern image of the picked-up finger is observed to have contracted blood vessels at a certain ratio or more.
  • the measurement results are recorded on a recording medium (505) over time, or recorded by an external organization such as a data center by transmitting information to the outside by radio or the like (703). (704) is determined with time. If the patient is not drowsy, the imaging of the vein pattern image and the detection of drowsiness are continued, but if it is determined that the patient is drowsy, sound is emitted from the speakers inside the vehicle to enter the vehicle. Warning to the driver and passengers by sending a warning (705) Make a reminder.
  • this alert can be made by linking the drowsiness detection system to the car navigation system, using the navigation screen or voice, or by ventilating by opening and closing air conditioners and windows.
  • a step is provided for determining whether or not the number of warnings to the driver has exceeded a certain number of times (770) . If the number of warnings has exceeded a certain number, the information of the authenticated person and the result of sleepiness detection are provided.
  • a warning can be given to the outside by sending a signal to a person concerned outside the vehicle or a related organization such as a hospital and turning on the hazard lamp (708). The information transmission destination at this time is registered in advance.
  • the driver can be identified from the personal authentication result recorded on the storage medium inside the car or transmitted outside the car.
  • the method of enhancing the image of the finger vein pattern by two-wavelength measurement is not limited to the measurement method using reflected light. It is also possible to attach the part corresponding to the light source to the outside without incorporating it inside the handle, and use the transmitted light method to image the vein pattern of the finger. In that case, the device is configured such that the finger of the hand (305, 506) can be placed between the light source (303) and the imaging device (304).
  • two wavelengths are used, but it is also possible to irradiate two or more wavelengths and selectively select two from them. Even when two or more wavelengths are used, the same analysis can be performed by using a method such as calculating the value of k for each of the two wavelengths using the above equation and displaying the average value of the images as an image.
  • the drowsiness detection method based on the vein pattern image is used, and if the driving is not safe, a warning can be issued to the driver and the vehicle.
  • the present invention can be applied to a technique for detecting a driver's drowsiness and a technique for identifying a driver based on the detection result.
  • the car navigation system can be linked to a car navigation system and other in-vehicle devices and applied to devices that control those devices, etc., and can perform operations based on personal authentication results and sleepiness detection results.

Abstract

　運転者の眠気の検出を行い、かつ、運転者の同定を行う眠気検出装置および個人認証装置である。この眠気検出装置および個人認証装置は、静脈パターン画像を元にした眠気検出方法を用い、運転が安全でない場合には、運転者及び車内への警告を行う。また、乗車時に個人認証を行い、その結果と合わせて運転者の眠気計測結果の記録を行うことで、運転者を同定することを可能とする。これにより、車両の安全運行が確保され、事故が発生した場合には、記憶媒体に記録された個人認証結果より運転者の同定を行うことができる。

Description

明 細 書 眠気検出装置および個人認証装置 技術分野
本発明は、 運転者の眠気を検出する眠気検出装置および個人認証装置に関し、 特に、 眠気の検出技術とその検出結果による運転者の同定技術に関する。 背景技術
車両運転中における運転者の眠気に起因する事故を防ぐために、 運転者の覚醒 の状態をモニタし、 眠りかけていないかどうかを判定することの必要性は高い。 眠気検出の技術として、 自動車のハンドルから運転者の生体情報を取得するため の方法が考案されており、 例えば、 ハンドルに装着した電極を用いて心電信号を 計測する技術がある （例えば特開昭 5 9 - 2 5 7 2 9号公報）。一方、血流が有す る情報を利用して眠気を検出する方法として、 脈波から覚醒状態を判定する方法 がある （例えば特開 2 0 0 2— 2 7 2 7 0 8号公報）。 発明の開示
本発明者らの検討によれば、 特開昭 5 9 - 2 5 7 2 9号公報に開示されている 方法を用いて心電信号を計測し、 眠気検出に応用するためには、 両手が必ずハン ドルに触れていなければならない。 さらに、 手の筋電位信号などに代表されるノ ィズへの対策を講じる必要がある。
—方、 特開 2 0 0 2— 2 7 2 7 0 8号公報に開示されている技術は被験者の手 首に装着するものであってその他の実装についての検討がなされていない。 又、 交通事故が起こってしまった場合や、 又運転者の生体情報を元に走行中の 運転者の健康管理等を行う場合等において、 運転者の本人認証が必要とされてい るがこの点については従来技術は検討がなされていない。
本発明は、 運転者が誰であるかの同定を行うと共に、 運転者の眠気に代表され る運転者の生体情報の検出を行うことのできる装置を提供するものである。 本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、 本明細書の記述及び添付図 面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、 次のとおりである。
本発明による眠気検出装置は、 利用者の指または手へ光を照射する光源と、 指 または手からの反射光もしくは透過光を撮像する撮像部を有し、 撮像された画像 を解析して利用者の眠気を検知するものである。
又、 本発明による個人認証装置は、 異なる 2つ以上の波長の光を照射する光源 を用いて、 演算部が上記 2つ以上の波長の光各々で撮像したデータを用いて利用 者の認証を行うものである。
又、 本発明による個人認証装置は、 光源と照射される指又は手の間に光拡散部 材を設置するものである。
以上、 記述した発明により、 精度よく個人認証を行うと共に車両運転者の眠気 検出を行うことが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 透過光方法における装置構成を示す図である。
図 2は、 反射光方法における装置構成を示す図である。
図 3は、 四輪自動車のドアとその取っ手への静脈撮像装置の組み込み例を示す 図である。
図 4は、 反射光方法で撮像する場合における光拡散ガラスの効果の例を示す図 である。
図 5 ( a ) 〜図 5 ( c ) は、 ハンドル内部への静脈撮像装置の組み込み例を示 す図である。
図 6は、 2波長を用いた撮像とパターン強調処理の結果の例を示す図である。 図 7は、 眠気検出計測の流れを示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 本発明においては、 眠気の検出と個人認証を行うために、 指の静脈パターン画 像を用いる。 指の静脈パターン画像を用いての個人認証に用いる指の静脈パター ン画像を用いて、 脈拍あるいは、 手の温度上昇を検知することにより眠気の検出 を行う。 静脈パターンは指に限らず手のどの場所のものであっても構わないが、 手のひら部分よりは指の静脈パターンの方が、 より体表面に近い位置を走行して いるために撮像しやすい。
指の静脈パターン画像の撮像は光計測に基づいて行い、 光源としては透過光を 用いる方法と反射光を用いる方法とがある。 光源には主に近赤外光を用いる。 こ れは、 生体における近赤外光の主な吸収体は血色素ヘモグロビンであり、 それ以 外の生体組織では透過性が高いという性質を利用して静脈パターン画像を撮像す るためである。 透過光を用いる場合には、 図 1に示すように、 指 （1 0 1 ) は光 源部 （1 0 2 ) と撮像部 （1 0 3 ) の間に置く。 光源から指に対し、 手の甲側か ら照射された光は、 指の中で散乱を繰り返した後に指から出てくるために、 手の ひら側に設置した撮像部 （1 0 3 ) によって撮像されるのは、 手のひら側の皮膚 直下に存在する静脈 （1 0 4 ) のパターン画像となる。 反射光方法の場合には、 図 2に示すように、 光源部 （2 0 1 ) と撮像部 （1 0 3 ) は指 （1 0 1 ) に対し、 同じ側に置くことで静脈 （1 0 4 ) のパターン画像の撮像を行う。 上記、 光源部 には、 LED等の発光素子を用いることができる。
本実施例においては車両として四輪自動車を採用するが、 本願発明には四輪自 動車の他に運転手が操縦を行う自動二輪車や鉄道車両、 飛行機等も含まれる。 個 人認証技術による運転者の同定は、 例えば、 車両のドアを開けて運転席に乗り込 む際やシートに着座しハンドル （操縦桿） を握った際に行う。 以下、 ドアの取つ 手やハンドルの内部に装置を組み込み、 反射光による撮像を行う場合を例に説明 を行うが、 車内において、 例えばルームミラーやメータ等のパネル部分等、 指に 向けて光を照射することが可能な位置に光源部を設置すれば、 透過光を使った静 脈パターンの撮像も可能である。
この場合は、 ミラー等による集光や、 レーザー光を用いることが有効である。 又、 ハンドルの左右に右手用と左手用に分けて光源を設置した場合には、 これら 左右の光源のうち例えば何れの手がハンドルに位置されているか等に応じて選択 的にひとつの光源を使用することが考えられる。
ドアを閉めて乗り込む際に認証を行う場合には図 3に示すように、 ドア （3 0 1 ) の内側の取っ手部分 （3 0 2 ) に光源部 （3 0 3 ) と撮像部 （3 0 4 ) を組 み込む。 ドアの取っ手部分 （3 0 2 ) において手の撮像部位が触れる部分には撮 像用の窓を設ける。 これは例えば、 親指を除く 4本の指の第 2関節部分から指の 付け根部分が触れることが想定されている位置に長方形の窓を設けることが挙げ られる。 窓部分は、 外部の環境光はなるべく遮断し、 光源光の波長の光を透過さ せることのできる材質及び大きさで構成することが有効である。
光源部 （3 0 3 ) は、 撮像の対象である指に対し直接光が照射されないような 位置に設置する。 これは、 光源の光が指に直接強く照射されてしまうと、 撮像素 子のダイナミックレンジを越えてしまうために、例えば 256階調グレースケール の画像では、 光が強く照射された部分が真っ白になってしまうためである。 これ を防ぐためには、 摺りガラスに代表される光拡散機能を持つ材料を光源の発光面 に置くこと等が有効である。
光拡散機能を持つ材料に入射した光源光は、 拡散され、 光量が多少弱まった状 態で出射する。 そのため、 光源の設置位置は 3 0 3の位置の限定を受けず、 指に 対して光源光を直接照射することが可能となる。 図 4に、 近赤外光発光 LED を 光源に用いて、 指に直接光源光を当てて指を撮像した場合 （4 0 1 ) と 4 0 1の 光源の強度は変えずに光源の前に光拡散ガラスを設置して撮像した場合（4 0 2 ) の例を示す。 撮像部 （3 0 4 ) には、 C C D素子や CMO S素子を用いることが できる。 認証の演算は、 例えばエンジン制御系等に組み込むことができる。 本構 成によれば新たに制御系を組み込まずに済み、 認証の結果をエンジンの始動制御 に使うことができる。
本構成においては運転者が乗車する際にドアの内側の取っ手部分 （3 0 2 ) を 握ろうとする際に個人認証を行う。 ドア （3 0 1 ) に図示しない例えば赤外線セ ンサ等生体の接近を感知することのできるセンサを組み込み、 ヒトの手（3 0 5 ) が取っ手に近づいたことを同センサで感知し、光源部（3 0 3 )、撮像部（3 0 4 ) の電源が入るようにすることで、 なるべく電力消費を抑える方法を取ることもで きる。 また、 ドアの取っ手部分 （3 0 2 ) には、 突起形状 （3 0 6 ) を設けたり、 人差し指が納まるような窪み （3 0 7 ) をつけたりすることで、 手をかける場所 が視認しなくても限定されるようにすることにより、 撮像対象の指の位置決めを 行えるようにする。 本構成によって、 撮像画像の位置が規定でき、 登録画像との 照合精度を上げることができる。
運転席に着座し、 ハンドルを握った際に個人認証を行う場合には、 認証装置を ハンドルに搭載する。 ドアとハンドルとで 2重に認証を行うことも可能である。 この場合、 ドアとハンドルにはそれぞれ異なる情報、 例えばドアは人差し指をハ ンドルには中指と異なる指を登録する等を登録しておき、 2重に認証されて初め て車両が利用できるようにする。 これにより、 セキュリティ強度を上げることが 可能となる。
図 5には、 ハンドル （5 0 1 ) に認証装置を組み込む場合の例を示す。 ハンド ル （5 0 1 ) の内部に光源部 （5 0 9 ) と撮像部 （5 1 0 ) を組み込み、 認証の 演算部 （5 0 3 ) は、 ハンドル中央部分 （5 0 4 ) に組み込む。 また、 計測結果 の記録媒体 （5 0 5 ) も組み込む。 記録媒体は図 5においてクラクション部に記 載するがこれ以外のところに設けても良い。
図 5には、 右手 （3 0 5 ) が握る部分に装置を組み込む例を示すが、 これは左 手 （5 0 6 ) が握る部分でも構わない。 両手部分に組み込み、 片手がハンドルか ら離れても、 ハンドルに触れている片手から静脈パタ一ン画像を撮像することも 可能である。
図 5 (a)は、 両手でハンドルを握った図を示す。 図 5 (b)は、 （a)の右手部分を示 す。 さらに (c)には、ハンドルの輪に対して平行な面での断面図を示す。光源部（5 0 9 ) はドアの取っ手部分に装着する場合と同様、 照射対象である指に直接光が 照射されない位置に設置することが望ましい。 しかし、 光拡散機能を持つ材料を 光源の発光面に設置する場合にはこの限りではない。
ドアの取っ手、 ハンドルのいずれに装置を装着する場合でも、 光源部より照射 された光は、 指における手の平側の皮膚直下に存在する静脈血中のへモグロビン で主に吸収されるために、 撮像部では指の腹側の静脈パタ一ン画像を撮像するこ とができる。 撮像した画像と予め登録しておいた指の静脈パターン画像とを照合 することで、 本人認証を行う。 認証は例えば、 特開 2 0 0 1— 1 8 4 5 0 7号公 報に記載される方法を用いて行う。
ハンドル （5 0 1 ) にも、 図 3のドア （3 0 1 ) の場合と同様に生体の接近を 感知する赤外線センサを組み込み、 又、 取っ手 （3 0 2 ) 同様、 静脈パターン画 像を撮像するのに適した位置に手が置かれることを目的とした、 突起形状 （5 0 2 ) を設けたり、人差し指を置く位置のすぐ脇のグリップ部分にマーカ （5 0 7 ) をつけるなどして握る部分の位置決めを行うことが認証精度向上のために有効で ある。
ハンドル （5 0 1 ) 内部に組み込んだ撮像部 （5 1 0 ) で指の静脈パターン画 像を撮像するために、 図 5 (c)のハンドル部分の A-A' 部分には、 撮像用の窓 （5 0 8 ) を設ける。 この窓は、 ドアの取っ手部分に組み込む場合と同様に、 外部の 環境光はなるべく遮断し、 光源光の波長の光を透過させることのできる材質で構 成することが有効である。
また、 取っ手やハンドルの内部に素子を組み込み指の静脈パターンを撮像する ためには、 光源と撮像素子の間の光学距離を短くする必要がある。 一般に、 反射 光を用いた撮像方法は、透過光を用いた撮像方法よりは光学系を小型化しやすい。 一方で、 反射光を用いた撮像方法では、 透過光を用いて撮像した静脈パターン画 像と同等のコントラストを得ることが難しい。 そこで、 静脈パターン画像をより 感度良く取得するため、 2波長を用いて複数枚の画像を撮像し、 画像処理による パターン強調を行う実施例を説明する。
光源には、 2波長以上を発光することのできる発光素子 （例えば L E D ) を用 いる。 撮像に用いる 2波長のうち、 短波長のものは生体を透過できる 600nm付 近までから選ぶことができ、 長波長のものは水の吸収ピークが出現する 980nm 近傍より手前の波長までから選ぶことができる。 600nmより短波長側では、生体 が光を吸収するために画像は全体的に暗くなり静脈パターンをコントラスト良く 撮像することができない。 また、 980nmより長波長側では、 生体の構成成分であ る水の光吸収が大きくなるために、 これと同様のことが起きる。
以降、 本実施例においては 680nmと 810nmを例として説明するが、 選択する 波長はこの限りではない。 尚、 680nmの波長の光は、 デォキシヘモグロビンとォ キシへモグロビンの吸光係数の差が大きく、 810nmは差が小さいという特徴を有 する。 選択する波長については、 プログラム上でどの波長を選択するかをその都 度決定されるようにすれば、 どの波長で撮像しているかが利用者にわからないた め、 偽造指を看破しやすくすることも可能となる。
異なる 2つの波長で撮像した 2枚の画像を用いて静脈パターンを強調するため に、 まず、 撮像したそれぞれの画像において、 （数 1) に従い、 輝度値を吸光度 A に変換する。
(数 1)
A = \ glQ{pm^l p) ここで、 pmax は画素値の最大値、 pは画素値である。 また、 波長； Lにおける 吸光度は （数 2) 式で与えられる。
(数 2)
Αλ = SoxyHb W · CoxyHb · d + S deoxyHb W · CdeoxyHb + (数 2) 式で、 £。xyHb (え）、 8 ( λ )はォキシヘモグロビン、 デォキ シヘモグロビンの分子吸光係数、 c。xyHb、 c de。xyHbは、 それぞれのへモグロビ ンの濃度、 dは実効光路長、 ひ（λ)はヘモグロビン以外の生体組織による減衰を 表す。 指の掌部における色素はォキシへモグロビンとデォキシへモグロビンが主 であるため、 ひ（ 0が測定波長 （この場合は 680nm と 810nm) によらず一定値 αであるとの仮定を行うと次の （数 3)、 （数 4) 式を得る。
(数 3)
A 680 = ε oxvHb CoxvHb · 「 "deoxyHb C deoxyHb ' ^ + CC
(数 4)
A 一 c
Λ810一 ^oxyHb CoxyHb ' + £ deoxyHb CdeoxyHb . + " また、
(数 5)
c oxvHb deoxyHb ~ し deoxyHB + ^ deoxvHb
= (1 + k)C deoxyHb
が成り立つ。 ここで、 係数 lは各画素値 （吸光度） に共通成分として寄与してい ると考え、 パターン強調の観点からは差に寄与する成分を考える必要があるため これを無視する。
すると k Cde。xyHbが残るが、 CdexyHbは、 各画素値の共通成分として考える と、各画素値の差への寄与成分の主なものは kの値であると考えることができる。 これより、 （数 3) と （数 4) 式より k = C。xyHbZCdexyHbを求める。 次に結 果を画像表示するために、 各画素毎に求めた kの値を例えば、 グレースケール (0-255 の数値） に変換する。 その結果、 強調された静脈パターン画像が得られ る。
ここで kは、 デォキシへモグロビンの濃度に対するォキシへモグロビンの濃度 の比である。 つまり、 2波長計測により撮像した画像を用いて算出した酸素化し ていないへモグロビンの対する酸素化しているへモグロビンの存在比率を画素毎 にプロットすることで、 血管パターンを強調した画像を得ることが可能となる。 尚、 上記血管パターン強調方法はその用途を反射光による撮像に限るものではな く、 透過光を用いた撮像においても適用可能かつ有効な方法である。
k = C。xyHb/CdexyHbの具体的な数値としては、 へモグロビンの吸収スぺク トルより求められる、 ε。xyHb (680)= 277.6、 ε d e。 x yHb (680)= 2407.9、 £ 。xyH b (810)= 864、 ε (810)= 717.08を用いる。
図 6は、.680nm光源を使用した場合の静脈パターン画像 （601)、 810nm光 源を使用した場合の静脈パターン画像（602)、それらに基づくパターン強調画 像 （603) を示す。 パターン強調画像 （603) は、 算出した画素値毎の kの 値をグレースケールに変換して得られる。 元画像では輝度むらがあり、 指の根元 部分が喑くなっていても、 静脈パターン自体を強調することができる。 例えば 6 03の画像では指の根元部分のパターンが浮かび上がると共に右側 3分の 2の領 域に 2本の血管が楕円を描くように強調されている。
次に、 静脈パターン画像を用いて眠気検出を行う方法について説明する。 眠気 の検出は、 それだけを独立した処理として行うことも可能であるが、 個人認証が 成功した場合にのみこれを行うように制御することもできる。 まず、 画像から脈 拍情報を検出することで眠気を検知する方法について述べる。
近赤外波長域における単一波長光を用いて指の静脈パターン画像を時間連続的 に （例えば 30 フレーム/秒） 撮像するか、 2波長光を交互に点滅させることで異 なる波長の光を用いて指の静脈パターンを撮像し、 上記記載の方法による静脈パ ターン強調を時間連続的に行う。 画像処理により指の輪郭部分を検出し、 このよ うにして時系列に取得したそれぞれの静脈パターン画像において、 指の内側にお ける画素値の総和あるいは平均値を算出する。 ここで算出した総和あるいは平均 値の時間変化は脈拍に対応する。 脈拍情報を元に眠気を検出するためには、 例え ばカオス理論に基づく解析を行いリアプノフ指数を指標とした眠気検出を行えば 良い。
一定時間測定した脈波データを元にリアプノフ指数を算出することを経時的に 繰り返し、 リアプノフ指数の変化を計測する。 この指数が増加傾向を示した場合 には、疲労などにより眠気を催しつつあると判定する。リァプノフ指数の増大は、 強い疲労などによる意識の集中度の低下と対応づけられる。 また、 眠くなつてく ると脈拍数が減少することから、 脈波のピーク間の時間を測定し、 これが増加傾 向にある場合には眠気を催しつつあると判定することもできる。
次に静脈パターン画像から手の温度上昇を検知することで眠気を検出する方法 について述べる。 指の静脈パターン画像を経時的に撮像し、 血管部分の占有面積 (s)をそのつど算出する。 これは例えば撮像した画像における血管位置の同定を行 い、 血管が存在している部分のピクセル数を数えることにより、 これを占有面積 とする。
予め登録しておいた画像において算出した値 sを元にして設定した閾値と比較 し、 sの実測値が閾値を越えた場合、 または、 Sが時間に対し増加傾向を示した 場合に、 手の静脈血流量が増加していると判定する。 手の静脈血流量の増加を手 の温度上昇の指標とし、増加傾向が続く場合には、眠気を催していると判定する。 上記閾値は、 一律に設定することも可能であるが、 実際に眠気を催した状態での 静脈パターンを撮像し、 これを元にして個人毎に設定することも可能である。 昼 食の 2時間後が眠気を催す時間帯であることから、食事時間入力用ボタンを設け、 昼食の 2時間後には必ず警告を行うといった設定を行えるようにすることも有効 である。
上記の様に本願の構成を用いることにより、 個人認証と眠気の検出を共に行う ことが可能である。 計測結果の記録媒体 （5 0 5 ) は、 車両の事故時にも破壊さ れないだけの熱や衝撃に対する強度を有する構造を持たせ、 事故時に取り出しが 行えるようにすることも有効であるが、 無線や携帯電話等を用いた通信機能によ つて外部にデータを送信し、 外部機関で経時的なデータの蓄積と管理を行う方法 もまた有効である。 さらに、 計測結果については、 全記録を残さない場合でも、 警告発生開始直前の 5分間程度は必ず残すようにし、 眠気検出機能が正しく働い ていたかどうかの判断が後で行えるようにしておくことが有効である。
図 7には、 以上の一連の流れ図を示す。 まず、 光源制御等による撮像条件の補 正を行い、 上記に例を記載した方法で個人を認証 （7 0 1 ) し、 これをトリガー として経時的な静脈パターン画像の撮像 （7 0 2 ) を開始する。 撮像条件の補正 としては、 光源制御による光量の最適化以外には、 温度センサをハンドルに組み 込むなどして環境温度をモニタし、 低温時あるいは高温時には眠気を検出あるい は個人認証は行わずにアラームを鳴らすなどの警告を行うことなどを挙げること ができる。 この時の温度の閾値は、 任意に設定できるようにしたり、 時間や季節 に応じて自動的に設定されるようにすることが可能である。
さらに、 撮像した指の静脈パターン画像において、 血管が一定の比率以上に収 縮していることが観測されることをもつて低温時の判定とすることも可能である。 計測結果については、 時間経過と共に記録媒体 （5 0 5 ) へ記録するか、 無線等 により外部に情報発信することでデータセンタ等の外部機関で記録を行い （7 0 3 )、 運転者は眠気を催していないかどうかの判定 （7 0 4 ) を経時的に行う。 眠 気を催していない場合には、 静脈パターン画像の撮像と眠気検出を継続するが、 眠気を催していると判定された場合には、 車内のスピーカーより音声を発する等 の方法によって車両内への警告発信 （7 0 5 ) により運転者および同乗者への注 意喚起を行う。
また、 この注意喚起は、 眠気検出システムをカーナビゲーシヨンシステムに連 携させ、 ナビゲーシヨンの画面や音声を用いて行うことや、 エアコンや窓の開閉 による換気によって行うこともできる。 さらに、 運転者への警告が一定回数を越 えたかどうかの判定 ( 7 0 7 ) を行うステップを設けて、 一定回数を越えた場合 には、 認証された本人の情報と眠気検出の結果を車外の関係者あるいは、 病院等 の関係機関へ発信しハザードランプを点灯する （7 0 8 ) ことで外部への警告を 行うようにすることもできる。 この時の情報発信先はあらかじめ登録しておく。 万が一、 事故が発生してしまった場合には、 車内の記憶媒体に記録、 あるいは 車外に発信され記録された個人認証結果より運転者の同定を行うことができる。 上記の例は、 反射光を用いた計測方法に基づくものであるが、 二波長計測によ る指の静脈パターン画像強調方法は、 反射光を用いた計測方法に限るものではな い。 光源に相当する部分をハンドル内部に組み込まずに外付けにし、 透過光方法 を用いて指の静脈パターンを撮像することも可能である。 その場合には、 手 （3 0 5、 5 0 6 ) の指は光源 （3 0 3 ) と撮像装置 （3 0 4 ) の間に置くことがで きるように装置を構成する。 また、 上記実施例では 2つの波長を用いたが、 2以 上の波長を照射し、 それらから選択的に 2つを選ぶようにしても良い。 また 2以 上の波長を用いても、 上記式を用いて 2波長毎に kの値を求め、 それらの平均値 を画像表示する等の方式を用いることにより、 同じように解析できる。
以上、 本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明 したが、 本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、 その要旨を逸脱し ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本願発明によって開示される発明のうち、 代表的なものによって得られる効果 を簡単に説明すれば、 以下の通りである。
( 1 ) 静脈パターン画像を元にした眠気検出方法を用い、 運転が安全でない場 合には、 運転者及び車内への警告を行うことができる。
( 2 ) 乗車時に個人認証を行い、 その結果と合わせて運転者の眠気計測結果の 記録を行うことで、 車両の安全運行が確保され、 事故が発生した場合には、 記憶 媒体に記録された個人認証結果より運転者の同定を行うことができる。 産業上の利用可能性
運転者の眠気の検出技術とその検出結果による運転者の同定技術全般に適用す ることができる。
また、 カーナビゲーシヨンシステムやその他の車内の機器との連携をとり、 そ れらの制御を行う装置などに適用し、 個人認証結果や眠気検出結果に基づいた動 作を行うこともできる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 利用者の指または手へ光を照射する光源と、 上記指または手から反射もしく は透過した光を撮像する撮像部と、 上記撮像部により撮像された画像を解析する ことにより上記利用者の眠気を検知する演算部とを有することを特徴とする眠気 検出装置。
2 . 請求項 1記載の眠気検出装置において、
上記利用者の指の登録データを記録する記録部をさらに有し、
上記演算部は、 上記撮像された画像のデータと上記登録データを用いて上記利 用者の認証を行うことを特徴とする眠気検出装置。
3 . 請求項 1記載の眠気検出装置において、
上記演算部は上記撮像された画像から血管パターンを抽出し、 該血管パターン から脈拍を検出することで該眠気を検知することを特徴とする眠気検出装置。
4 . 請求項 1記載の眠気検出装置において、
上記演算部は、 上記撮像された画像から血管パターンを抽出し、 該血管の面積 を計測することにより上記利用者の眠気を検知することを特徴とする眠気検出装 置。
5 . 請求項 1に記載の眠気検出装置において、
上記光源および撮像部がハンドルに取り付けられていることを特徴とする眠気 検出装置。
6 . 請求項 1に記載の眠気検出装置において、
さらに警報発生部を有し、 上記演算部が眠気を検出した場合に、 上記警報発生 部が警報を発することを特徴とする眠気検出装置。
7 . 請求項 1に記載の眠気検出装置において、
上記光源が異なる 2つ以上の波長の光を照射し、 上記撮像部が上記波長ごとに 撮像し、 上記演算部が上記撮像された複数の画像を 1つの画像に合成し、 該合成 された画像から血管パターンを抽出することを特徴とする眠気検出装置。
8 . 請求項 7記載の眠気検出装置において、
上記複数の画像の画素値からォキシへモグロビンとデォキシへモグロビンの存 在比率を求めて 1つの画像を生成することを特徴とする眠気検出装置。
9 . 利用者の指または手へ光を照射する光源と、 上記指または手から反射もしく は透過した光を撮像する撮像部と、 上記撮像部により撮像された画像データを解 析し上記利用者の認証を行う演算部とを有し、
上記光源は異なる 2つ以上の波長の光を照射し、 上記演算部は上記 2つ以上の 波長の光各々で撮像した画像を用いて上記解析を行うことを特徴とする個人認証
1 0 . 請求項 9記載の個人認証装置において、
上記利用者の指の登録データを記録する記録部をさらに有し、
上記演算部は、 上記撮像された画像データと上記登録データを用レ、て上記利用 者の認証を行うことを特徴とする個人認証装置。
1 1 . 請求項 9記載の個人認証装置において、
上記演算部は上記撮像された画像データから血管パターンを抽出し、 該血管パ ターンから脈拍を検出することで該眠気を検知することを特徴とする個人認証装 置。
1 2 . 請求項 9記載の個人認証装置において、
上記演算部は、 上記撮像された画像データから血管パターンを抽出し、 該血管 が占める面積を計測することにより上記利用者の眠気を検知することを特徴とす る個人認証装置。
1 3 . 請求項 9に記載の眠気検出装置において、
上記光源および撮像部がハンドルに取り付けられていることを特徴とする個人
1 4 . 請求項 9に記載の個人認証装置において、
さらに警報発生部を有し、 上記演算部が眠気を検出した場合に、 上記警報発生 部が警報を発することを特徴とする個人認証装置。
1 5 . 請求項 9に記載の個人認証装置において、
上記演算部が、 波長ごとに撮像された複数の画像データを 1つの画像データに 合成し、 該合成された画像データから血管パターンを抽出することを特徴とする 個人認証装置。
1 6 . 請求項 1 5記載の個人認証装置において、 上記複数の画像データの画素値からォキシへモグロビンとデォキシへモグロビ ンの存在比率を求めて 1つの画像を生成することを特徴とする個人認証装置。
1 7 . 利用者の指または手へ光を照射する光源と、 上記指または手から反射もし くは透過した光を撮像する撮像部と、 上記撮像部により撮像された画像データを 解析し上記利用者の認証を行う演算部とを有し、
上記光源からの光は、 該光源と上記手又は指の間に置かれた光拡散部材を通過 して上記手又は指に照射されることを特徴とする個人認証装置。
1 8 . 請求項 1 7記載の個人認証装置において、
上記利用者の指の登録データを記録する記録部をさらに有し、
上記演算部は、 上記撮像された画像データと上記登録データを用いて上記利用 者の認証を行うことを特徴とする個人認証装置。
1 9 . 請求項 1 7記載の個人認証装置において、
上記演算部は上記撮像された画像デ一タから血管パターンを抽出し、 該血管パ タ一ンから脈拍を検出することで該眠気を検知することを特徴とする個人認証装 置。
2 0 . 請求項 1 7記載の個人認証装置において、
上記演算部は、 上記撮像された画像デ タから血管パターンを抽出し、 該血管 が占める面積を計測することにより上記利用者の眠気を検知することを特徴とす る個人認証装置。
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