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JP2022120344A - Driver state estimation device - Google Patents

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JP2022120344A JP2021017182A JP2021017182A JP2022120344A JP 2022120344 A JP2022120344 A JP 2022120344A JP 2021017182 A JP2021017182 A JP 2021017182A JP 2021017182 A JP2021017182 A JP 2021017182A JP 2022120344 A JP2022120344 A JP 2022120344A
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Abstract

【課題】移動体を運転するドライバが運転不能状態に陥る予兆を、出来る限り早期に検知する。【解決手段】ドライバの頭部の挙動を検出する頭部挙動検出部21と、ドライバの眼球の挙動を検出する眼球挙動検出部22と、頭部挙動検出部21により検出される頭部挙動のみから、ドライバの異常予兆を検知する第1検知部110と、頭部挙動検出部21により検出される頭部挙動と眼球挙動検出部22により検出される眼球挙動との相関からドライバの異常予兆を検知する第2検知部120と、を備える。【選択図】図15An object of the present invention is to detect, as early as possible, a sign that a driver of a moving object will be unable to drive. A head behavior detection unit 21 for detecting the behavior of the driver's head, an eyeball behavior detection unit 22 for detecting the behavior of the driver's eyeballs, and only the head behavior detected by the head behavior detection unit 21. Then, the first detection unit 110 that detects an abnormality sign of the driver and the correlation between the head behavior detected by the head behavior detection unit 21 and the eyeball behavior detected by the eyeball behavior detection unit 22 detects an abnormality sign of the driver. and a second detection unit 120 for detecting. [Selection drawing] Fig. 15

Description

ここに開示された技術は、移動体を運転するドライバの状態を推定するドライバ状態推定装置に関する技術分野に属する。 The technology disclosed herein belongs to the technical field related to a driver state estimation device that estimates the state of a driver driving a mobile object.

昨今、国家的に自動運転システムの開発が推進されている。本願出願人は、現時点において、自動運転システムには、大きく分けると2つの方向性があると考えている。 Recently, the development of automatic driving systems has been promoted nationally. The applicant of the present application believes that, at present, there are roughly two directions for automatic driving systems.

第1の方向性は、自動車が主体となってドライバの操作を要することなく乗員を目的地まで運ぶシステムであり、いわゆる自動車の完全自動走行である。一方、第2の方向性は、自動車の運転を楽しみたい等、あくまで人間が運転をすることを前提とした自動運転システムである。 The first direction is a system in which an automobile plays a central role in transporting passengers to a destination without the need for driver's operation, that is, so-called fully automatic driving of an automobile. On the other hand, the second direction is an automatic driving system based on the premise that a human being will drive the car, for example, to enjoy driving the car.

第2の方向性の自動運転システムでは、例えば、ドライバに疾患等が発生し正常な運転が困難な状況が発生した場合等に、自動車が自動的に乗員に変わって自動運転を行うことが想定される。このため、ドライバに異常が発生したこと、特に、ドライバに機能障害や疾患が発生したことをいかに早期にかつ精度良く発見できるかが、ドライバの救命率の向上や周囲を含めた安全を確保する観点から極めて重要となる。 In the automatic driving system of the second direction, for example, when the driver becomes ill and it becomes difficult to drive normally, it is assumed that the car automatically replaces the passenger and performs automatic driving. be done. For this reason, the ability to quickly and accurately detect the occurrence of an abnormality in the driver, especially the occurrence of a functional disorder or disease in the driver, will improve the survival rate of the driver and ensure the safety of the surrounding area. very important from this point of view.

特許文献1では、ドライバの眼球運動のタイミングと頭部運動のタイミングとを特定して、特定したこれらのタイミングの順序を判定し、該判定結果に基づいてドライバの状態を推定するようにしている。 In Patent Document 1, the timing of the driver's eye movement and the timing of the head movement are specified, the order of these specified timings is determined, and the state of the driver is estimated based on the determination result. .

また、特許文献2には、ドライバの頭部の揺れ幅に基づいてドライバの運転不能状態を検出したり、ドライバの目の白目度合いに基づいてドライバの運転不能状態を検出したりする状態検出装置が開示されている。 In addition, Patent Document 2 discloses a state detection device that detects a driver's inoperable state based on the swing width of the driver's head and detects a driver's inoperable state based on the degree of the whites of the driver's eyes. is disclosed.

特許第6068964号公報Japanese Patent No. 6068964 特許第6361312号公報Japanese Patent No. 6361312

T. Nakamura, et al., “Multiscale Analysis of Intensive Longitudinal Biomedical Signals and its Clinical Applications”, Proceedings of the IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, vol.104, pp.242-261T. Nakamura, et al., “Multiscale Analysis of Intensive Longitudinal Biomedical Signals and its Clinical Applications”, Proceedings of the IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, vol.104, pp.242-261 水田他、「重心動揺に対するフラクタル解析」、Equilibrium Research、日本めまい平衡医学会、2016,Vol.75(3), pp.154-161Mizuta et al., "Fractal analysis for center of gravity sway", Equilibrium Research, Japanese Society of Equilibrium Medicine, 2016, Vol.75(3), pp.154-161

特許文献1,2に示されているように、ドライバの頭部の動きや眼球の状態に基づいてドライバの運転不能や異常を判定する技術は、すでに知られている。しかしながら、特許文献1では、集中力の低下や肉体的な疲労については検出できたとしても、運転者に生じている疾患については事前に予測できない。また、特許文献2は、ドライバに疾患が発現してから運転不能になった状態を検出するものである。ドライバの異常発生時において、より安全に緊急停車等を行うためには、ドライバが運転不能になってしまう前に、その予兆をいち早く捉えることが好ましい。 As disclosed in Patent Literatures 1 and 2, techniques for determining whether a driver is unable to drive or whether there is an abnormality based on the movement of the driver's head and the state of the eyeballs are already known. However, in Patent Literature 1, even if a decrease in concentration and physical fatigue can be detected, a disease occurring in the driver cannot be predicted in advance. Further, Patent Document 2 detects a state in which the driver becomes unable to drive after a disease develops. In order to make an emergency stop or the like more safely when an abnormality occurs in the driver, it is preferable to catch a sign of the problem as soon as possible before the driver becomes unable to drive.

ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、移動体を運転するドライバが運転不能状態に陥る予兆を、出来る限り早期に検知する。 The technology disclosed herein has been made in view of this point, and its purpose is to detect as early as possible a sign that the driver of the moving object will be unable to drive.

前記課題を解決するために、ここに開示された技術では、移動体を運転するドライバの状態を推定するドライバ状態推定装置を対象として、前記ドライバの頭部の挙動を検出する頭部挙動検出部と、前記ドライバの眼球の挙動を検出する眼球挙動検出部と、前記頭部挙動検出部によって検出された頭部挙動のみから、前記ドライバの異常予兆を検知する第1検知部と、前記頭部挙動検出部によって検出された頭部挙動と前記眼球挙動検出部によって検出された眼球挙動との相関から前記ドライバの異常予兆を検知する第2検知部と、前記第1検知部及び前記第2検知部の少なくとも一方の検知結果に基づいて、前記ドライバの異常発生の有無を判定する判定部と、を備える、という構成にした。 In order to solve the above-described problems, the technology disclosed herein is targeted at a driver state estimation device that estimates the state of a driver driving a mobile object, and a head behavior detection unit that detects the behavior of the driver's head. an eyeball behavior detection unit that detects the behavior of the eyeballs of the driver; a first detection unit that detects an abnormality sign of the driver only from the head behavior detected by the head behavior detection unit; a second detector that detects an abnormality sign of the driver from a correlation between head behavior detected by the behavior detector and eyeball behavior detected by the eyeball behavior detector; the first detector and the second detector; and a determination unit that determines whether or not an abnormality has occurred in the driver based on the detection result of at least one of the units.

本願発明者らは、人の恒常性維持機能に着目し、恒常性維持機能の低下と、ドライバの頭部挙動及び眼球挙動との関係について研究を行った。恒常性とは、外乱に対して状態を一定に保とうとする機能のことをいい、頭部挙動に関しては、ドライバが運転中に頭部姿勢を維持しようとする性質のことを意味する。本願発明者らが鋭意研究した結果、ドライバの恒常性維持機能の低下に伴い、眼球挙動と頭部挙動との協調が乱れることが分かった。具体的には、ドライバが正常状態であるときには、視線を動かしたときには、視線の安定状態を維持させるために頭部も視線の動きを追従する一方で、ドライバの恒常性維持機能が低下しているときには、視線が移動したとしても、頭部が追従しにくいことが分かった。ここから、本願発明者らは、頭部挙動と眼球挙動との相関から異常予兆を検知することが有効であると見出した。 The inventors of the present application focused on the human homeostatic function and conducted research on the relationship between the deterioration of the homeostatic function and the driver's head behavior and eyeball behavior. Consistency refers to the ability to maintain a constant state against disturbances, and head behavior refers to the tendency of the driver to maintain the head posture while driving. As a result of intensive research by the inventors of the present application, it was found that the coordination between the eyeball behavior and the head behavior is disturbed as the driver's homeostatic function declines. Specifically, when the driver is in a normal state, when the line of sight is moved, the head also follows the movement of the line of sight in order to maintain a stable state of the line of sight, but the driver's homeostatic function is reduced. Even if the line of sight moved, it was found that it was difficult for the head to follow the line of sight. From this, the inventors of the present application have found that it is effective to detect an abnormality sign from the correlation between the head behavior and the eyeball behavior.

そこで、本開示に係る技術では、頭部挙動のみによる異常予兆の検知に加えて、眼球挙動と頭部挙動との一致度合いからも異常予兆を検知するようにした。これにより、定速走行のように頭部挙動のみでは異常予兆を検知しにくい走行シーンであっても、異常予兆を出来る限り早期に検知することができる。この結果、移動体を運転するドライバが運転不能状態に陥る予兆を、出来る限り早期に検知することができる。 Therefore, in the technology according to the present disclosure, in addition to detection of an abnormality sign based only on the head behavior, an abnormality sign is also detected from the degree of matching between the eyeball behavior and the head behavior. This makes it possible to detect an abnormality sign as early as possible even in a driving scene where it is difficult to detect an abnormality sign only from the behavior of the head, such as constant-speed driving. As a result, it is possible to detect, as early as possible, a sign that the driver of the moving object will be unable to drive.

前記ドライバ状態推定装置の一実施形態では、前記第1検知部は、前記ドライバの頭部挙動を示す時系列データに対して、周期性特徴量を演算し、演算によって得られた周期性特徴量に対して、時系列変動パターンを演算し、演算によって得られた時系列変動パターンを所定の第1閾値と比較して、前記ドライバの異常予兆の有無を検知する。 In one embodiment of the driver state estimating device, the first detection unit calculates a periodicity feature amount for the time-series data indicating the head behavior of the driver, and calculates the periodicity feature amount obtained by the calculation. , a time-series variation pattern is calculated, and the time-series variation pattern obtained by the calculation is compared with a predetermined first threshold value to detect the presence or absence of an anomaly sign of the driver.

すなわち、基本的には、ドライバが正常状態であれば、車両に入力される加速度に応じて、ドライバの頭部挙動が不規則になる。しかし、本発明者らが鋭意研究したところ、ドライバが正常状態であっても頭部挙動に周期性が現れる場合が少なくないことが分かった。そこで、周期性特徴量の時系列変動パターンを演算して、得られた時系列変動パターンを所定の閾値と比較して、ドライバの異常予兆の有無を判定するようにした。これにより、ドライバの異常予兆をより早期に検知することができる。 That is, basically, if the driver is in a normal state, the behavior of the driver's head becomes irregular according to the acceleration input to the vehicle. However, as a result of intensive research by the present inventors, it was found that periodicity often appears in the head behavior even when the driver is in a normal state. Therefore, the time-series variation pattern of the periodicity feature amount is calculated, and the obtained time-series variation pattern is compared with a predetermined threshold to determine whether there is an anomaly symptom of the driver. As a result, it is possible to detect a sign of abnormality of the driver earlier.

前記一実施形態において、前記第1検知部は、前記ドライバの頭部挙動と前記ドライバに作用する横加速度とのコヒーレンスを更に演算し、演算によって得られた周期性特徴量及びコヒーレンスに対して、時系列変動パターンを演算する。 In the one embodiment, the first detection unit further calculates the coherence between the driver's head behavior and the lateral acceleration acting on the driver, and for the periodic feature amount and the coherence obtained by the calculation, Calculate the time series fluctuation pattern.

すなわち、コーナー走行時のようなドライバの頭部に横加速度が大きく作用する走行シーンでは、ドライバが正常な状態であっても頭部挙動に周期性が表れやすい。そこで、本開示に係る技術では、ドライバの頭部挙動とドライバに作用する横加速度とのコヒーレンスを演算して、時系列変動パターンを演算するようにした。これにより、ドライバの頭部挙動と外的要因である横加速度との相関を加味して、異常予兆を検知することができるため、ドライバの異常予兆をより早期に検知することができる。 That is, in a driving scene such as cornering in which a large lateral acceleration acts on the driver's head, periodicity is likely to appear in the behavior of the head even if the driver is in a normal state. Therefore, in the technique according to the present disclosure, the coherence between the driver's head behavior and the lateral acceleration acting on the driver is calculated to calculate the time-series variation pattern. As a result, it is possible to detect a sign of abnormality in consideration of the correlation between the behavior of the driver's head and the lateral acceleration, which is an external factor, so that the sign of abnormality of the driver can be detected earlier.

前記ドライバ状態推定装置において、前記第2検知部は、前記眼球挙動検出部によって検出された眼球の変位量と前記頭部挙動検出部によって検出された頭部の変位量とを比較することで、前記ドライバの異常予兆の有無を検知する、という構成でもよい。 In the driver state estimation device, the second detection unit compares the displacement amount of the eyeballs detected by the eyeball behavior detection unit and the displacement amount of the head detected by the head behavior detection unit, The configuration may be such that the presence or absence of an abnormality sign of the driver is detected.

すなわち、眼球が微少な変位をしたときなどは、頭部が追従しない場合がある。眼球の変位量と頭部の変位量との間の相関により異常予兆を検知するようにすれば、眼球の微少な動きと比較的大きな動きとを含めた、眼球挙動に対する頭部挙動の傾向により異常状態を検知することができる。これにより、ドライバの異常予兆を精度良く検知することができる。 That is, when the eyeballs are slightly displaced, the head may not follow. If an abnormality sign is detected based on the correlation between the amount of displacement of the eyeballs and the amount of displacement of the head, the trend of the head behavior relative to the eyeball behavior, including the slight and relatively large movements of the eyeballs, can be detected. Abnormal conditions can be detected. As a result, it is possible to accurately detect an abnormality sign of the driver.

眼球の変位量と頭部の変位量とを比較するドライバ状態推定装置において、前記第2検知部は、同時期に検出された眼球の変位量に対する頭部の変位量をプロットした2次元マップを演算し、演算した前記2次元マップにおけるプロットの出現確率分布を演算し、演算した前記出現確率分布と、予め演算された異常時の出現確率分布との一致度合いを比較することで前記ドライバの異常予兆の有無を検知する、という構成でもよい。 In the driver state estimating device that compares the amount of displacement of the eyeballs and the amount of displacement of the head, the second detection unit creates a two-dimensional map in which the amount of displacement of the head is plotted against the amount of displacement of the eyeballs detected at the same time. and calculating the occurrence probability distribution of the plots in the calculated two-dimensional map, and comparing the degree of coincidence between the calculated occurrence probability distribution and the previously calculated occurrence probability distribution at the time of abnormality, thereby detecting the abnormality of the driver. It may be configured to detect the presence or absence of a sign.

この構成によると、正常時と異常時とにおける、眼球挙動と頭部挙動との協調度合いの違いを適切に判定することができる。これにより、ドライバの異常予兆を早期にかつ精度良く検知することができる。 According to this configuration, it is possible to appropriately determine the difference in the degree of cooperation between the eyeball behavior and the head behavior between the normal state and the abnormal state. As a result, it is possible to detect an abnormality sign of the driver early and with high accuracy.

以上説明したように、ここに開示された技術によると、移動体を運転するドライバが運転不能状態に陥る予兆を、出来る限り早期に検知することができる。 As described above, according to the technology disclosed herein, it is possible to detect, as early as possible, a sign that the driver of the moving object will be unable to drive.

図1は、本開示に係る技術の位置づけを説明する概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram explaining the positioning of the technology according to the present disclosure. 図2は、頭部のピッチ角およびロール角の時系列データの例である。FIG. 2 is an example of time-series data of the pitch angle and roll angle of the head. 図3は、頭部のピッチ角およびロール角の自己相関指標の分布を表すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the distribution of the autocorrelation indices of the pitch angle and roll angle of the head. 図4は、自己相関指標の時系列変動を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing time series fluctuations of the autocorrelation index. 図5は、自己相関指標の時系列変動パターンの分類結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing classification results of time-series variation patterns of autocorrelation indices. 図6は、頭部のピッチ角の時系列データであり、(a)は正常状態で直線走行時を示し、(b)は異常模擬状態を示し、(c)は正常状態でコーナー走行時を示すFig. 6 shows the time-series data of the pitch angle of the head. (a) shows the normal state during straight running, (b) shows the abnormal simulated state, and (c) shows the normal state during cornering. show 図7は、走行実験によるデータであり、(a)は直線部からコーナーへの進入時を示し、(b)は正常状態から異常模擬状態への遷移時を示す。FIG. 7 shows data obtained from running tests, in which (a) shows the time when the vehicle enters a corner from a straight section, and (b) shows the time when the vehicle transitions from a normal state to an abnormal simulated state. 図8は、頭部挙動と横加速度のコヒーレンスの時系列変動を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing time-series variation of coherence of head behavior and lateral acceleration. 図9は、コヒーレンスと自己相関指標の時系列変動パターンの分類結果を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing classification results of time-series variation patterns of coherence and autocorrelation indices. 図10は、頭部挙動と眼球挙動の時系列データの例であり、(a)は正常状態を示し、(b)は異常状態を示す。FIG. 10 shows examples of time-series data of head behavior and eyeball behavior, where (a) shows a normal state and (b) shows an abnormal state. 図11は、頭部挙動と眼球挙動との相関関係を比較するためのデータを作成する過程を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the process of creating data for comparing the correlation between head behavior and eyeball behavior. 図12は、眼球変位量と頭部変位量とをプロットした2次元マップであり、(a)は正常状態を示し、(b)は異常状態を示す。FIG. 12 is a two-dimensional map plotting the amount of eyeball displacement and the amount of head displacement, in which (a) indicates a normal state and (b) indicates an abnormal state. 図13は、図12の2次元マップから出現確率分布を算出した分布図であり、(a)は正常状態を示し、(b)は異常状態を示す。13A and 13B are distribution diagrams obtained by calculating the appearance probability distribution from the two-dimensional map of FIG. 12, where (a) shows a normal state and (b) shows an abnormal state. 図14は、頭部揺動、頭部-眼球の一致度、並びに、頭部変位量及び眼球変位量を示す時系列データであり、(a)は正常状態を示し、(b)は異常状態を示す。FIG. 14 is time-series data showing head shaking, head-eye coincidence, and head displacement amount and eyeball displacement amount, (a) showing normal state, (b) showing abnormal state indicates 図15は、ドライバ状態推定装置を含む車載システムの構成図である。FIG. 15 is a configuration diagram of an in-vehicle system including a driver state estimation device. 図16は、頭部挙動のみに基づくドライバ状態推定の処理を示すフローチャートである。FIG. 16 is a flow chart showing processing for estimating the driver's state based only on head behavior. 図17は、頭部挙動と眼球挙動との協調に基づくドライバ状態推定の処理を示すフローチャートである。FIG. 17 is a flow chart showing processing for estimating the driver's state based on coordination between head behavior and eyeball behavior.

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Exemplary embodiments are described in detail below with reference to the drawings.

図1は本開示に係る技術の位置づけを表す概念図である。ドライバが運転不能に陥る状態変容は3つのパターンに集約される。ケースAは、知覚、判断、運動のうち一部機能から低下するパターン、ケースBは、全般機能が徐々に低下するパターン、ケースCは急に意識を喪失するパターンである。このうち、ケースA,Bの場合は、図1に示すように、疾患が発症してから、ドライバの運転能力レベルが徐々に低下していき、やがて運転不能状態に至る。したがって、この運転能力の低下状態を検出できれば、ドライバの運転不能の予兆を検知することができる。運転不能の予兆を検知することができたら、その後は例えばドライバの意思確認を行い、自動走行制御によって車両を路肩に退避させる等の緊急対応が可能になる。また、ケースCの場合であっても、意識を喪失する前の予兆を検知することができれば、緊急対応が可能になる。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the positioning of the technology according to the present disclosure. State changes that cause the driver to become unable to drive can be summarized into three patterns. Case A is a pattern of partial deterioration of perception, judgment, and movement, Case B is a pattern of gradual deterioration of general functions, and Case C is a pattern of sudden loss of consciousness. Of these cases, in cases A and B, as shown in FIG. 1, after the disease develops, the driver's driving ability level gradually declines, eventually leading to an inability to drive. Therefore, if it is possible to detect the deterioration state of the driving ability, it is possible to detect a sign of impossibility of driving of the driver. Once the sign of impossibility of driving can be detected, it becomes possible to take emergency measures such as confirming the intention of the driver and evacuating the vehicle to the shoulder of the road by automatic driving control. Also, even in case C, emergency measures can be taken if a sign before loss of consciousness can be detected.

本開示に係る技術は、人の恒常性維持機能に着目し、ドライバの頭部挙動及びドライバの眼球挙動から、運転不能の予兆(以下、異常予兆という)を検知するものである。具体的には、本実施形態では、ドライバの頭部挙動のみに基づく異常予兆の検知と、ドライバの頭部挙動と眼球挙動との協調運動に基づく異常予兆の検知とを行う。 The technology according to the present disclosure focuses on the function of maintaining homeostasis of people, and detects signs of impossibility of driving (hereinafter referred to as signs of abnormality) from the behavior of the driver's head and the behavior of the driver's eyeballs. Specifically, in the present embodiment, an abnormality sign detection based only on the driver's head behavior and an abnormality sign detection based on the coordinated movement of the driver's head behavior and eyeball behavior are performed.

人間は、外乱に対して状態を一定に保とうとする恒常性という機能を有している。頭部挙動の恒常性とは、運転中に頭部姿勢を維持しようとする性質のことをいう。また、頭部と眼球との協調運動に着目した場合には、視線が安定した状態を維持させるために、眼球が移動した方向に頭部を移動させることをいう。 Human beings have a function called homeostasis to maintain a constant state against disturbances. Consistency of head behavior refers to the property of trying to maintain the head posture during driving. In addition, when focusing on the coordinated movement of the head and eyeballs, it means moving the head in the direction in which the eyeballs move in order to maintain a stable state of the line of sight.

〈頭部挙動のみに基づく異常予兆の検知〉
まず、頭部挙動のみに基づく異常予兆の検知について説明する。
<Detection of signs of abnormality based only on head behavior>
First, the detection of the sign of abnormality based only on the behavior of the head will be described.

前述したような人間の恒常性については、種々の研究がなされており、例えば、非特許文献1には、人間の頭部は、正常状態では、恒常性維持のために頭部が不規則に変動する一方、疾患時には、頭部の挙動が小さくなって、挙動が安定することが述べられている。また、非特許文献2には、正常状態から疾患状態に遷移する臨界減速状態では、頭部が周期性を持って変動することが述べられている。 Various studies have been conducted on the homeostasis of humans as described above. While fluctuating, it is stated that the movement of the head becomes smaller and stabilizes during disease. In addition, Non-Patent Document 2 describes that the head periodically fluctuates in a critical deceleration state in which a normal state transitions to a diseased state.

本願発明者らは、頭部挙動の周期性に注目して、頭部挙動の周期性特徴量を利用して、ドライバの異常予兆を検知することを考えた。 The inventors of the present application paid attention to the periodicity of head behavior, and considered detection of an abnormality sign of the driver using the periodicity feature amount of head behavior.

図2は、本願発明者らがドライバの頭部挙動について実験を行った結果を示す。この実験では、ドライバにテストコースを運転させ、運転中のドライバの頭部挙動を計測した。ドライバには、いつもどおりの正常運転をさせ(正常状態に相当する)、運転中に、合図とともに異常模擬タスク(難暗算)を課題として与えた(異常予兆状態に相当する)。頭部の挙動を表すデータとして、ドライバを撮影するカメラの映像から、頭部のピッチ角(前後方向の角度)およびロール角(左右方向の角度)を計測した。そして、頭部のピッチ角およびロール角の時系列データに対して、DFA(Detrended Fluctuation Analysis)により、自己相関指標(スケーリング指数α)を求めた。DFAは、非常にゆっくりと変化する成分、いわゆるトレンドを除去してスケーリングを調べる手法である。自己相関指標(スケーリング指数α)は、データの周期性を示す特徴量の一例である。 FIG. 2 shows the results of an experiment conducted by the inventors of the present application on the behavior of the driver's head. In this experiment, a driver was made to drive a test course, and the head behavior of the driver during driving was measured. The driver was instructed to drive normally as usual (corresponding to a normal state), and while driving, an abnormality simulation task (difficult mental arithmetic) was given as a task along with a signal (corresponding to an abnormal predictive state). As data representing the behavior of the head, the pitch angle (angle in the front-rear direction) and the roll angle (angle in the left-right direction) of the head were measured from the video of the driver's camera. Then, an autocorrelation index (scaling index α) was obtained by DFA (Detrended Fluctuation Analysis) for the time-series data of the pitch angle and roll angle of the head. DFA is a technique that examines scaling by removing very slowly varying components, so-called trends. An autocorrelation index (scaling index α) is an example of a feature quantity indicating the periodicity of data.

図2は頭部のピッチ角およびロール角の時系列データの例である。図3は頭部のピッチ角およびロール角の自己相関指標の分布を表すグラフである。図3において、横軸はロール角の自己相関指標であり、縦軸はピッチ角の自己相関指標である。自己相関指標の値は、小さいほど自己相関が強く、大きいほど自己相関が弱いことを表す。 FIG. 2 is an example of time-series data of the pitch angle and roll angle of the head. FIG. 3 is a graph showing the distribution of the autocorrelation indices of the pitch angle and roll angle of the head. In FIG. 3, the horizontal axis is the roll angle autocorrelation index, and the vertical axis is the pitch angle autocorrelation index. A smaller value of the autocorrelation index indicates a stronger autocorrelation, and a larger value indicates a weaker autocorrelation.

図3に示すように、異常予兆状態では、自己相関指標が、正常状態に比べて自己相関が強い方に分布が偏っている。この実験結果は、正常状態では頭部は不規則に変動し、臨界減速状態では頭部は周期性を持って変動する、という前述の知見に合致している。しかしながら、図3から分かるように、正常状態の分布は比較的広範囲に広がっており、異常予兆状態の分布と重なっている範囲が大きい。つまり、自己相関指標のみでは、異常予兆状態の判別は必ずしも容易ではないことが分かる。 As shown in FIG. 3, in the abnormal portent state, the distribution of the autocorrelation index is skewed toward the stronger autocorrelation than in the normal state. This experimental result agrees with the above findings that the head fluctuates irregularly in the normal state, and that the head fluctuates periodically in the critical deceleration state. However, as can be seen from FIG. 3, the distribution of the normal state spreads over a relatively wide range, and a large range overlaps with the distribution of the abnormal portent state. In other words, it can be seen that it is not always easy to determine the state of predicting anomaly using only the autocorrelation index.

そこで、本願発明者らは、自己相関指標の時系列変動パターンに着目した。図4に示すように、自己相関指標の時系列データを時間順に切り出し、これを時系列変動パターンとして、パターン分類を行った。ここでは、パターン分類の手法として、非線形次元圧縮手法(UMAP:Uniform Manifold Approximation and Projection)を用いた。 Therefore, the inventors of the present application focused on the time-series variation pattern of the autocorrelation index. As shown in FIG. 4, the time-series data of the autocorrelation index was cut out in chronological order, and pattern classification was performed using this as a time-series variation pattern. Here, a nonlinear dimension compression method (UMAP: Uniform Manifold Approximation and Projection) is used as a pattern classification method.

図5は、自己相関指標の時系列変動パターンの分類結果を示す。図5では、時系列変動パターンをUMAPによって2次元に次元削減し、2次元マップにマッピングしている。図5では、図3と比べると、正常状態の分布と異常予兆状態の分布とが、より分かれている。図5に示した判定ラインLTHは、2次元データに対してサポートベクターマシンを用いて得たものである。この判定ラインLTHによって、異常予兆状態の判別について、誤判定率15%を達成した。 FIG. 5 shows the results of classification of time-series variation patterns of autocorrelation indices. In FIG. 5, the time-series variation pattern is reduced to two dimensions by UMAP and mapped on a two-dimensional map. In FIG. 5, compared with FIG. 3, the distribution of the normal state and the distribution of the abnormal portent state are more separated. The decision line LTH shown in FIG. 5 is obtained using a support vector machine for two-dimensional data. With this judgment line LTH, an erroneous judgment rate of 15% was achieved for the judgment of the abnormal portent state.

以上のことから、ドライバの頭部の挙動を表す時系列データに対して、周期性特徴量を演算し、演算によって得た周期性特徴量に対して、時系列変動パターンを演算し、演算によって得た時系列変動パターンを所定の閾値と比較することによって、ドライバの異常予兆を検知することができる、と考えられる。 Based on the above, the periodic feature amount is calculated for the time-series data representing the behavior of the driver's head, and the time-series variation pattern is calculated for the periodic feature amount obtained by the calculation. By comparing the obtained time-series variation pattern with a predetermined threshold value, it is conceivable that a sign of an abnormality of the driver can be detected.

しかしながら、本願発明者らが検討を続けた結果、ドライバが正常状態であっても、頭部の挙動が異常予兆状態と似てくるケースが存在することが分かった。 However, as a result of continued studies by the inventors of the present application, it has been found that there are cases in which the behavior of the head resembles that of an anomaly sign state even when the driver is in a normal state.

図6は本願発明者らによる実験により得られた、頭部のピッチ角の時系列データであり、(a)はドライバが正常状態で直線走行したケース、(b)はドライバが異常模擬状態で運転したケース、(c)はドライバが正常状態でコーナーを走行したケースである。各グラフでは、生データとその移動平均を示している。図6(a)に示すとおり、正常状態で直線走行したケースでは、頭部は不規則な変動をしており、図6(b)に示すとおり、異常模擬状態で運転したケースでは、頭部は規則的な変動をしている。ところが、図6(c)に示すとおり、正常状態でコーナーを走行したケースでは、頭部は、規則的な変動をしている。 FIG. 6 shows time-series data of the pitch angle of the head obtained by experiments by the inventors of the present application. In the case of driving, (c) is the case in which the driver runs a corner in a normal state. Each graph shows the raw data and its moving average. As shown in FIG. 6(a), in the case of driving in a straight line under normal conditions, the head fluctuates irregularly, and as shown in FIG. fluctuates regularly. However, as shown in FIG. 6(c), in the case of running a corner in a normal state, the head regularly fluctuates.

すなわち、図6(c)のケースでは、ドライバが正常状態であるにもかかわらず、頭部ピッチ角データの自己相関指標が大きくなり、このため、図6(b)のケースと識別することが困難になる。コーナー走行時にドライバの頭部が規則的に変動するのは、頭部に作用する横加速度が要因と推定される。 That is, in the case of FIG. 6(c), although the driver is in a normal state, the autocorrelation index of the head pitch angle data is large. become difficult. It is presumed that the reason why the driver's head regularly fluctuates during cornering is the lateral acceleration acting on the head.

図7は走行実験により得られたデータであり、(a)は車両が周回路直線部からコーナーへ進入したときのデータ、(b)はドライバが正常状態から異常模擬状態に変わったときのデータである。図7(a),(b)において、上側のグラフは車両横加速度と頭部ロール角の時系列変化を表し、下側のグラフは車両横加速度と頭部ロールとのコヒーレンス(相互相関指標)の時系列変化を表す。コヒーレンスは、車両横加速度の時系列変化から求めたパワースペクトルと頭部ロール角の時系列変化から求めたパワースペクトルとの相関を取ることによって求められる。コヒーレンスのグラフは、横軸が時間、縦軸が周波数であり、色が薄いほど相関が高く、色が濃いほど相関が低いことを表している。 Figure 7 shows the data obtained from the driving test, where (a) is the data when the vehicle enters the corner from the straight part of the circuit, and (b) is the data when the driver changes from the normal state to the simulated abnormal state. is. In FIGS. 7A and 7B, the upper graph shows the time-series changes in the vehicle lateral acceleration and the head roll angle, and the lower graph shows the coherence (cross-correlation index) between the vehicle lateral acceleration and the head roll angle. represents the time-series change of The coherence is obtained by correlating the power spectrum obtained from the time-series variation of the vehicle lateral acceleration and the power spectrum obtained from the time-series variation of the head roll angle. In the coherence graph, the horizontal axis is time and the vertical axis is frequency. The lighter the color, the higher the correlation, and the darker the color, the lower the correlation.

図7(a)の上側のデータを見ると、車両がコーナーに進入してから、横加速度の変化と連動して頭部が動いていることが分かる。すなわち、ドライバは、横加速度が作用し頭部が振られ始めると、頭部を横加速度の逆方向に補正している。このため、コーナー進入から徐々に、車両横加速度と頭部ロール角との間に相関が現れ始める。一方、図7(b)の場合、頭部ロール角は車両横加速度の変化と連動しておらず、コヒーレンスはほとんど変化していない。 Looking at the data on the upper side of FIG. 7A, it can be seen that the head moves in conjunction with changes in lateral acceleration after the vehicle enters the corner. That is, when the lateral acceleration acts and the head starts to shake, the driver corrects the head in the opposite direction of the lateral acceleration. Therefore, the correlation between the vehicle lateral acceleration and the head roll angle gradually begins to appear after corner entry. On the other hand, in the case of FIG. 7B, the head roll angle is not linked to changes in the vehicle lateral acceleration, and the coherence hardly changes.

前述の実験結果から、コーナー走行時のようなドライバの頭部に横加速度が大きく作用するケースにおいて、頭部挙動に周期性が現れやすいことが分かった。相関が現れる周波数は、主として2Hz以下である。これは、外力に対する頭部の周波数応答を反映していると考えられる。 From the experimental results described above, it was found that periodicity is likely to appear in the behavior of the driver's head when a large lateral acceleration acts on the driver's head, such as during cornering. The frequency at which correlation appears is mainly 2 Hz or less. This is thought to reflect the frequency response of the head to external forces.

そこで、本願発明者らは、異常予兆の判定精度をさらに上げるために、頭部挙動の自己相関指標だけではなく、外部要因(ここでは横加速度)との相互相関指標を含めて、特徴量を演算し、パターン分類することを検討した。すなわち、図8に示すように、コヒーレンスの時系列データを時間順に切り出し、これを上述の自己相関指標の時系列データと組み合わせて、パターン分類を行った。ここでは、コヒーレンスの時系列データとして、車両横加速度との相関が現れやすい周波数1Hzのデータと、車両横加速度との相関がさほど現れない周波数4Hzのデータを用いた。パターン分類の手法としては、非線形次元圧縮手法(UMAP)を用いた。 Therefore, in order to further improve the accuracy of determination of signs of abnormality, the inventors of the present application used not only the autocorrelation index of head behavior, but also the cross-correlation index with an external factor (here, lateral acceleration) to obtain a feature amount. We calculated and considered pattern classification. That is, as shown in FIG. 8, the coherence time-series data was cut out in chronological order and combined with the time-series data of the autocorrelation index described above to perform pattern classification. Here, as the coherence time-series data, data with a frequency of 1 Hz, in which the correlation with the vehicle lateral acceleration is likely to appear, and data with a frequency of 4 Hz, in which the correlation with the vehicle lateral acceleration does not appear so much, are used. A nonlinear dimensionality compression method (UMAP) was used as a method of pattern classification.

図9はコヒーレンスと自己相関指標の時系列変動パターンの分類結果を示す。図9では、図5と同様に、時系列変動パターンをUMAPによって2次元に次元削減し、2次元マップにマッピングしている。図9に示した判定ラインLTH2は、2次元データに対してサポートベクターマシンを用いて得たものである。この判定ラインLTH2によって、異常予兆状態の判別について、誤判定率1%を達成することができた。 FIG. 9 shows the results of classification of time-series variation patterns of coherence and autocorrelation indices. In FIG. 9, similarly to FIG. 5, the time-series variation pattern is reduced to two dimensions by UMAP and mapped on a two-dimensional map. The decision line LTH2 shown in FIG. 9 is obtained using a support vector machine for two-dimensional data. With this determination line LTH2, it was possible to achieve an erroneous determination rate of 1% in the determination of the abnormal portent state.

以上のことから、本実施形態では、ドライバの頭部挙動のみに基づいてドライバの異常予兆を検知する場合には、ドライバの頭部挙動を表す時系列データに対して周期性特徴量を演算し、さらに、ドライバの頭部挙動とドライバの頭部に作用する横加速度とのコヒーレンスを演算し、演算によって得た周期性特徴量およびコヒーレンスに対して時系列変動パターンを演算し、演算によって得た時系列変動パターンを所定の閾値と比較することによって、ドライバの異常予兆を検知するようにした。これにより、頭部挙動と外部要因となる横加速度との相関を加味した判定が可能となり、ドライバの異常予兆をさらに精度良く検知することができる。 From the above, in the present embodiment, when detecting an abnormality sign of the driver based only on the driver's head behavior, the periodic feature amount is calculated for the time-series data representing the driver's head behavior. Furthermore, the coherence between the behavior of the driver's head and the lateral acceleration acting on the driver's head is calculated, and the time-series variation pattern is calculated for the periodic feature amount and coherence obtained by the calculation, and obtained by the calculation. By comparing the time-series variation pattern with a predetermined threshold value, an abnormality sign of the driver is detected. As a result, it is possible to make a determination that takes into account the correlation between the head behavior and the lateral acceleration, which is an external factor, and to detect an abnormality sign of the driver with higher accuracy.

〈頭部-眼球の協調運動に基づく異常予兆の検知〉
次に、ドライバの頭部挙動と眼球挙動との協調運動に基づく異常予兆の検知について説明する。
<Detection of signs of abnormality based on coordinated head-eye movement>
Next, the detection of an abnormality sign based on the coordinated movement of the driver's head behavior and eyeball behavior will be described.

図10は、ドライバの頭部挙動と眼球挙動とを同時に測定したものである。ドライバの頭部挙動及び眼球挙動は、いずれも車室内カメラにより撮影した画像から算出している。図10において、(a)はドライバが正常状態の場合の各挙動を示し、(b)はドライバが異常状態であるときの各挙動を示す。各グラフにおいて、縦軸は頭部及び眼球が基準位置から左右に移動した角度(以下、ヨー角という)を表している。 FIG. 10 shows simultaneous measurements of the driver's head behavior and eyeball behavior. Both the driver's head behavior and eyeball behavior are calculated from the images captured by the vehicle interior camera. In FIG. 10, (a) shows each behavior when the driver is in a normal state, and (b) shows each behavior when the driver is in an abnormal state. In each graph, the vertical axis represents the angle (hereinafter referred to as yaw angle) by which the head and eyeballs move left and right from the reference position.

図10(a)に示すように、眼球のヨー角が微少な場合は、頭部はほとんど移動しないが、眼球のヨー角が比較的大きい場合には、頭部が眼球の動きに対応するように移動していることが分かる。一方で、図10(b)を参照すると、ドライバに異常予兆が生じているときには、眼球が大きく移動したとしても、頭部がほとんど移動しないことが分かる。これは、ドライバの恒常性機能が低下した結果、頭部を移動することに対して脳の処理が追いつかず、眼のみで対象物を見ようとするためである。 As shown in FIG. 10A, when the yaw angle of the eyeballs is very small, the head hardly moves. It can be seen that it is moving to On the other hand, referring to FIG. 10(b), it can be seen that when the driver has an anomaly sign, the head hardly moves even if the eyeballs move greatly. This is because the driver's homeostatic function is degraded, and as a result, the brain cannot keep up with the movement of the head, and the driver tries to see the object only with his/her eyes.

本願発明者らは、このような実験で得られた知見から、頭部のヨー角と眼球のヨー角とを比較することで、ドライバの異常予兆を検知することを検討した。そして、本願発明者らは、ドライバの眼球のヨー角と該ヨー角が計測された時の頭部のヨー角とを2次元マップにして、該2次元マップと、ドライバの異常状態のときの2次元マップとの一致度合いを演算することで、ドライバの異常予兆を検知することを見出した。 The inventors of the present application examined detection of an abnormality sign of a driver by comparing the yaw angle of the head and the yaw angle of the eyeballs based on the knowledge obtained from such experiments. Then, the inventors of the present application made a two-dimensional map of the yaw angle of the driver's eyeballs and the yaw angle of the head when the yaw angle was measured, and compared the two-dimensional map with the yaw angle of the driver's abnormal state. The inventors have found that by calculating the degree of matching with a two-dimensional map, it is possible to detect a sign of an abnormality in the driver.

本実施形態では、2次元マップ同士の一致度合いを演算するために、ドライバの眼球のヨー角と頭部のヨー角との2次元マップに対して、確率密度推定(KDE:Kernel density estimation)により、2次元マップ上のプロットの出現確率分布Qを算出する。 In this embodiment, in order to calculate the degree of matching between two-dimensional maps, a two-dimensional map of the yaw angle of the driver's eyeballs and the yaw angle of the head is subjected to probability density estimation (KDE). , the appearance probability distribution Q of the plots on the two-dimensional map is calculated.

具体的には、図11に示すように、まず、頭部ヨー角と眼球ヨー角との時系列データのうちの所定時間分のデータから、同時期に検出されたドライバの眼球ヨー角に対する頭部ヨー角をプロットした2次元マップ1101を作成する。所定時間は、例えば、5~10秒程度である。 Specifically, as shown in FIG. 11, first, from the data for a predetermined period of time in the time-series data of the head yaw angle and the eyeball yaw angle, the head angle corresponding to the driver's eyeball yaw angle detected at the same time is obtained. A two-dimensional map 1101 plotting the partial yaw angle is created. The predetermined time is, for example, about 5 to 10 seconds.

次に、作成した2次元マップ1101に対して、KDEにより出現確率分布Qを示す確率分布マップ1102を作成する。確率分布マップ1102の演算では、2次元マップ1101を所定サイズのメッシュに分割して、メッシュ毎にプロットの出現確率を算出する。図11に示すように、確率分布マップ1102では、プロットの密集度が高いメッシュほど、出現確率が高くなる。尚、2次元マップ1101から確率分布マップ1102を算出するときには、公知のプログラムを利用することができる。 Next, KDE creates a probability distribution map 1102 showing the occurrence probability distribution Q for the created two-dimensional map 1101 . In calculating the probability distribution map 1102, the two-dimensional map 1101 is divided into meshes of a predetermined size, and the appearance probability of plots is calculated for each mesh. As shown in FIG. 11, in the probability distribution map 1102, the higher the density of plots, the higher the appearance probability. A known program can be used to calculate the probability distribution map 1102 from the two-dimensional map 1101 .

図12には、ドライバが正常状態のときの2次元マップ1101a(図12の(a))と、ドライバが異常状態のときの2次元マップ1101b(図12の(b))とを示す。図12に示すように、ドライバが正常状態のときには、頭部ヨー角が大きいプロットも多数存在することが分かる。特に、ドライバが正常状態のときには、眼球ヨー角が大きいほど、頭部ヨー角についても大きくなりやすいことが分かる。これは、人間の恒常性により、眼球の動きに合わせて、頭部が移動していることを表している。一方で、ドライバが異常状態のときには、眼球ヨー角が大きくなったとしても、頭部ヨー角が小さいことが分かる。これは、恒常性機能が低下したことにより、頭部が移動しにくくなったためである。 FIG. 12 shows a two-dimensional map 1101a ((a) in FIG. 12) when the driver is in a normal state and a two-dimensional map 1101b ((b) in FIG. 12) when the driver is in an abnormal state. As shown in FIG. 12, when the driver is in a normal state, there are many plots with large head yaw angles. In particular, when the driver is in a normal state, the head yaw angle tends to increase as the eyeball yaw angle increases. This indicates that the head moves in accordance with the movement of the eyeballs due to human constancy. On the other hand, it can be seen that when the driver is in an abnormal state, the head yaw angle is small even if the eyeball yaw angle is large. This is because the homeostatic function is degraded, making it difficult to move the head.

図13には、図12(a)の2次元マップ1101aに対して演算した確率分布マップ1102a(図13の(a))と、図12(b)の2次元マップ1101bに対して演算した確率分布マップ1102b(図13の(b))とを示す。図13に示すように、ドライバが正常状態のときには、出現確率が、頭部ヨー角が大きい部分にまで分布している一方で、ドライバが異常状態のときには、出現確率が、頭部ヨー角が小さい部分にしか分布していないことが分かる。 FIG. 13 shows a probability distribution map 1102a ((a) in FIG. 13) calculated for the two-dimensional map 1101a of FIG. A distribution map 1102b (FIG. 13(b)) is shown. As shown in FIG. 13, when the driver is in a normal state, the occurrence probabilities are distributed even in areas where the head yaw angle is large. It can be seen that it is distributed only in a small part.

本実施形態では、図13(b)のようなドライバが異常状態のときの出現確率分布Pを示す確率分布マップ1102bをデータとして予め格納しておき、ドライバが運転中に演算された出現確率分布Qとの一致度合いを求めて、ドライバの異常予兆を検知する。具体的には、最新の出現確率分布Qと異常状態のモデルとなる出現確率分布Pとのカルバック・ライブラー距離(KL距離:Kullback-Leibler 距離)を算出する。KL距離は以下の式により算出される。 In this embodiment, a probability distribution map 1102b showing the occurrence probability distribution P when the driver is in an abnormal state is stored in advance as data, as shown in FIG. A degree of coincidence with Q is obtained to detect an abnormality sign of the driver. Specifically, the Kullback-Leibler distance (KL distance: Kullback-Leibler distance) between the latest occurrence probability distribution Q and the occurrence probability distribution P serving as a model of the abnormal state is calculated. The KL distance is calculated by the following formula.

Figure 2022120344000002
Figure 2022120344000002

この式において、iはメッシュの座標を表す。 In this equation, i represents the coordinates of the mesh.

このKL距離は、最新の出現確率分布Qと異常時の出現確率分布Pとの一致度が高いほど小さくなり、完全に一致するときには0になる。このため、KL距離が所定値以下であるときには、ドライバに異常予兆ありとみなし、KL距離が所定値よりも大きいときには、ドライバが正常状態であるとみなすことができる。 This KL distance becomes smaller as the degree of matching between the latest occurrence probability distribution Q and the occurrence probability distribution P at the time of abnormality becomes higher, and becomes 0 when they completely match. Therefore, when the KL distance is equal to or less than a predetermined value, it can be considered that there is a sign of abnormality in the driver, and when the KL distance is greater than the predetermined value, it can be considered that the driver is in a normal state.

図14は、ドライバに対して、頭部ヨー角及び眼球ヨー角を検出するとともに、検出結果から演算された出現確率分布と異常状態における出現確率分布とのKL距離を算出した結果を示す。この実験では、ドライバにドライブシミュレータにより運転させ、運転中のドライバの頭部挙動と眼球挙動とを計測した。図14(a)は、正常状態のドライバから検出された結果であり、図14(b)は、前述したケースC患者から検出された結果である。図14(a),(b)ともに、上図がKL距離であり、下図が検出された頭部ヨー角及び眼球ヨー角である。尚、図14(b)においては、グラフの終端においてドライバに異常が発生している。 FIG. 14 shows the result of detecting the head yaw angle and the eyeball yaw angle for the driver and calculating the KL distance between the occurrence probability distribution calculated from the detection results and the occurrence probability distribution in the abnormal state. In this experiment, the driver was caused to drive using a drive simulator, and the head behavior and eyeball behavior of the driver during driving were measured. FIG. 14(a) shows the results detected from the driver in the normal state, and FIG. 14(b) shows the results detected from the case C patient described above. In both FIGS. 14A and 14B, the upper diagram shows the KL distance, and the lower diagram shows the detected head yaw angle and eyeball yaw angle. In addition, in FIG. 14B, an abnormality occurs in the driver at the end of the graph.

図14(a)に示すように、ドライバが正常な場合には、ドライバの頭部と眼球とがおおよそ連動して動き、KL距離はある程度高い状態を維持して推移することが分かる。一方で、図14(b)に示すように、ドライバに異常予兆が現れるときには、KL距離が急に小さくなり、0に近い値で推移することが分かる。これは、異常予兆として、恒常性機能が低下して、頭部と眼球との協調運動機能が低下したためと考えられる。したがって、実際の実験でも、最新の出現確率分布Qと異常時の出現確率分布PとのKL距離を算出することで、ドライバの異常予兆を検知可能であることが実際の実験結果からも証明された。尚、この図14(b)では、KL距離が所定値以下となってから破線で示す時間に異常予兆ありを検知している。このように、頭部-眼球の協調運動に基づいても、実際に異常が生じる前に、異常予兆を検知することができている。特に、ケースCの患者についても有効であることが分かった。このKL距離を利用した異常予兆状態の判別により、誤判定率0.2%を達成することができた。 As shown in FIG. 14(a), when the driver is normal, the head and eyeballs of the driver generally move in conjunction with each other, and the KL distance remains relatively high. On the other hand, as shown in FIG. 14(b), when a sign of abnormality appears in the driver, the KL distance abruptly decreases and changes to a value close to zero. This is considered to be due to a decline in the homeostatic function and a decline in the coordinated motor function between the head and the eyeballs as a sign of abnormality. Therefore, even in actual experiments, by calculating the KL distance between the latest appearance probability distribution Q and the appearance probability distribution P at the time of an abnormality, it has been proved by actual experiment results that it is possible to detect a sign of an abnormality of the driver. rice field. In FIG. 14(b), it is detected that there is an anomaly sign during the time indicated by the dashed line after the KL distance becomes equal to or less than the predetermined value. Thus, even based on coordinated head-eyeball movements, it is possible to detect signs of abnormality before an abnormality actually occurs. In particular, it was found to be effective also for the case C patient. An error prediction rate of 0.2% could be achieved by using this KL distance to determine the abnormal sign state.

〈ドライバ状態推定装置の構成〉
図15は、ドライバ状態推定装置を含む車載システムの構成例を示す。図15に示す車載システムにおいて、カメラ10、加速度センサ11、スピーカ12、情報提示部13、スイッチ14、及びマイク15は、車室内に搭載されている。情報処理装置20は、例えば、プロセッサ及びメモリを備えた単一のICチップ、あるいは、プロセッサ及びメモリを備えた、複数のICチップ等によって構成される。車両停止制御部40は、情報処理装置20からの指示を受けて、車両を自動的に路肩退避させて停止させる制御を行う。
<Configuration of driver state estimation device>
FIG. 15 shows a configuration example of an in-vehicle system including a driver state estimation device. In the in-vehicle system shown in FIG. 15, a camera 10, an acceleration sensor 11, a speaker 12, an information presenting section 13, a switch 14, and a microphone 15 are installed inside the vehicle. The information processing device 20 is configured by, for example, a single IC chip including a processor and memory, or a plurality of IC chips including processors and memories. The vehicle stop control unit 40 receives an instruction from the information processing device 20 and performs control to automatically evacuate the vehicle from the road shoulder and stop the vehicle.

カメラ10は、例えば、フロントガラスの内側に設置されており、ドライバを含む車内の状況を撮影する。カメラ10によって撮影された画像は、例えば車載ネットワークを介して、情報処理装置20に送信される。 The camera 10 is installed, for example, inside the windshield, and photographs the situation inside the vehicle including the driver. An image captured by the camera 10 is transmitted to the information processing device 20 via, for example, an in-vehicle network.

情報処理装置20において、頭部挙動検出部21は、カメラ10によって撮影された画像から、ドライバの頭部の挙動を検出する。例えば、画像からドライバの頭部を認識し、頭部の傾斜角、例えばピッチ角、ロール角、及びヨー角を求める。頭部挙動検出部21における処理は、既存の画像処理技術によって実現することができる。頭部挙動検出部21による処理によって、図2、図10、及び図14に示すような頭部挙動の時系列データを得ることができる。頭部挙動の時系列データは、ドライバの異常予兆を検知する第1検知部110及び第2検知部120に送られる。 In the information processing device 20 , the head behavior detection unit 21 detects the behavior of the driver's head from the image captured by the camera 10 . For example, the driver's head is recognized from the image, and the tilt angles of the head, such as the pitch angle, roll angle, and yaw angle, are obtained. The processing in the head behavior detection unit 21 can be realized by existing image processing technology. Through the processing by the head behavior detection unit 21, time-series data of head behavior as shown in FIGS. 2, 10, and 14 can be obtained. The time-series data of the head behavior is sent to the first detection unit 110 and the second detection unit 120 that detect an abnormality sign of the driver.

情報処理装置20において、眼球挙動検出部22は、カメラ10によって撮影された画像から、ドライバの眼球の挙動を検出する。例えば、画像からドライバの眼球を認識し、眼球の黒目の傾斜角、例えばヨー角を求める。眼球挙動検出部22における処理は、既存の画像処理技術によって実現することができる。眼球挙動検出部22による処理によって、図10及び図14に示すような眼球挙動の時系列データを得ることができる。眼球挙動の時系列データは、ドライバの異常予兆を検知する第2検知部120に送られる。 In the information processing device 20 , the eyeball behavior detection unit 22 detects the eyeball behavior of the driver from the image captured by the camera 10 . For example, the eyeball of the driver is recognized from the image, and the tilt angle of the iris of the eyeball, for example, the yaw angle is obtained. The processing in the eyeball behavior detection unit 22 can be realized by existing image processing technology. Through the processing by the eyeball behavior detection unit 22, it is possible to obtain time series data of eyeball behaviors as shown in FIGS. 10 and 14 . The time-series data of the eyeball behavior is sent to the second detection unit 120 that detects an abnormality sign of the driver.

第1検知部110は、頭部挙動のみからドライバの異常予兆を検知する。第1検知部110は、周期性特徴量演算部111、時系列変動パターン演算部112、異常判定部113、異常判定閾値データベース114、及びコヒーレンス演算部115を備える。周期性特徴量演算部111は、頭部挙動検出部21によって得られた頭部挙動の時系列データから、周期性特徴量を演算する。具体的には、例えば、DFAにより、自己相関指標(スケーリング指数α)を周期性特徴量として求める。周期性特徴量演算部111によって、図4に示すような周期性特徴量の時系列データを得ることができる。 The first detection unit 110 detects an abnormality sign of the driver only from the behavior of the head. The first detection unit 110 includes a periodicity feature calculation unit 111 , a time-series variation pattern calculation unit 112 , an abnormality determination unit 113 , an abnormality determination threshold database 114 , and a coherence calculation unit 115 . The periodicity feature amount calculation unit 111 calculates a periodicity feature amount from the time-series data of the head behavior obtained by the head behavior detection unit 21 . Specifically, for example, by DFA, an autocorrelation index (scaling index α) is obtained as a periodicity feature amount. Time-series data of the periodic feature amount as shown in FIG. 4 can be obtained by the periodic feature amount calculation unit 111 .

コヒーレンス演算部115は、加速度センサ11の出力と、頭部挙動検出部21によって得られた頭部挙動の時系列データとを用いて、ドライバの頭部の挙動とドライバの頭部に作用する横加速度とのコヒーレンスを演算する。例えば、コヒーレンス演算部115は、加速度センサ11の出力から認識した車両の左右方向の加速度をドライバの頭部に作用する横加速度として捉え、この横加速度の時系列データからパワースペクトルを求める。また、コヒーレンス演算部115は、頭部挙動の時系列データからパワースペクトルを求め、パワースペクトル同士の相関を取ることによって、コヒーレンスを求める。そして、コヒーレンス演算部115は、横加速度との相関が現れやすい周波数として例えば1Hzの時系列データと、横加速度との相関がさほど現れない周波数として例えば4Hzの時系列データを求める。 The coherence calculation unit 115 uses the output of the acceleration sensor 11 and the time-series data of the head behavior obtained by the head behavior detection unit 21 to calculate the behavior of the driver's head and the lateral force acting on the driver's head. Calculate coherence with acceleration. For example, the coherence calculator 115 treats the lateral acceleration of the vehicle recognized from the output of the acceleration sensor 11 as lateral acceleration acting on the driver's head, and obtains the power spectrum from the time-series data of this lateral acceleration. Further, the coherence calculator 115 obtains the power spectrum from the time-series data of the head behavior, and obtains the coherence by taking the correlation between the power spectra. Then, the coherence calculator 115 obtains time-series data of, for example, 1 Hz as a frequency at which the correlation with the lateral acceleration is likely to appear, and time-series data at, for example, 4 Hz as the frequency at which the correlation with the lateral acceleration does not appear so much.

時系列変動パターン演算部112は、周期性特徴量演算部111によって得られた周期性特徴量の時系列データ、および、コヒーレンス演算部115によって得られたコヒーレンスの時系列データを、時間順に切り出し、切り出した時系列データの組み合わせから時系列変動パターンを演算し、パターン分類する。具体的には例えば、周期性特徴量およびコヒーレンスの組み合わせの時系列データを、非線形次元圧縮手法の1つであるUMAPを用いて次元削減し、2次元データに変換する。 The time-series variation pattern calculation unit 112 cuts out the time-series data of the periodic feature quantity obtained by the periodic feature quantity calculation unit 111 and the time-series data of the coherence obtained by the coherence calculation unit 115 in chronological order, A time-series variation pattern is calculated from a combination of cut-out time-series data, and the pattern is classified. Specifically, for example, time-series data of combinations of periodicity feature amounts and coherence are subjected to dimensionality reduction using UMAP, which is one of nonlinear dimensionality reduction techniques, and converted into two-dimensional data.

異常判定部113は、時系列変動パターン演算部112によって得られたデータを、異常判定閾値データベース114に格納された閾値と比較し、ドライバに異常予兆が発生したか否かを判定する。例えば、図9の2次元マップにおける判定ラインLTH2が、異常判定閾値データベース114に格納された閾値に相当する。異常判定部113は、時系列変動パターン演算部112によって得られたデータが、2次元マップ上において、判定ラインLTH2のどちら側に位置するかによって、ドライバに異常予兆が発生したか否かを判定する。 The abnormality determination unit 113 compares the data obtained by the time-series variation pattern calculation unit 112 with threshold values stored in the abnormality determination threshold database 114, and determines whether or not an abnormality sign has occurred in the driver. For example, the determination line LTH2 in the two-dimensional map of FIG. 9 corresponds to the threshold stored in the abnormality determination threshold database 114. FIG. The abnormality determination unit 113 determines whether or not an abnormality sign has occurred in the driver depending on which side of the determination line LTH2 on the two-dimensional map the data obtained by the time-series variation pattern calculation unit 112 is located. do.

第2検知部120は、頭部挙動と眼球挙動の相関からドライバの異常予兆を検知する。第2検知部120は、頭部-眼球変位量分布演算部121、異常度演算部122、異常判定部123、異常確率分布データベース124、及び異常判定閾値データベース125を備える。頭部-眼球変位量分布演算部121は、頭部挙動検出部21によって得られた頭部挙動の時系列データ及び眼球挙動検出部22によって得られた眼球挙動の時系列データに基づいて、同時期に検出された眼球の変位量と頭部の変位量との2次元マップ1101を演算する。 The second detection unit 120 detects an abnormality sign of the driver from the correlation between the head behavior and the eyeball behavior. The second detection unit 120 includes a head-eyeball displacement amount distribution calculation unit 121 , an abnormality degree calculation unit 122 , an abnormality determination unit 123 , an abnormality probability distribution database 124 , and an abnormality determination threshold database 125 . The head-eyeball displacement amount distribution calculation unit 121 calculates the same A two-dimensional map 1101 of the amount of displacement of the eyeballs and the amount of displacement of the head detected in time is calculated.

異常度演算部122は、2次元マップ1101を複数のメッシュに分けて、メッシュ毎に、例えばKDEにより、出現確率分布を演算して、確率分布マップ1102を作成する。これにより、図13に示すような確率分布マップ1102を得ることができる。また、異常度演算部122は、作成した確率分布マップ1102と、異常確率分布データベース124に格納された、異常状態における確率分布マップと一致度合いを演算する。異常度演算部122は、例えば、確率分布マップ同士のKL距離を算出することで、確率分布マップ同士の一致度合いを演算する。 The degree-of-abnormality computation unit 122 divides the two-dimensional map 1101 into a plurality of meshes, computes the appearance probability distribution for each mesh by, for example, KDE, and creates a probability distribution map 1102 . As a result, a probability distribution map 1102 as shown in FIG. 13 can be obtained. In addition, the degree-of-abnormality calculation unit 122 calculates the degree of coincidence between the created probability distribution map 1102 and the probability distribution map in the abnormal state stored in the abnormality probability distribution database 124 . The degree-of-abnormality computing unit 122 computes the degree of coincidence between the probability distribution maps by, for example, computing the KL distance between the probability distribution maps.

異常判定部123は、異常度演算部122によって得られたデータを、異常判定閾値データベース125に格納された閾値と比較し、ドライバに異常予兆が発生したか否かを判定する。閾値は、例えば1に設定されている。異常判定部123は、異常度演算部122により得られたKL距離が1以下の場合に、ドライバに異常予兆ありと判定する一方、異常度演算部122により得られたKL距離が1より大きい場合に、ドライバに異常予兆なしと判定する。 The abnormality determination unit 123 compares the data obtained by the abnormality degree calculation unit 122 with the threshold values stored in the abnormality determination threshold database 125, and determines whether or not the driver has an abnormality sign. The threshold is set to 1, for example. When the KL distance obtained by the abnormality degree calculation unit 122 is 1 or less, the abnormality determination unit 123 determines that there is an abnormality sign in the driver. Then, it is determined that there is no sign of abnormality in the driver.

第1検知部110及び第2検知部120は、異常判定部113,123が、ドライバに異常予兆ありと判定したときには、ドライバへの問いかけ要求を問いかけ部23に出力する。 The first detection unit 110 and the second detection unit 120 output an inquiry request to the driver to the inquiry unit 23 when the abnormality judgment units 113 and 123 judge that the driver has an abnormality sign.

問いかけ部23は、第1検知部110及び第2検知部120の少なくとも一方から問いかけ要求を受けたときには、ドライバに対して問いかけを行う。この問いかけは、車両を自動運転により緊急待避させてよいかどうか、ドライバの意思を確認するためのものである。問いかけは、例えば、スピーカ12を介して音声により行ったり、モニタ等の情報提示部13を介した表示により行ったりする。 When receiving an inquiry request from at least one of the first detection unit 110 and the second detection unit 120, the inquiry unit 23 makes an inquiry to the driver. This question is for confirming the intention of the driver as to whether or not the vehicle should be evacuated automatically. The question is, for example, voiced through the speaker 12 or displayed through the information presentation unit 13 such as a monitor.

応答検出部24は、問いかけ部23による問いかけに対するドライバの応答を検出する。ドライバの応答は、例えば、スイッチ14の操作や、マイク15を介した発声によって行われる。ドライバの意思が確認できたとき、あるいは、ドライバの応答がないとき、情報処理装置20は、車両停止制御部40に、車両を自動的に路肩退避させて停止させるよう指示する。 The response detection unit 24 detects the driver's response to the inquiry by the inquiry unit 23 . The driver's response is performed by operating the switch 14 or speaking through the microphone 15, for example. When the driver's intention is confirmed, or when there is no response from the driver, the information processing device 20 instructs the vehicle stop control unit 40 to automatically evacuate the vehicle from the road shoulder and stop the vehicle.

本実施形態に係るドライバ状態推定装置は、情報処理装置20内の、頭部挙動検出部21、眼球挙動検出部22、第1検知部110、及び第2検知部120を、少なくとも含む構成である。また、本開示に係るドライバ状態推定装置は、カメラ10を含む場合もある。 The driver state estimation device according to the present embodiment includes at least the head behavior detector 21, the eyeball behavior detector 22, the first detector 110, and the second detector 120 in the information processing device 20. . Also, the driver state estimation device according to the present disclosure may include camera 10 .

図16は、頭部挙動のみに基づくドライバ状態推定の処理動作を示すフローチャートである。 FIG. 16 is a flow chart showing the processing operation of driver state estimation based only on head behavior.

まず、ステップS11において、頭部挙動検出部21は、カメラ10によって撮影された画像から、ドライバの頭部を画像認識し、認識した頭部について、傾斜角、ここではピッチ角及びロール角を演算する。この演算は、例えば、100ms毎に行われる。 First, in step S11, the head behavior detection unit 21 performs image recognition of the driver's head from the image captured by the camera 10, and calculates the tilt angle, here the pitch angle and the roll angle, of the recognized head. do. This calculation is performed, for example, every 100 ms.

次に、ステップS12において、第1検知部110は、頭部の傾斜角データが規定数以上蓄積されたか否かを判定する。第1検知部110は、頭部の傾斜角データが規定数以上蓄積されたYESのときには、ステップS13に進む。一方で、第1検知部110は、頭部の傾斜角データが規定数以上蓄積されていないNOのときには、ステップS11に戻る。 Next, in step S<b>12 , the first detection unit 110 determines whether or not a predetermined number or more of tilt angle data of the head have been accumulated. When the first detection unit 110 determines YES that the tilt angle data of the head is accumulated in a predetermined number or more, the first detection unit 110 proceeds to step S13. On the other hand, when the first detection unit 110 determines NO that the tilt angle data of the head is not accumulated in the predetermined number or more, the process returns to step S11.

前記ステップS13では、第1検知部110は、頭部の傾斜角の時系列データに対して、周期性特徴量を演算する。第1検知部110は、例えば、DFAにより、自己相関指標(スケーリング指数α)が、周期性特徴量として求められる。周期性特徴量の演算は、対象となる傾斜角データの時間範囲をずらしながら、例えば100ms毎に、例えば256個の傾斜角データを用いて、行われる。 In step S<b>13 , the first detection unit 110 calculates the periodicity feature amount for the time-series data of the inclination angle of the head. The first detection unit 110 obtains an autocorrelation index (scaling index α) as a periodicity feature amount by DFA, for example. The calculation of the periodicity feature amount is performed using, for example, 256 pieces of tilt angle data, for example, every 100 ms while shifting the time range of the target tilt angle data.

次いで、ステップS14において、第1検知部110は、車両加速度センサ50の出力と頭部の傾斜角の時系列データを用いて、ドライバの頭部の挙動とドライバの頭部に作用する横加速度とのコヒーレンスを演算する。 Next, in step S14, the first detection unit 110 detects the behavior of the driver's head and the lateral acceleration acting on the driver's head using the time-series data of the output of the vehicle acceleration sensor 50 and the tilt angle of the head. Compute the coherence of

次に、ステップS15において、第1検知部110は、周期性特徴量及びコヒーレンスのデータが規定数以上蓄積されたか否かを判定する。第1検知部110は、データが規定数以上蓄積されたYESのときにはステップS16に進む。一方で、第1検知部110は、データが規定数以上蓄積されていないNOのときにはステップS11に戻る。 Next, in step S<b>15 , the first detection unit 110 determines whether or not a predetermined number or more of periodicity feature amount and coherence data have been accumulated. The first detection unit 110 proceeds to step S16 when the determination is YES that data equal to or more than the prescribed number have been accumulated. On the other hand, the first detection unit 110 returns to step S<b>11 when the data is not accumulated to the specified number or more (NO).

前記ステップS16では、第1検知部110は、周期性特徴量及びコヒーレンスの組み合わせデータに対して、時系列変動パターンを演算する。第1検知部110は、例えば、非線形次元圧縮手法の1つであるUMAPを用いて、周期性特徴量及びコヒーレンスの時系列変動データを次元削減し、2次元データに変換する。時系列変動パターンの演算は、対象となる周期性特徴量及びコヒーレンスのデータの時間範囲をずらしながら、例えば100ms毎に、例えば256個の周期性特徴量及びコヒーレンスのデータを用いて、行われる。 In step S16, the first detection unit 110 calculates a time-series variation pattern for combined data of the periodicity feature amount and coherence. The first detection unit 110 uses, for example, UMAP, which is one of the nonlinear dimension compression techniques, to reduce the dimensions of the periodic feature amount and coherence time-series variation data, and convert the data into two-dimensional data. The calculation of the time-series variation pattern is performed using, for example, 256 periodic feature amounts and coherence data every 100 ms while shifting the time range of the target periodic feature amount and coherence data.

次に、ステップS17において、第1検知部110は、異常判定閾値データベース114に保持されていた閾値を取得する。具体的には例えば、第1検知部110は、図9に示す判定ラインLTH2のような、分類パターンの2次元マップにおける判定ラインの情報を、閾値として取得する。 Next, in step S<b>17 , the first detection unit 110 acquires the threshold held in the abnormality determination threshold database 114 . Specifically, for example, the first detection unit 110 acquires information of a determination line in a two-dimensional map of classification patterns, such as the determination line LTH2 shown in FIG. 9, as a threshold.

そして、ステップS18において、第1検知部110は、前記ステップS16で求めた時系列変動パターンである2次元データと、ステップS17で取得した判定ラインとを比較して、2次元データが判定ラインを超えたか否かについて判定する。第1検知部110は、2次元データが判定ラインを超えて異常予兆側にあるYESのときには、ドライバに異常予兆ありと判定してステップS19に進む。一方で、第1検知部110は、2次元データが判定ラインを超えず正常側にあるNOのときには、ドライバには異常予兆なしと判定してステップS11に戻る。 Then, in step S18, the first detection unit 110 compares the two-dimensional data, which is the time-series variation pattern obtained in step S16, with the determination line acquired in step S17, and determines whether the two-dimensional data matches the determination line. It is determined whether or not it has exceeded. When the two-dimensional data exceeds the determination line and is on the abnormality portent side (YES), the first detection unit 110 determines that there is an abnormality portent in the driver, and proceeds to step S19. On the other hand, when the two-dimensional data does not exceed the determination line and is on the normal side and NO, the first detection unit 110 determines that there is no sign of abnormality in the driver, and returns to step S11.

前記ステップS19では、第1検知部110は、ドライバへの問いかけ要求を問いかけ部23に出力する。ステップS19の後は処理を終了する。 At step S<b>19 , the first detection unit 110 outputs an inquiry request to the driver to the inquiry unit 23 . After step S19, the process ends.

図17は、頭部挙動と眼球挙動との相関に基づくドライバ状態推定の処理動作を示すフローチャートである。 FIG. 17 is a flowchart showing the processing operation of driver state estimation based on the correlation between head behavior and eyeball behavior.

まず、ステップS21において、頭部挙動検出部21は、カメラ10によって撮影された画像から、ドライバの頭部を画像認識し、認識した頭部について、頭部の変位量(ここでは、ヨー角)を演算する。また、眼球挙動検出部22は、カメラ10によって撮影された画像から、ドライバの眼球を画像認識し、認識した眼球について、眼球の変位量(ここでは、ヨー角)を演算する。この演算は、例えば、100ms毎に行われる。 First, in step S21, the head behavior detection unit 21 performs image recognition of the driver's head from the image captured by the camera 10, and calculates the displacement amount (here, yaw angle) of the recognized head. to calculate Further, the eyeball behavior detection unit 22 performs image recognition of the driver's eyeballs from the image captured by the camera 10, and calculates an eyeball displacement amount (here, yaw angle) for the recognized eyeballs. This calculation is performed, for example, every 100 ms.

次に、ステップS22において、第2検知部120は、頭部の変位量データ及び眼球の変位量データが、それぞれ規定数以上蓄積されたか否かを判定する。第2検知部120は、頭部及び眼球の各変位量データが規定数以上蓄積されたYESのときには、ステップS23に進む。一方で、第2検知部120は、頭部又は眼球のいずれか一方の変位量データが規定数以上蓄積されていないNOのときには、ステップS21に戻る。 Next, in step S<b>22 , the second detection unit 120 determines whether or not a specified number or more of the head displacement amount data and the eyeball displacement amount data are accumulated. When the second detection unit 120 determines YES that the displacement amount data of the head and the eyeballs is accumulated in a predetermined number or more, the second detection unit 120 proceeds to step S23. On the other hand, when the second detection unit 120 determines NO that the displacement amount data of either the head or the eyeballs is not accumulated to the specified number or more, the process returns to step S21.

前記ステップS23では、第2検知部120は、頭部及び眼球の変位量の時系列データに対して、頭部-眼球の変位量分布を示す2次元マップを演算する。 In step S23, the second detection unit 120 calculates a two-dimensional map showing the head-eyeball displacement amount distribution for the time-series data of the head and eyeball displacement amounts.

次いで、ステップS24において、第2検知部120は、前記ステップS23で演算した2次元マップに対して出現確率分布を示す確率分布マップを演算する。第2検知部120は、例えば、2次元マップを複数のメッシュに分けて、各メッシュに対してKDEにより出現確率分布を演算することで、確率分布マップを演算する。 Next, in step S24, the second detection unit 120 calculates a probability distribution map indicating the appearance probability distribution for the two-dimensional map calculated in step S23. For example, the second detection unit 120 divides the two-dimensional map into a plurality of meshes and calculates the probability distribution map by calculating the appearance probability distribution for each mesh using KDE.

次に、ステップS25において、第2検知部120は、前記ステップS24で演算した出現確率分布と異常時確率分布データベースに格納された異常時の出現確率分布とを比較する。具体的には、第2検知部120は、2つの出現確率分布のKL距離を算出する。 Next, in step S25, the second detection unit 120 compares the occurrence probability distribution calculated in step S24 with the occurrence probability distribution at the time of abnormality stored in the probability distribution database at the time of abnormality. Specifically, the second detection unit 120 calculates the KL distance of the two appearance probability distributions.

次いで、ステップS26において、第2検知部120は、前記ステップS25で算出したKL距離が所定値以下であるか否かを判定する。第2検知部120は、KL距離が所定値以下であるYESのときには、ドライバに異常予兆ありと判定してステップS27に進む。一方で、第2検知部120は、KL距離が所定値よりも大きいNOのときには、ドライバには異常予兆なしと判定してステップS21に戻る。 Next, in step S26, the second detection unit 120 determines whether or not the KL distance calculated in step S25 is equal to or less than a predetermined value. When the KL distance is equal to or less than the predetermined value, that is, YES, the second detection unit 120 determines that there is an anomaly sign in the driver, and proceeds to step S27. On the other hand, when the KL distance is larger than the predetermined value (NO), the second detection unit 120 determines that there is no sign of abnormality in the driver, and returns to step S21.

前記ステップS27では、第2検知部120は、ドライバへの問いかけ要求を問いかけ部23に出力する。ステップS27の後は処理を終了する。 In step S<b>27 , the second detection unit 120 outputs an inquiry request to the driver to the inquiry unit 23 . After step S27, the process ends.

このように、頭部挙動のみによる異常予兆の検知に加えて、頭部挙動と眼球挙動との相関に基づいて異常予兆を検知することで、異常予兆を早期にかつ精度良く検知することができる。すなわち、例えば、頭部に加速度がほとんどかからず、ドライバの頭部挙動の周期性特徴量が明確に演算できないような定速走行のシーンなどでは、頭部挙動のみによる異常予兆の検知精度が低下する。しかし、頭部挙動と眼球挙動との相関に基づく異常予兆の検知を行うことで、このような走行シーンでも適切に、ドライバの異常予兆を検知することができる。 In this way, in addition to detection of anomaly signs based only on head behavior, anomaly signs can be detected early and with high accuracy by detecting an anomaly sign based on the correlation between head behavior and eyeball behavior. . In other words, for example, in a constant-speed driving scene in which almost no acceleration is applied to the head and the periodicity feature of the driver's head behavior cannot be clearly calculated, the detection accuracy of an abnormality sign based only on the head behavior is low. descend. However, by detecting an abnormality sign based on the correlation between the head behavior and the eyeball behavior, it is possible to appropriately detect the driver's abnormality sign even in such a driving scene.

また、本実施形態では、ドライバの異常予兆を検知する第1検知部110は、ドライバの頭部の挙動を表す時系列データに対して周期性特徴量を演算し、ドライバの頭部の挙動とドライバの頭部に作用する横加速度とのコヒーレンスを演算し、周期性特徴量およびコヒーレンスに対して時系列変動パターンを演算し、得られた時系列変動パターンを所定の閾値と比較して、ドライバの異常予兆の有無を判定する。これにより、頭部挙動と外部要因となる横加速度との相関を加味した判定が可能となるので、ドライバの異常予兆を、より早期にかつ精度良く検知することができる。加えて、ドライバの頭部挙動は、車内に設置されたカメラ10の撮影画像から検出可能なので、本技術により、既存の車載センサを用いて、運転不能につながる疾患の予兆をいち早くとらえることができる。 In addition, in the present embodiment, the first detection unit 110 that detects an abnormality sign of the driver calculates a periodicity feature amount with respect to the time-series data representing the behavior of the driver's head, and calculates the behavior of the driver's head. The coherence with the lateral acceleration acting on the head of the driver is calculated, the time-series variation pattern is calculated with respect to the periodicity feature amount and the coherence, the obtained time-series variation pattern is compared with a predetermined threshold value, and the driver Determines whether or not there is an anomaly sign. As a result, it is possible to make a determination that takes into account the correlation between the head behavior and the lateral acceleration, which is an external factor, so that it is possible to detect a sign of an abnormality in the driver earlier and with higher accuracy. In addition, the behavior of the driver's head can be detected from the image taken by the camera 10 installed in the vehicle, so this technology can quickly detect signs of illness that can lead to inability to drive, using existing on-vehicle sensors. .

また、本実施形態では、ドライバの異常予兆を検知する第2検知部120は、同時期に検出された眼球の変位量に対する頭部の変位量をプロットした2次元マップを演算し、演算した2次元マップにおけるプロットの出現確率分布Qを演算し、演算した出現確率分布Qと、予め演算された異常時の出現確率分布Pとの一致度合いを比較することでドライバの異常予兆の有無を検知する。すなわち、眼球が微少な変位をしたときなどは、頭部が追従しない場合がある。眼球の変位量と頭部の変位量とをプロットした2次元マップにおけるプロットの出現確率分布を演算して、該出現確率分布に基づいて異常予兆を検知するようにすれば、眼球の微少な動きと比較的大きな動きとを含めた、眼球挙動に対する頭部挙動の傾向により異常状態を検知することができる。これにより、ドライバの異常予兆を早期にかつ精度良く検知することができる。 Further, in the present embodiment, the second detection unit 120 that detects an abnormality sign of the driver calculates a two-dimensional map plotting the displacement amount of the head with respect to the displacement amount of the eyeball detected at the same time, and calculates the calculated two-dimensional map. The occurrence probability distribution Q of plots in the dimensional map is calculated, and the degree of coincidence between the calculated occurrence probability distribution Q and the pre-calculated occurrence probability distribution P at the time of abnormality is compared to detect the presence or absence of an abnormality sign of the driver. . That is, when the eyeballs are slightly displaced, the head may not follow. By calculating the appearance probability distribution of plots in a two-dimensional map in which the amount of displacement of the eyeball and the amount of displacement of the head are plotted, and detecting an abnormality sign on the basis of the appearance probability distribution, a minute movement of the eyeball can be detected. Abnormal conditions can be detected by the tendency of head behavior relative to eye movement, including relatively large movements. As a result, it is possible to detect an abnormality sign of the driver early and with high accuracy.

(その他の実施形態)
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
(Other embodiments)
The technology disclosed herein is not limited to the above-described embodiments, and substitutions are possible without departing from the scope of the claims.

例えば、前述の実施形態では、第1検知部110は、頭部挙動の時系列データに対して、DFAにより、自己相関指標(スケーリング指数α)を周期性特徴量として求めるものとした。これに限らず、周期性特徴量を求める手法として、例えば、FFT(Fast Fourier Transform)を用いてもよいし、単純な自己相関を計算してもよい。 For example, in the above-described embodiment, the first detection unit 110 obtains an autocorrelation index (scaling index α) as a periodicity feature amount by DFA for time-series data of head behavior. Not limited to this, as a method for obtaining the periodicity feature amount, for example, FFT (Fast Fourier Transform) may be used, or simple autocorrelation may be calculated.

また、前述の実施形態では、第2検知部120は、異常予兆の判定において、異常時の確率分布マップと最新の確率分布マップとの一致度合いを、KL距離を用いるようにした。これに限らず、例えば、異常時の2次元マップと最新の2次元マップとの一致度合いを、例えば、カイ2乗法を用いて比較するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the second detection unit 120 uses the KL distance as the degree of matching between the probability distribution map at the time of abnormality and the latest probability distribution map in determining the sign of abnormality. Alternatively, for example, the degree of matching between the abnormal two-dimensional map and the latest two-dimensional map may be compared using, for example, the chi-square method.

また、前述の実施形態では、第1検知部110及び第2検知部120のいずれか一方から問いかけ要求があったときに、問いかけ部23がドライバに問いかけを行う構成となっていた。これに限らず、第1検知部110と第2検知部120との両方から問いかけ要求があったときにのみ、問いかけ部23がドライバに問いかけを行う構成であってもよい。または、第1検知部110と第2検知部120との両方が異常予兆を検知したときにのみ、情報処理装置20が問いかけ部23に問いかけ要求をする構成であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, when there is an inquiry request from either one of the first detection unit 110 and the second detection unit 120, the inquiry unit 23 asks the driver. The configuration is not limited to this, and the inquiry unit 23 may ask the driver only when an inquiry request is received from both the first detection unit 110 and the second detection unit 120 . Alternatively, the information processing device 20 may make an inquiry request to the inquiry unit 23 only when both the first detection unit 110 and the second detection unit 120 detect an abnormality sign.

また、前述の本実施形態では、異常時の出現確率分布Pが異常確率分布データベース124に格納されていた。この異常時の出現確率分布Pは、ドライバの異常予兆時を含む出現確率分布Qを蓄積し、蓄積した出現確率分布Qに基づいて更新されるようにしてもよい。また、異常判定閾値データベース125に格納された閾値についても、蓄積した出現確率分布Qに基づいて更新されるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment described above, the occurrence probability distribution P at the time of abnormality was stored in the abnormality probability distribution database 124 . The occurrence probability distribution P at the time of abnormality may be updated based on the accumulated occurrence probability distribution Q by accumulating the occurrence probability distribution Q including the time of an abnormality sign of the driver. Also, the thresholds stored in the abnormality determination threshold database 125 may be updated based on the accumulated occurrence probability distribution Q. FIG.

また、本開示に係る技術の適用用途は、自動車に限られるものではない。自動車以外の、例えば電車等の移動体において、ドライバの異常予兆を検知するのに有効である。 In addition, applications of the technology according to the present disclosure are not limited to automobiles. It is effective for detecting signs of abnormality of a driver in moving bodies other than automobiles, such as trains.

また、本開示に係る技術は、単体の情報処理装置以外の形態で実現される場合もあり得る。例えば、第1検知部110及び第2検知部120が、頭部挙動検出部21及び眼球挙動検出部22とは別の情報処理装置によって実現されてもよい。また例えば、移動体に搭載されていない情報処理装置、例えばドライバが持っているスマホやタブレット等が、第1検知部110及び第2検知部120の機能を実現してもよい。あるいは、クラウドが、第1検知部110及び第2検知部120が行う演算処理の一部または全部を実行するような形態としてもよい。 Also, the technology according to the present disclosure may be realized in a form other than a single information processing device. For example, the first detection unit 110 and the second detection unit 120 may be realized by an information processing device different from the head behavior detection unit 21 and the eyeball behavior detection unit 22 . Further, for example, an information processing device that is not mounted on a moving object, such as a smartphone or a tablet held by a driver, may realize the functions of the first detection unit 110 and the second detection unit 120 . Alternatively, the cloud may execute part or all of the arithmetic processing performed by the first detection unit 110 and the second detection unit 120 .

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples, and should not be construed as limiting the scope of the present disclosure. The scope of the present disclosure is defined by the claims, and all modifications and changes within the equivalent range of the claims are within the scope of the present disclosure.

ここに開示された技術は、移動体を運転するドライバの状態を推定するドライバ状態推定装置として有用である。 The technology disclosed herein is useful as a driver state estimation device that estimates the state of a driver driving a mobile object.

21 頭部挙動検出部
22 眼球挙動検出部
110 第1検知部
120 第2検知部
21 head behavior detector 22 eyeball behavior detector 110 first detector 120 second detector

Claims (5)

移動体を運転するドライバの状態を推定するドライバ状態推定装置であって、
前記ドライバの頭部の挙動を検出する頭部挙動検出部と、
前記ドライバの眼球の挙動を検出する眼球挙動検出部と、
前記頭部挙動検出部によって検出された頭部挙動のみから、前記ドライバの異常予兆を検知する第1検知部と、
前記頭部挙動検出部によって検出された頭部挙動と前記眼球挙動検出部によって検出された眼球挙動との相関から前記ドライバの異常予兆を検知する第2検知部と、を備えることを特徴とするドライバ状態推定装置。
A driver state estimation device for estimating the state of a driver driving a mobile object,
a head behavior detection unit that detects the behavior of the driver's head;
an eyeball behavior detection unit that detects the behavior of the driver's eyeballs;
a first detection unit that detects an abnormality sign of the driver only from the head behavior detected by the head behavior detection unit;
a second detection unit that detects an abnormality sign of the driver from a correlation between the head behavior detected by the head behavior detection unit and the eyeball behavior detected by the eyeball behavior detection unit. Driver state estimator.
請求項1に記載のドライバ状態推定装置において、
前記第1検知部は、
前記ドライバの頭部挙動を示す時系列データに対して、周期性特徴量を演算し、
演算によって得られた周期性特徴量に対して、時系列変動パターンを演算し、
演算によって得られた時系列変動パターンを所定の第1閾値と比較して、前記ドライバの異常予兆の有無を検知することを特徴とするドライバ状態推定装置。
In the driver state estimation device according to claim 1,
The first detection unit is
calculating a periodicity feature value for the time-series data indicating the head behavior of the driver;
Calculate the time-series variation pattern for the periodicity feature obtained by the calculation,
A driver state estimating device that compares a time-series variation pattern obtained by calculation with a predetermined first threshold value to detect the presence or absence of an anomaly sign of the driver.
請求項2に記載のドライバ状態推定装置において、
前記第1検知部は、
前記ドライバの頭部挙動と前記ドライバに作用する横加速度とのコヒーレンスを更に演算し、
演算によって得られた周期性特徴量及びコヒーレンスに対して、時系列変動パターンを演算することを特徴とするドライバ状態推定装置。
In the driver state estimation device according to claim 2,
The first detection unit is
further computing the coherence between the driver's head behavior and the lateral acceleration acting on the driver;
A driver state estimating device that calculates a time-series variation pattern with respect to periodic feature quantities and coherence obtained by calculation.
請求項1~3のいずれか1つに記載のドライバ状態推定装置において、
前記第2検知部は、前記眼球挙動検出部によって検出された眼球の変位量と前記頭部挙動検出部によって検出された頭部の変位量とを比較することで、前記ドライバの異常予兆の有無を検知することを特徴とするドライバ状態推定装置。
In the driver state estimation device according to any one of claims 1 to 3,
The second detection unit compares the amount of displacement of the eyeballs detected by the eyeball behavior detection unit and the amount of displacement of the head detected by the head behavior detection unit, thereby determining whether there is an anomaly sign of the driver. A driver state estimation device characterized by detecting
請求項4に記載のドライバ状態推定装置において、
前記第2検知部は、
同時期に検出された眼球の変位量に対する頭部の変位量をプロットした2次元マップを演算し、
演算した前記2次元マップにおけるプロットの出現確率分布を演算し、
演算した前記出現確率分布と、予め演算された異常時の出現確率分布との一致度合いを比較することで前記ドライバの異常予兆の有無を検知することを特徴とするドライバ状態推定装置。
In the driver state estimation device according to claim 4,
The second detection unit is
Calculate a two-dimensional map plotting the displacement of the head against the displacement of the eyeball detected at the same time,
Calculate the appearance probability distribution of plots in the calculated two-dimensional map,
A driver state estimating device that detects the presence or absence of an abnormality sign of the driver by comparing the degree of coincidence between the calculated appearance probability distribution and a previously calculated appearance probability distribution at the time of an abnormality.
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