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DE102024200317A1 - Method, device and computer program for predicting fatigue of a driver of a vehicle - Google Patents

Method, device and computer program for predicting fatigue of a driver of a vehicle

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Publication number
DE102024200317A1
DE102024200317A1 DE102024200317.4A DE102024200317A DE102024200317A1 DE 102024200317 A1 DE102024200317 A1 DE 102024200317A1 DE 102024200317 A DE102024200317 A DE 102024200317A DE 102024200317 A1 DE102024200317 A1 DE 102024200317A1
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DE
Germany
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vehicle
data
machine learning
environmental perception
driver
Prior art date
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Pending
Application number
DE102024200317.4A
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German (de)
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Mark Schutera
Hendrik Vogt
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Zf Mobility Solutions GmbH
Original Assignee
Zf Mobility Solutions GmbH
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Publication date
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Abstract

Ein Verfahren zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs umfasst ein Erhalten (110) von Umgebungswahrnehmungsdaten des Fahrzeugs von zumindest einem Umgebungswahrnehmungssensor des Fahrzeugs, wobei die Umgebungswahrnehmungsdaten zumindest eine Umgebung des Fahrzeugs während der Fahrt repräsentieren. Das Verfahren umfasst ferner ein Verarbeiten (120) der Umgebungswahrnehmungsdaten, um eine Vorhersagegröße zu bestimmen (150), die abbildet, ob der Fahrer des Fahrzeugs ermüdet ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen (160) einer Warnung basierend auf der Vorhersagegröße.A method for predicting fatigue of a driver of a vehicle comprises obtaining (110) environmental perception data of the vehicle from at least one environmental perception sensor of the vehicle, wherein the environmental perception data represents at least one environment of the vehicle while driving. The method further comprises processing (120) the environmental perception data to determine (150) a prediction variable that reflects whether the driver of the vehicle is fatigued. The method further comprises providing (160) a warning based on the prediction variable.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren, einer Vorrichtung sowie einem Computerprogramm zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs.The invention relates to a method, a device and a computer program for predicting fatigue of a driver of a vehicle.

Schläfriges und übermüdetes Fahren ist ein großes Problem für die Straßenverkehrssicherheit, und während der Automatisierungsgrad autonomer Fahrzeuge steigt, wird es für den Fahrer immer schwieriger, konzentriert und aufmerksam zu sein, wenn er die Aufgabe übernehmen muss, die Kontrolle über das Fahrzeug zu übernehmen. Die größte Herausforderung besteht darin, den Zustand des Fahrers früh genug zu erkennen, bevor er die Kontrolle über das System weitgehend verliert. Im Allgemeinen lassen sich die Methoden zur Erkennung von Müdigkeit in zwei Kategorien einteilen.Drowsy and fatigued driving is a major problem for road safety, and as the level of automation in autonomous vehicles increases, it becomes increasingly difficult for drivers to remain focused and alert when required to take control of the vehicle. The biggest challenge is detecting the driver's condition early enough before they largely lose control of the system. In general, methods for detecting fatigue fall into two categories.

Einerseits gibt es Methoden, die auf der Überwachung des physischen Zustands des Fahrers (in der Regel mit einer Innenraumkamera oder anderen biometrischen Sensoren) basieren, was durch manche Menschen als Eingriff in die Privatsphäre wahrgenommen wird. Andererseits gibt es Methoden, due auf der Überwachung fahrzeugbezogener Zustände, die mit dem physischen Zustand des Fahrers korrelieren, basieren. Durch die zunehmende Überlagerung der Fahreraktivität durch Eingriffe von ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems, Fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme)-Systemen wird dies immer schwieriger, da die Handlungen des Fahrers geglättet und gefiltert werden und es keine direkten Informationen von der Straßengeometrie oder der Umgebung gibt.On the one hand, there are methods based on monitoring the driver's physical state (usually with an interior camera or other biometric sensors), which some people perceive as an invasion of privacy. On the other hand, there are methods based on monitoring vehicle-related conditions that correlate with the driver's physical state. Due to the increasing overlay of driver activity by interventions from ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems) systems, this is becoming increasingly difficult, as the driver's actions are smoothed and filtered, and there is no direct information from the road geometry or the environment.

Informationen über solche Methoden können beispielsweise dem Handbook of Intelligent Vehicles (Handbuch der intelligenten Fahrzeuge) von Azim Eskandarian, sowie den Veröffentlichungen US2011284304A1 , US5900819A , US8519853B2 und US20100039249A1 entnommen werden.Information about such methods can be found, for example, in the Handbook of Intelligent Vehicles by Azim Eskandarian, as well as in the publications US2011284304A1 , US5900819A , US8519853B2 and US20100039249A1 be taken.

Es besteht der Bedarf nach einem verbesserten Verfahren zum Vorhersagen einer Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs, das die Nachteile der bestehenden Systeme überwindet.There is a need for an improved method for predicting driver fatigue of a vehicle that overcomes the disadvantages of existing systems.

Diesem Bedarf wird durch die vorliegenden unabhängigen Ansprüche Rechnung getragen.This need is taken into account by the present independent claims.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Nachteile der beiden vorgenannten Kategorien durch die Vorhersage der Müdigkeit des Fahrers basierend auf einer Überwachung umweltbezogener Zustände überwunden werden kann. Durch die Nutzung eines Umgebungsmodells von Außensensoren des Fahrzeugs (z. B. Radar, Lidar, Kamera, akustische Sensoren, Wärmebildkameras usw.) können direkte Korrelationen zwischen dem Zustand eines Fahrzeugs in der Fahrumgebung und dem Zustand des Fahrers hergestellt werden. Hierdurch wird eine zusätzliche Kategorie zur Bestimmung der Müdigkeit des Fahrers geschaffen. Insbesondere wird ein fahrzeugunabhängiger Ansatz für die Schätzung des Fahrerzustands im Allgemeinen und die Erkennung von Müdigkeit im Besonderen ermöglicht.The present invention is based on the finding that the disadvantages of the two aforementioned categories can be overcome by predicting driver fatigue based on monitoring environmental conditions. By utilizing an environmental model from external vehicle sensors (e.g., radar, lidar, camera, acoustic sensors, thermal imaging cameras, etc.), direct correlations can be established between the state of a vehicle in the driving environment and the state of the driver. This creates an additional category for determining driver fatigue. In particular, a vehicle-independent approach to estimating driver state in general and detecting fatigue in particular is enabled.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Erhalten von Umgebungswahrnehmungsdaten des Fahrzeugs von zumindest einem Umgebungswahrnehmungssensor des Fahrzeugs. Die Umgebungswahrnehmungsdaten repräsentieren zumindest eine Umgebung des Fahrzeugs während der Fahrt repräsentieren. Das Verfahren umfasst ein Verarbeiten der Umgebungswahrnehmungsdaten, um eine Vorhersagegröße zu bestimmen, die abbildet, ob der Fahrer des Fahrzeugs ermüdet ist. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Warnung basierend auf der Vorhersagegröße. Durch Nutzung der Umgebungswahrnehmungsdaten können Rückschlüsse auf die Müdigkeit des Fahrers gezogen werden, ohne die Privatsphäre des Fahrers zu verletzen. Zudem haben kleinere Eingriffe der Fahrassistenzsysteme nur einen begrenzten Einfluss auf den Zustand des Fahrzeugs, der durch die Umgebungswahrnehmungsdaten repräsentiert wird. Weiterhin lässt sich dieser Ansatz auf eine Vielzahl von Fahrzeugmodellen übertragen, ohne dass eine Anpassung auf die dort verwendete Sensor-Hardware notwendig ist.One aspect of the present invention relates to a method for predicting fatigue of a driver of a vehicle. The method comprises obtaining environmental perception data of the vehicle from at least one environmental perception sensor of the vehicle. The environmental perception data represents at least one environment of the vehicle while driving. The method comprises processing the environmental perception data to determine a predictive variable that reflects whether the driver of the vehicle is fatigued. The method comprises providing a warning based on the predictive variable. By using the environmental perception data, conclusions can be drawn about the driver's fatigue without violating the driver's privacy. Furthermore, minor interventions by the driver assistance systems have only a limited influence on the state of the vehicle represented by the environmental perception data. Furthermore, this approach can be transferred to a variety of vehicle models without the need for adaptation to the sensor hardware used there.

Viele der Aspekte, die auf eine Müdigkeit des Fahrers hindeuten, lassen sich quantifizieren, was sowohl die Nachvollziehbarkeit der Vorhersage als auch das Definieren von exakten Grenzen ermöglicht. Das Verfahren kann beispielsweise ein Bestimmen von einer oder mehreren numerischen Kenngrößen basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten umfassen. Das Verfahren kann ein Bestimmen der Vorhersagegröße basierend auf der einen oder den mehreren numerischen Kenngrößen umfassen. Die numerischen Kenngrößen können beispielsweise mit Schwellenwerten verglichen werden, um zu beurteilen, ob der Fahrer ermüdet ist.Many of the aspects that indicate driver fatigue can be quantified, which allows both the prediction to be traced and the definition of precise limits. The method may, for example, include determining one or more numerical parameters based on the environmental perception data. The method may include determining the predicted value based on the one or more numerical parameters. The numerical parameters may, for example, be compared to threshold values to assess whether the driver is fatigued.

Beispielsweise kann oder können die eine oder die mehreren numerischen Kenngrößen zumindest eines von eine numerische Kenngröße über ein Fahren des Fahrzeugs in einem Mittelbereich der Fahrspur, eine numerische Kenngröße über eine Verzögerung zwischen einem Abbremsen eines vorausfahrenden Fahrzeugs und einem Abbremsen des durch den Fahrer gefahrenen Fahrzeugs, eine numerische Kenngröße über eine Bremsintensität, eine numerische Kenngröße über eine Lenkintensität und eine numerische Kenngröße über eine Abweichung zwischen einer optimalen Lenktrajektorie und einer tatsächlichen Lenktrajektorie in einer Kurve umfassen. Diese numerischen Kenngrößen lassen einen Rückschluss auf die Müdigkeit des Fahrers zu.For example, the one or more numerical parameters may be at least one of a numerical parameter about driving the vehicle in a central area of the lane, a numerical parameter about a deceleration between a braking of a vehicle ahead and a braking of the vehicle driven by the driver, a numerical parameter about a braking intensity, a numerical parameter for steering intensity and a numerical parameter for the deviation between an optimal steering trajectory and an actual steering trajectory in a curve. These numerical parameters allow conclusions to be drawn about the driver's fatigue.

In manchen Implementierungen kann das Bestimmen zumindest einer numerischen Kenngröße ein Verarbeiten zumindest eines Teils der Umgebungswahrnehmungsdaten mittels eines Maschinenlern-Modells umfassen, um die zumindest eine numerische Kenngröße oder ein Zwischenergebnis zur Bestimmung der zumindest einen numerischen Kenngröße zu bestimmen. Durch Maschinenlern-Modelle können eine Vielzahl von verschiedenen Umgebungswahrnehmungsdaten effizient ausgewertet und eine entsprechende numerische Kenngröße ermittelt werden.In some implementations, determining at least one numerical characteristic may include processing at least a portion of the environmental perception data using a machine learning model to determine the at least one numerical characteristic or an intermediate result for determining the at least one numerical characteristic. Machine learning models can efficiently evaluate a variety of different environmental perception data and determine a corresponding numerical characteristic.

Maschinenlern-Verfahren können nicht nur zum Bestimmen der numerischen Kenngröße(n), sondern auch zu deren Verarbeitung verwendet werden. Beispielsweise kann das Bestimmen der Vorhersagegröße ein Verarbeiten der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen mittels eines Maschinenlern-Modells umfassen, das darauf trainiert ist, basierend auf der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen die Müdigkeit des Fahrers vorherzusagen. Dabei kann die Vorhersagegröße auf einer Ausgabe des Maschinenlern-Modells basieren. Durch die Nutzung eines Maschinenlern-Modells können eine Vielzahl von Eingabewerten (wie etwa numerische Kenngrößen) miteinander kombiniert werden, die, in Isolation, nicht ausreichen, um die Müdigkeit vorherzusagen, jedoch in Kombination ausreichend aussagekräftig sind. Hierzu genügt ein sogenanntes Training des Modells, Schwellenwerte für die einzelnen numerischen Kenngrößen müssen nicht notwendigerweise definiert werden.Machine learning methods can be used not only to determine the numerical parameter(s), but also to process them. For example, determining the predictive parameter can involve processing the one or more numerical parameters using a machine learning model that is trained to predict the driver's fatigue based on the one or more numerical parameters. The predictive parameter can be based on an output of the machine learning model. By using a machine learning model, a large number of input values (such as numerical parameters) can be combined. These input values, in isolation, are not sufficient to predict fatigue, but are sufficiently meaningful when combined. For this purpose, so-called training of the model is sufficient; threshold values for the individual numerical parameters do not necessarily have to be defined.

Beispielsweise kann das Maschinenlern-Modell zur Ausgabe der Vorhersagegröße ein Regressor-Maschinenlern-Modell oder ein Klassifikator-Maschinenlern-Modell sein. Regressoren geben einen Wert auf einer Skala aus und sind daher nützlich, wenn nachfolgend Schwellenwerte für die Klassifizierung in „Ermüdet“ und „nicht Ermüdet“ angepasst werden. Klassifikatoren geben direkt Klassifikationen aus, wie etwa „Ermüdet“ und „nicht Ermüdet“, was die zuvor erwähnte Flexibilität der nachfolgenden Anpassung der Schwellenwerte nicht bieten kann. Dafür erleichtern sie das Training das Maschinenlern-Modell, da Klassifikator-Maschinenlern-Modelle in vielen Fällen besser konvergieren und die Angabe der Label als Trainings-Ausgabedaten erleichtert wird (da lediglich Label für die verschiedenen erwünschten Klassifikationen notwendig sind).For example, the machine learning model outputting the predicted variable can be a regressor machine learning model or a classifier machine learning model. Regressors output a value on a scale and are therefore useful when subsequently adjusting thresholds for classification into "fatigued" and "not fatigued." Classifiers directly output classifications, such as "fatigued" and "not fatigued," which cannot offer the aforementioned flexibility of subsequent threshold adjustment. However, they facilitate training the machine learning model, as classifier machine learning models converge better in many cases, and specifying labels as training output data is easier (since only labels for the various desired classifications are required).

In manchen Fällen kann das Bestimmen der Vorhersagegröße ein Vergleichen der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen mit einem oder mehreren Schwellenwerten umfassen. Beispielsweise kann die Vorhersagegröße auf dem Vergleich basieren. Bei der Nutzung von Schwellenwerten sind die Vorhersagen nachvollziehbar, zudem ist die Berechnung der Vorhersagegröße weniger aufwendig als bei Nutzung eines Maschinenlern-Modells vor Vorhersage der Vorhersagegröße. Die Nutzung von Schwellenwerten stößt jedoch bei der Nutzung vieler verschiedener numerischer Kenngrößen, die in Isolation nicht ausreichend aussagekräftig sind, an seine Grenzen.In some cases, determining the predictor may involve comparing one or more numerical metrics with one or more thresholds. For example, the predictor may be based on the comparison. Using thresholds makes predictions more transparent, and calculating the predictor is less complex than using a machine learning model to predict the predictor. However, the use of thresholds reaches its limits when many different numerical metrics are used, which are not sufficiently meaningful in isolation.

Beispielsweise kann das Verfahren ein Verarbeiten der Umgebungswahrnehmungsdaten und/oder von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten mittels eines Maschinenlern-Modells umfassen. Dabei kann das Maschinenlern-Modell darauf trainiert sein, um basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten und/oder von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten als Eingabedaten die Müdigkeit des Fahrers vorherzusagen. Die Vorhersagegröße kann auf einer Ausgabe dieses Maschinenlern-Modells basieren. Hierdurch lässt sich eine Vorhersage implementieren, die unabhängig von numerischen Kenngrößen ist und daher weniger Zwischenschritte benötigt. Andererseits benötigt ein solcher Ansatz ein aufwendiges Training des Maschinenlern-Modells und entsprechend eine große Menge von Trainingsdaten.For example, the method may include processing the environmental perception data and/or data derived from the environmental perception data using a machine learning model. The machine learning model may be trained to predict the driver's fatigue based on the environmental perception data and/or data derived from the environmental perception data as input data. The prediction variable may be based on an output of this machine learning model. This allows for the implementation of a prediction that is independent of numerical parameters and therefore requires fewer intermediate steps. On the other hand, such an approach requires complex training of the machine learning model and a correspondingly large amount of training data.

Ein solches Maschinenlern-Modell kann beispielsweise ferner zusätzliche Sensordaten des Fahrzeugs, die zumindest eine Fahreigenschaft des Fahrzeugs betreffen, wie etwa eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, als weitere Eingabedaten verarbeiten. Durch die Nutzung solcher Eingabedaten kann einerseits die Vorhersagegenauigkeit verbessert werden und andererseits eine schnellere Konvergenz des Modells während des Trainings ermöglicht werden.Such a machine learning model can, for example, further process additional sensor data from the vehicle, which relates to at least one driving characteristic of the vehicle, such as vehicle speed, as additional input data. Using such input data can, on the one hand, improve prediction accuracy and, on the other hand, enable faster convergence of the model during training.

In manchen Fällen können die vorgestellten Ansätze kombiniert werden, indem die eine oder die mehreren numerischen Kenngrößen als weitere Eingabedaten für das Maschinenlern-Modell verwendet werden. So kann das Verfahren ein Bestimmen von einer oder mehreren numerischen Kenngrößen basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten umfassen. Das Maschinenlern-Modell kann ferner die eine numerische Kenngröße oder die mehreren numerischen Kenngrößen als weitere Eingabedaten verarbeiten. Durch die Nutzung der numerischen Kenngröße(n) kann einerseits die Vorhersagegenauigkeit verbessert werden und andererseits eine schnellere Konvergenz des Modells während des Trainings ermöglicht werden.In some cases, the presented approaches can be combined by using the one or more numerical parameters as additional input data for the machine learning model. The method can thus comprise determining one or more numerical parameters based on the environmental perception data. The machine learning model can further process the one numerical parameter or the several numerical parameters as additional input data. By using the numerical parameter(s), on the one hand, the prediction accuracy can be improved and, on the other hand, faster convergence of the model during training can be enabled.

In modernen Fahrzeugen werden Umgebungswahrnehmungsdaten von vielen verschiedenen Systemen verwendet, wie etwa zur Verkehrszeichenerkennung oder zur Implementierung eines Abstandstempomaten. Um den Rechenaufwand zur Vorhersage der Müdigkeit zu reduzieren können Daten, die von diesen Systemen generiert werden, zweckentfremdet werden. So kann das Verfahren ein Verarbeiten der von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten mittels des Maschinenlern-Modells umfassen, wobei die von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten von zumindest einem von einem Abstandsregeltempomaten, einer Verkehrszeichenerkennung und einem Spurhalteassistenten des Fahrzeugs stammen. Hierdurch kann ein zusätzlicher Aufwand für die mehrfache Verarbeitung der Umgebungswahrnehmungsdaten vermieden werden.In modern vehicles, environmental perception data is used by many different systems, such as traffic sign recognition or the implementation of adaptive cruise control. To reduce the computational effort required to predict drowsiness, data generated by these systems can be repurposed. The method can comprise processing the data derived from the environmental perception data using the machine learning model, wherein the data derived from the environmental perception data originates from at least one of the vehicle's adaptive cruise control system, traffic sign recognition, and lane departure warning system. This avoids the additional effort required for multiple processing of the environmental perception data.

Beispielsweise können die Umgebungswahrnehmungsdaten zumindest eines von Kamerasensordaten, Radarsensordaten, Lidarsensordaten, Ultraschallsensordaten, Beschleunigungssensordaten und Audioaufnahmedaten umfassen. Diese Sensoren sind dazu geeignet, um zu beurteilen, wie das Fahrzeug von dem Fahrer innerhalb der Umgebung bewegt wird.For example, the environmental perception data may include at least one of camera sensor data, radar sensor data, lidar sensor data, ultrasonic sensor data, accelerometer data, and audio recording data. These sensors are suitable for assessing how the vehicle is being moved by the driver within the environment.

Die Vorhersagegröße kann eine Klassifizierung einer vorgesagten Müdigkeit des Fahrers in einer von zumindest zwei Klassen umfasst, wie etwa „ermüdet“ und „nicht ermüdet“. Eine solche Vorhersagegröße kann direkt genutzt werden, um zu entscheiden, ob eine Warnung des Fahrers notwendig ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorhersagegröße einen numerischen Wert umfassen. Bei der Ausgabe eines numerischen Werts kann ein im Nachhinein anpassbarer Schwellenwert genutzt werden, um die Müdigkeit des Fahrers zu klassifizieren.The predictive value may include a classification of predicted driver fatigue into one of at least two classes, such as "fatigue" and "not fatigued." Such a predictive value may be used directly to determine whether a driver warning is necessary. Alternatively or additionally, the predictive value may include a numerical value. When outputting a numerical value, a subsequently adjustable threshold may be used to classify driver fatigue.

In machen Fällen kann das Verfahren ferner ein Einschränken einer Funktionalität des Fahrzeugs basierend auf der Vorhersagegröße umfassen. Dies kann die Fahrsicherheit erhöhen, indem der Fahrer gezwungen wird, eine Pause einzulegen oder zumindest auf die Müdigkeit fördernde Assistenzsysteme zu verzichten.In some cases, the method may further include restricting vehicle functionality based on the predicted value. This can increase driving safety by forcing the driver to take a break or at least forgo assistance systems that promote drowsiness.

Müdigkeit des Fahrers ist ein Grund für eine Vielzahl von Unfällen. Dabei sollte die Erkennung der Müdigkeit unabhängig davon ausgeführt werden, ob ein Fahrer auch im nicht-ermüdeten Zustand spät reagiert, nicht in der Mitte der Fahrspur fährt etc. Beispielsweise kann das Bestimmen der Vorhersagegröße unabhängig davon durchgeführt werden, welcher Fahrer das Fahrzeug führt. Entsprechend können Fahrer, die spät reagieren oder generell unaufmerksam fahren eher gewarnt werden, auch wenn sie gegebenenfalls noch nicht ermüdet sind, was eine pädagogische Wirkung entfalten kann und somit mittelfristig die Fahrsicherheit erhöht.Driver fatigue is a cause of many accidents. Driver fatigue detection should be performed regardless of whether a driver reacts late even when not fatigued, is not driving in the center of the lane, etc. For example, the prediction value can be determined regardless of the driver. Accordingly, drivers who react late or are generally inattentive can be warned sooner, even if they may not yet be fatigued. This can have an educational effect and thus increase driving safety in the medium term.

Durch das vorliegende Verfahren kann das Bestimmen der Vorhersagegröße unabhängig von einem Fahrzeugtyp des Fahrzeugs durchgeführt werden. Dies ermöglicht die Nutzung des Verfahrens in einer Vielzahl verschiedener Fahrzeuge, ohne dass eine kostspielige Anpassung an das jeweilige Fahrzeug notwendig ist.Using this method, the prediction variable can be determined independently of the vehicle type. This allows the method to be used in a variety of different vehicles without the need for costly adaptation to the specific vehicle.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, einem Kontrollmodul oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.A further aspect of the present invention relates to a program comprising a program code for performing the method described above when the program code is executed on a computer, a processor, a control module or a programmable hardware component.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, umfassend einen Speicher, maschinenlesbare Instruktionen, und zumindest eine Prozessorschaltung zur Ausführung der maschinenlesbaren Instruktionen zum Ausführen des zuvor beschriebenen Verfahrens.A further aspect of the present invention relates to a device comprising a memory, machine-readable instructions, and at least one processor circuit for executing the machine-readable instructions for carrying out the method described above.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, umfassend diese Vorrichtung.Another aspect of the present invention relates to a vehicle comprising this device.

Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1a zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs;
  • 1b zeigt ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs;
  • 2 zeigt ein Datenflussdiagramm eines Flusses von Daten zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs; und
  • 3 zeigt ein Beispiel eines segmentierten Bilds eines Kamerasensors.
Some examples of devices and/or methods are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. They show:
  • 1a shows a flowchart of a method for predicting fatigue of a driver of a vehicle;
  • 1b shows a schematic diagram of an apparatus for predicting fatigue of a driver of a vehicle;
  • 2 shows a data flow diagram of a flow of data for predicting fatigue of a driver of a vehicle; and
  • 3 shows an example of a segmented image from a camera sensor.

Einige Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.Some examples will now be described in more detail with reference to the accompanying figures. However, further possible examples are not limited to the features of these detailed embodiments.

1a zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Erhalten 110 von Umgebungswahrnehmungsdaten des Fahrzeugs von zumindest einem Umgebungswahrnehmungssensor des Fahrzeugs. Die Umgebungswahrnehmungsdaten repräsentieren zumindest eine Umgebung des Fahrzeugs während der Fahrt. Das Verfahren umfasst ein Verarbeiten 120 der Umgebungswahrnehmungsdaten, um eine Vorhersagegröße zu bestimmen 150, die abbildet, ob der Fahrer des Fahrzeugs ermüdet ist. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen 160 einer Warnung basierend auf der Vorhersagegröße. 1a shows a flowchart of a method for predicting fatigue of a driver of a vehicle. The method comprises a Obtaining 110 environmental perception data of the vehicle from at least one environmental perception sensor of the vehicle. The environmental perception data represents at least one environment of the vehicle while driving. The method includes processing 120 the environmental perception data to determine 150 a predictive value that reflects whether the driver of the vehicle is fatigued. The method includes providing 160 a warning based on the predictive value.

1b zeigt ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung 10 zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung 10 umfasst eine (optionale) Schnittstelle 12, eine Prozessorschaltung 14 und einen Speicher 16, wobei die Prozessorschaltung 14 mit der optionalen Schnittstelle 12 und dem Speicher gekoppelt ist. Die Vorrichtung 10 umfasst ferner maschinenlesbare Instruktionen, etwa einen Programmcode oder ein kompiliertes Computerprogramm. Diese können etwa in dem Speicher 16 gespeichert sein. Die Prozessorschaltung 14 ist ausgebildet zum Ausführen der maschinenlesbaren Instruktionen zum Ausführen des Verfahrens von 1a. Beispielsweise kann die Vorrichtung in einem Fahrzeug verwendet werden. Entsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Fahrzeug mit der Vorrichtung 10. 1b shows a schematic diagram of a device 10 for predicting fatigue of a driver of a vehicle. The device 10 comprises an (optional) interface 12, a processor circuit 14, and a memory 16, wherein the processor circuit 14 is coupled to the optional interface 12 and the memory. The device 10 further comprises machine-readable instructions, such as program code or a compiled computer program. These can be stored, for example, in the memory 16. The processor circuit 14 is configured to execute the machine-readable instructions for carrying out the method of 1a For example, the device can be used in a vehicle. Accordingly, the present invention also relates to a vehicle with the device 10.

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Vorhersage einer Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bezieht sich dabei der Begriff Vorhersage nicht auf eine Vorhersage im zeitlichen Sinn, sondern vielmehr auf eine Vorhersage im Sinne einer Schätzung oder einer Ableitung, da in der vorliegenden Erfindung die Müdigkeit des Fahrers aus Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleitet wird.The present invention relates to predicting the fatigue of a vehicle driver. In the context of the present disclosure, the term "prediction" does not refer to a prediction in the temporal sense, but rather to a prediction in the sense of an estimate or a derivation, since in the present invention, the driver's fatigue is derived from environmental perception data.

Dabei sind Umgebungswahrnehmungsdaten Daten, die zumindest die Umgebung des Fahrzeugs während der Fahrt repräsentieren. Im Allgemeinen werden Umgebungswahrnehmungsdaten von Außensensoren des Fahrzeugs erfasst, d.h. von Sensoren, die die Umgebung außerhalb des Fahrzeugs erfassen. Dazu zählen beispielsweise Kamerasensordaten (zumindest einer nach außen gerichteter Kamera), Radarsensordaten (zumindest eines Radarsensors), Lidarsensordaten (zumindest eines Lidar-Sensors), Ultraschallsensordaten (zumindest eines Ultraschallsensors), Beschleunigungssensordaten (zumindest eines Beschleunigungssensors oder Gyroskops) und Audioaufnahmedaten (eines nach außen gerichteten Mikrofons). Anhand der Umgebungswahrnehmungsdaten kann nun ermittelt werden, wie der Fahrer das Fahrzeug innerhalb der Umgebung fährt, was einen Rückschluss auf die Müdigkeit des Fahrers zulässt. Um ein Beispiel zu geben - driftet der Fahrer von der Mitte des Fahrstreifens ab, bremst spät, oder führt viele Korrekturlenkmanöver aus, ist dies ein Zeichen für Müdigkeit des Fahrers. Hinweise auf ein solches Fahrverhalten ist den Umgebungswahrnehmungsdaten zu entnehmen.Environmental perception data is data that represents at least the vehicle's surroundings while driving. Environmental perception data is generally collected by the vehicle's external sensors, i.e., sensors that detect the environment outside the vehicle. This includes, for example, camera sensor data (at least one outward-facing camera), radar sensor data (at least one radar sensor), lidar sensor data (at least one lidar sensor), ultrasonic sensor data (at least one ultrasonic sensor), accelerometer data (at least one accelerometer or gyroscope), and audio recording data (from an outward-facing microphone). Based on the environmental perception data, it is possible to determine how the driver drives the vehicle within the environment, which allows conclusions to be drawn about the driver's fatigue. To give an example, if the driver drifts from the center of the lane, brakes late, or performs numerous corrective steering maneuvers, this is a sign of driver fatigue. Indications of such driving behavior can be found in the environmental perception data.

Im Folgenden werden anhand von 2 drei mögliche Ansätze vorgestellt, wie eine Vorhersage der Müdigkeit anhand der Umgebungswahrnehmungsdaten vorgenommen werden kann. 2 zeigt ein Datenflussdiagramm eines Flusses von Daten zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs. In 2 sind die Umgebungssensoren 210 gezeigt, die die Umgebungswahrnehmungsdaten 215 bereitstellen. Die Umgebungswahrnehmungsdaten können zusätzlich durch ein oder mehrere weitere Fahrzeugsysteme 220, wie etwa einen Abstandsregeltempomaten, eine Verkehrszeichenerkennung oder einen Spurhalteassistenten verarbeitet werden, die von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleitete Daten 225 bereitstellen. Ferner können ein oder mehrere zusätzliche Sensoren 230, wie etwa ein Geschwindigkeitssensor, verwendet werden, um zusätzliche Sensordaten 235 bereitzustellen. In einem ersten Ansatz werden die Umgebungswahrnehmungsdaten 215 bzw. davon abgeleitete numerische Kenngrößen 245 mit Schwellenwerten verglichen, um die Vorhersagegröße 270 zu bestimmen. In einem zweiten Ansatz werden die Umgebungswahrnehmungsdaten 215, etwa unter Zuhilfenahme eines ersten Maschinenlern-Modells 240, in numerische Kenngrößen überführt, welche wiederum durch ein zweites Maschinenlern-Modell 250 verarbeitet werden. Die Ausgabe des zweiten Maschinenlern-Modells wird wiederum zur Bestimmung der Vorhersagegröße genutzt. In einem dritten Ansatz werden die Umgebungswahrnehmungsdaten 215 und/oder die von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleitete Daten 225 und optional die numerischen Kenngrößen und/oder die zusätzlichen Sensordaten 235 durch ein drittes Maschinenlern-Modell 260 verarbeitet. Die Ausgabe des dritten Maschinenlern-Modells 260 wird nun wiederum zur Bestimmung der Vorhersagegröße genutzt. In diesem Zusammenhang wurde der Term „Vorhersagegröße“ gewählt, da die Vorhersagegröße eine Vorhersage über die Müdigkeit (oder nicht-Müdigkeit) des Fahrers repräsentiert. Die zuvor genannten drei Ansätze werden im Folgenden erläutert.In the following, 2 Three possible approaches are presented to predict fatigue based on environmental perception data. 2 shows a data flow diagram of a flow of data for predicting fatigue of a driver of a vehicle. In 2 The environmental sensors 210 are shown, which provide the environmental perception data 215. The environmental perception data can additionally be processed by one or more other vehicle systems 220, such as an adaptive cruise control system, traffic sign recognition, or a lane departure warning system, which provide data 225 derived from the environmental perception data. Furthermore, one or more additional sensors 230, such as a speed sensor, can be used to provide additional sensor data 235. In a first approach, the environmental perception data 215 or numerical parameters 245 derived therefrom are compared with threshold values to determine the predictive variable 270. In a second approach, the environmental perception data 215 are converted into numerical parameters, for example with the aid of a first machine learning model 240, which are in turn processed by a second machine learning model 250. The output of the second machine learning model is in turn used to determine the predictive variable. In a third approach, the environmental perception data 215 and/or the data 225 derived from the environmental perception data, and optionally the numerical parameters and/or the additional sensor data 235, are processed by a third machine learning model 260. The output of the third machine learning model 260 is then used to determine the predictive variable. In this context, the term "predictive variable" was chosen because the predictive variable represents a prediction of the driver's fatigue (or lack of fatigue). The aforementioned three approaches are explained below.

Der erste Ansatz basiert darauf, dass numerische Kenngrößen anhand der Umgebungswahrnehmungsdaten bestimmt werden und diese dann mit Schwellenwerten verglichen werden. Entsprechend umfasst das Verfahren in diesem Ansatz ein Bestimmen 130 von einer oder mehreren numerischen Kenngrößen basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten, und ein Bestimmen der Vorhersagegröße basierend auf der einen oder den mehreren numerischen Kenngrößen. Dabei können die eine oder die mehreren numerischen Kenngrößen zumindest eines von eine numerische Kenngröße über ein Fahren des Fahrzeugs in einem Mittelbereich der Fahrspur, eine numerische Kenngröße über eine Verzögerung zwischen einem Abbremsen eines vorausfahrenden Fahrzeugs und einem Abbremsen des durch den Fahrer gefahrenen Fahrzeugs, eine numerische Kenngröße über eine Bremsintensität, eine numerische Kenngröße über eine Lenkintensität und eine numerische Kenngröße über eine Abweichung zwischen einer optimalen Lenktrajektorie und einer tatsächlichen Lenktrajektorie in einer Kurve umfassen. Zumindest manche dieser Kenngrößen können beispielsweise mittels maschinellen Lernens bestimmt werden. In anderen Worten kann das Bestimmen 130 zumindest einer numerischen Kenngröße ein Verarbeiten zumindest eines Teils der Umgebungswahrnehmungsdaten mittels des ersten Maschinenlern-Modells 240 umfassen, um die zumindest eine numerische Kenngröße oder ein Zwischenergebnis zur Bestimmung der zumindest einen numerischen Kenngröße zu bestimmen. Dies wird im Folgenden kurz für einige der zuvor genannten numerischen Kenngrößen ausgeführt.The first approach is based on determining numerical parameters based on the environmental perception data and then comparing these with threshold values. Accordingly, the method in this approach comprises determining 130 one or more numerical parameters based on the environmental perception data, and determining the predicted value based on the one or more several numerical parameters. The one or more numerical parameters can comprise at least one of a numerical parameter relating to the vehicle's travel in a central region of the lane, a numerical parameter relating to a deceleration between a braking of a vehicle traveling ahead and a braking of the vehicle driven by the driver, a numerical parameter relating to a braking intensity, a numerical parameter relating to a steering intensity, and a numerical parameter relating to a deviation between an optimal steering trajectory and an actual steering trajectory in a curve. At least some of these parameters can be determined, for example, using machine learning. In other words, determining 130 at least one numerical parameter can comprise processing at least a portion of the environmental perception data using the first machine learning model 240 to determine the at least one numerical parameter or an intermediate result for determining the at least one numerical parameter. This is briefly explained below for some of the aforementioned numerical parameters.

Zuvor wird jedoch kurz auf maschinelles Lernen an sich eingegangen. Maschinelles Lernen bezieht sich auf Algorithmen und statistische Modelle, die Computersysteme verwenden können, um eine bestimmte Aufgabe ohne Verwendung expliziter Anweisungen auszuführen, anstatt sich auf Modelle und Inferenz zu verlassen. Beim maschinellen Lernen kann beispielsweise anstatt einer auf Regeln basierenden Transformation von Daten, eine Transformation von Daten verwendet werden, die aus einer Analyse von Verlaufs- und/oder Trainings-Daten hergeleitet werden kann. Beispielsweise kann der Inhalt von Bildern unter Verwendung eines Maschinenlern-Modells oder unter Verwendung eines Maschinenlern-Algorithmus analysiert werden. Damit das Maschinenlern-Modell den Inhalt eines Bildes analysieren kann, kann das Maschinenlern-Modell unter Verwendung von Trainingsbildern als Eingabe und Trainingsinhaltsinformation als Ausgabe trainiert werden. Durch Trainieren des Maschinenlern-Modells mit einer großen Anzahl von Trainingsbildern und/oder Trainingssequenzen (z. B. Wörtern oder Sätzen) und zugeordneter Trainingsinhaltsinformation (z. B. Kennzeichnungen oder Anmerkungen) „lernt“ das Maschinenlern-Modell, den Inhalt der Bilder zu erkennen, sodass der Inhalt von Bildern, die in den Trainingsdaten nicht umfasst sind, unter Verwendung des Maschinenlern-Modells erkannt werden kann. Das gleiche Prinzip kann für andere Arten von Sensordaten ebenfalls verwendet werden: Durch Trainieren eines Maschinenlern-Modells unter Verwendung von Trainingssensordaten und einer erwünschten Ausgabe „lernt“ das Maschinenlern-Modell eine Umwandlung zwischen den Sensordaten und der Ausgabe, was verwendet werden kann, um eine Ausgabe basierend auf an das Maschinenlern-Modell bereitgestellten Nicht-Trainings-Sensordaten bereitzustellen. Die bereitgestellten Daten (z.B. Sensordaten, Metadaten und/oder Bilddaten) können vorverarbeitet werden, um einen Merkmalsvektor zu erhalten, welcher als Eingang für das Maschinenlern-Modell verwendet wird.Before that, however, we will briefly discuss machine learning itself. Machine learning refers to algorithms and statistical models that computer systems can use to perform a specific task without using explicit instructions, instead of relying on models and inference. For example, instead of a rule-based transformation of data, machine learning can use a transformation of data that can be derived from an analysis of historical and/or training data. For example, the content of images can be analyzed using a machine learning model or using a machine learning algorithm. In order for the machine learning model to analyze the content of an image, the machine learning model can be trained using training images as input and training content information as output. By training the machine learning model with a large number of training images and/or training sequences (e.g., words or sentences) and associated training content information (e.g., labels or annotations), the machine learning model "learns" to recognize the content of the images, allowing the content of images not included in the training data to be recognized using the machine learning model. The same principle can be used for other types of sensor data as well: By training a machine learning model using training sensor data and a desired output, the machine learning model "learns" a conversion between the sensor data and the output, which can be used to provide an output based on non-training sensor data provided to the machine learning model. The provided data (e.g., sensor data, metadata, and/or image data) can be preprocessed to obtain a feature vector, which is used as input to the machine learning model.

Maschinenlern-Modelle, wie etwa das erste, zweite und dritte Maschinenlern-Modell, können unter Verwendung von Trainingseingabedaten trainiert werden. Die oben angeführten Beispiele verwenden ein Trainingsverfahren, das „Supervised Learning“ (Überwachtes Lernen) genannt wird. Beim Supervised Learning wird das Maschinenlern-Modell unter Verwendung einer Mehrzahl von Trainingsabtastwerten (engl. training samples) trainiert, wobei jeder Abtastwert ein oder mehrere Eingabewerte (auch Trainings-Eingabedaten genannt) und eine Mehrzahl von erwünschten Ausgabewerten, d. h. jedem Trainingsabtastwert ist ein erwünschter Ausgabewert (auch Trainings-Ausgabedatum genannt) zugeordnet, umfassen kann. Durch Angeben sowohl von Trainingseingabewerten als auch erwünschten Ausgabewerten „lernt“ das Maschinenlern-Modell, welcher Ausgabewert basierend auf einem Eingabewert, der ähnlich zu den während des Trainings bereitgestellten Eingabewerten ist, bereitzustellen ist. Neben dem Supervised Learning kann auch Semi-Supervised Learning verwendet werden. Beim Semi-Supervised Learning fehlt einigen der Trainingsabtastwerte ein erwünschter Ausgabewert.Machine learning models, such as the first, second, and third machine learning models, can be trained using training input data. The examples above use a training method called supervised learning. In supervised learning, the machine learning model is trained using a plurality of training samples, where each sample can include one or more input values (also called training input data) and a plurality of desired output values, i.e., each training sample is associated with a desired output value (also called training output data). By specifying both training input values and desired output values, the machine learning model "learns" which output value to provide based on an input value that is similar to the input values provided during training. In addition to supervised learning, semi-supervised learning can also be used. In semi-supervised learning, some of the training samples lack a desired output value.

Supervised Learning basiert im Allgemeinen auf einem Supervised Learning-Algorithmus (z. B. einem Klassifizierungsalgorithmus, einem Regressionsalgorithmus oder einem Ähnlichkeitslernen-Algorithmus). Klassifizierungsalgorithmen können verwendet werden, wenn die Ausgaben auf eine begrenzte Menge von Werten (kategorische Variablen) beschränkt sind, d. h. die Eingabe ist als einer aus dem begrenzten Satz von Werten klassifiziert. Regressionsalgorithmen können verwendet werden, wenn die Ausgaben irgendeinen Zahlenwert (innerhalb eines Bereichs) ausweisen. Ähnlichkeitslernen-Algorithmen können sowohl Klassifizierungs- als auch Regressionsalgorithmen ähnlich sein, basieren aber auf dem Lernen aus Beispielen unter Verwendung einer Ähnlichkeitsfunktion, die misst, wie ähnlich oder verwandt zwei Objekte sind.Supervised learning is generally based on a supervised learning algorithm (e.g., a classification algorithm, a regression algorithm, or a similarity learning algorithm). Classification algorithms can be used when the outputs are restricted to a limited set of values (categorical variables), meaning the input is classified as one of the limited set of values. Regression algorithms can be used when the outputs indicate any numerical value (within a range). Similarity learning algorithms can be similar to both classification and regression algorithms, but are based on learning from examples using a similarity function that measures how similar or related two objects are.

Neben dem Supervised Learning oder Semi-Supervised Learning kann Unsupervised Learning verwendet werden, um das Maschinenlern-Modell zu trainieren. Beim Unsupervised Learning werden möglicherweise (nur) Eingabedaten bereitgestellt und ein Unsupervised Learning-Algorithmus kann verwendet werden, um eine Struktur in den Eingabedaten zu finden (z. B. durch Gruppieren oder Clustern der Eingabedaten, Finden von Gemeinsamkeiten in den Daten). Clustern ist die Zuweisung von Eingabedaten, die eine Mehrzahl von Eingabewerten umfassen, in Teilmengen (Cluster), sodass Eingabewerte innerhalb desselben Clusters gemäß einem oder mehreren (vordefinierten) Ähnlichkeitskriterien ähnlich sind, während sie Eingabewerten, die in anderen Clustern umfasst sind, unähnlich sind.In addition to supervised learning or semi-supervised learning, unsupervised learning can be used to train the machine learning model. In unsupervised learning, (only) input data may be provided and an unsupervised learning algorithm can used to find structure in the input data (e.g., by grouping or clustering the input data, finding commonalities in the data). Clustering is the assignment of input data comprising a plurality of input values into subsets (clusters) such that input values within the same cluster are similar according to one or more (predefined) similarity criteria, while they are dissimilar to input values comprised in other clusters.

Verstärkendes Lernen ist eine dritte Gruppe von Maschinenlern-Algorithmen. Anders ausgedrückt, verstärkendes Lernen kann verwendet werden, um das Maschinenlern-Modell zu trainieren. Beim verstärkenden Lernen werden ein oder mehrere Software-Akteure (sogenannte „Software Agents“) trainiert, um Handlungen in einer Umgebung vorzunehmen. Basierend auf den vorgenommenen Handlungen wird eine Belohnung berechnet. Verstärkendes Lernen basiert auf dem Trainieren des einen oder der mehreren Software Agents, um die Handlungen auszuwählen, derart, dass die kumulative Belohnung erhöht wird, was zu Software Agents führt, die in der Aufgabe, die ihnen gegeben wird, besser werden (wie durch steigende Belohnungen nachgewiesen).Reinforcement learning is a third group of machine learning algorithms. In other words, reinforcement learning can be used to train the machine learning model. In reinforcement learning, one or more software agents are trained to perform actions in an environment. A reward is calculated based on the actions performed. Reinforcement learning is based on training the one or more software agents to select actions in such a way that the cumulative reward is increased, resulting in software agents that become better at the task given to them (as evidenced by increasing rewards).

Maschinenlern-Algorithmen basieren normalerweise auf einem Maschinenlern-Modell. Anders ausgedrückt, der Begriff „Maschinenlern-Algorithmus“ kann einen Satz von Anweisungen bezeichnen, die verwendet werden können, um ein Maschinenlern-Modell zu erstellen, zu trainieren oder zu verwenden. Der Begriff „Maschinenlern-Modell“ kann eine Datenstruktur und/oder einen Satz von Regeln bezeichnen, die/der das erlernte Wissen darstellt (z. B. basierend auf dem durch den Maschinenlern-Algorithmus ausgeführten Training). Bei Ausführungsbeispielen kann die Verwendung eines Maschinenlern-Algorithmus die Verwendung eines zugrundeliegenden Maschinenlern-Modells (oder einer Mehrzahl von zugrundeliegenden Maschinenlern-Modellen) implizieren. Die Verwendung eines Maschinenlern-Modells kann implizieren, dass das Maschinenlern-Modell und/oder die Datenstruktur/der Satz von Regeln, welche das Maschinenlern-Modell ist/sind, durch einen Maschinenlern-Algorithmus trainiert wird.Machine learning algorithms are typically based on a machine learning model. In other words, the term "machine learning algorithm" may refer to a set of instructions that can be used to create, train, or use a machine learning model. The term "machine learning model" may refer to a data structure and/or a set of rules that represents the learned knowledge (e.g., based on the training performed by the machine learning algorithm). In embodiments, the use of a machine learning algorithm may imply the use of an underlying machine learning model (or a plurality of underlying machine learning models). The use of a machine learning model may imply that the machine learning model and/or the data structure/set of rules that is/are the machine learning model is trained by a machine learning algorithm.

Beispielsweise kann das Maschinenlern-Modell, wie etwa das erste, zweite und dritte Maschinenlern-Modell, ein künstliches neuronales Netz (ANN; artificial neural network) sein. ANNs sind Systeme, die durch biologische neuronale Netze inspiriert sind, wie sie in einer Netzhaut oder einem Gehirn zu finden sind. ANNs umfassen eine Mehrzahl von zwischenverbundenen Knoten und eine Mehrzahl von Verbindungen, sogenannte Kanten (edges), zwischen den Knoten. Es gibt normalerweise drei Knotentypen, Eingabeknoten, die Eingabewerte empfangen, versteckte Knoten, die (nur) mit anderen Knoten verbunden sind, und Ausgabeknoten, die Ausgabewerte bereitstellen. Jeder Knoten kann ein künstliches Neuron darstellen. Jede Kante kann Information senden, von einem Knoten zum anderen. Die Ausgabe eines Knoten kann als eine (nichtlineare) Funktion der Eingaben definiert sein (z.B. der Summe seiner Eingaben). Die Eingaben eines Knoten können in der Funktion basierend auf einem „Gewicht“ der Kante oder des Knoten, der die Eingabe bereitstellt, verwendet werden. Das Gewicht von Knoten und/oder von Kanten kann in dem Lernprozess angepasst werden. Anders ausgedrückt, das Training eines künstlichen neuronalen Netzes kann ein Anpassen der Gewichte der Knoten und/oder Kanten des künstlichen neuronalen Netzes umfassen, d. h. um eine erwünschte Ausgabe für eine bestimmte Eingabe zu erreichen. Sind ein oder mehrere Ebenen mit versteckten Knoten vorhanden, dann spricht man auch von einem tiefen neuronalen Netz (engl. deep neural network). Das vorliegend verwendete Maschinenlern-Modell kann ein künstliches neuronales Netz, und insbesondere ein tiefes neuronales Netz sein.For example, the machine learning model, such as the first, second, and third machine learning models, can be an artificial neural network (ANN). ANNs are systems inspired by biological neural networks, such as those found in a retina or brain. ANNs comprise a plurality of interconnected nodes and a plurality of connections, called edges, between the nodes. There are typically three types of nodes: input nodes that receive input values, hidden nodes that are connected (only) to other nodes, and output nodes that provide output values. Each node can represent an artificial neuron. Each edge can send information from one node to another. The output of a node can be defined as a (nonlinear) function of the inputs (e.g., the sum of its inputs). The inputs of a node can be used in the function based on a "weight" of the edge or the node providing the input. The weight of nodes and/or edges can be adjusted during the learning process. In other words, training an artificial neural network may involve adjusting the weights of the nodes and/or edges of the artificial neural network, i.e., to achieve a desired output for a given input. If one or more layers of hidden nodes are present, it is also referred to as a deep neural network. The machine learning model used here may be an artificial neural network, and in particular, a deep neural network.

Im vorliegenden Fall wird das erste Maschinenlern-Modell zum Verarbeiten zumindest eines Teils der Umgebungswahrnehmungsdaten, um die zumindest eine numerische Kenngröße oder ein Zwischenergebnis zur Bestimmung der zumindest einen numerischen Kenngröße zu bestimmen, genutzt. Das erste Maschinenlern-Modell ist daher darauf trainiert, um die Umgebungswahrnehmungsdaten als Eingabedaten zu verwenden und basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten als Eingabedaten die zumindest eine numerische Kenngröße oder ein Zwischenergebnis zur Bestimmung der zumindest einen numerischen Kenngröße zu bestimmen. Dabei werden vorzugsweise verschiedene erste Maschinenlern-Modelle genutzt, wenn verschiedene numerische Kenngrößen bestimmt werden sollen.In the present case, the first machine learning model is used to process at least a portion of the environmental perception data in order to determine the at least one numerical characteristic or an intermediate result for determining the at least one numerical characteristic. The first machine learning model is therefore trained to use the environmental perception data as input data and, based on the environmental perception data as input data, to determine the at least one numerical characteristic or an intermediate result for determining the at least one numerical characteristic. Preferably, different first machine learning models are used if different numerical characteristics are to be determined.

Um ein Beispiel zu geben - zur Bestimmung der numerischen Kenngröße über ein Fahren des Fahrzeugs in einem Mittelbereich der Fahrspur kann das Maschinenlern-Modell trainiert sein, um eine Bildsegmentierung von Kamerasensordaten durchzuführen. Solche Maschinenlern-Modelle sind bekannt und weit verbreitet, weshalb im Folgenden auf das Training eines solchen Modells nicht weiter eingegangen wird. Aus der Bildsegmentierung können nun die Bildkoordinaten einer aktuellen Fahrspur des Fahrzeugs ermittelt werden. Ist bekannt, welche x-Koordinaten des Bildes der lateralen Mitte des Fahrzeugs entsprechen, so kann basierend auf den Bildkoordinaten einer aktuellen Fahrspur des Fahrzeugs ermittelt werden, ob das Fahrzeug in der Mitte der Fahrspur fährt, und eine numerische Kenngröße einer Abweichung von der Mitte der Fahrspur berechnet werden. Ähnlich kann die numerische Kenngröße über die Abweichung zwischen der optimalen Lenktrajektorie und der tatsächlichen Lenktrajektorie in einer Kurve bestimmt werden, indem die Abweichung zwischen den x-Koordinaten der lateralen Mitte des Fahrzeugs und den x-Koordinaten der Mitte der Fahrbahn, die der optimalen Lenktrajektorie entspricht, bestimmt und quantifiziert wird.To give an example - to determine the numerical parameter about the vehicle driving in the middle of the lane, the machine learning model can be trained to perform image segmentation of camera sensor data. Such machine learning models are well known and widespread, which is why the training of such a model will not be discussed further below. From the image segmentation, the image coordinates of a vehicle's current lane can now be determined. If it is known which x-coordinates of the image correspond to the lateral center of the vehicle, it can be determined based on the image coordinates of a vehicle's current lane whether the vehicle is driving in the middle of the lane, and a numerical parameter The magnitude of a deviation from the center of the lane can be calculated. Similarly, the numerical parameter for the deviation between the optimal steering trajectory and the actual steering trajectory in a curve can be determined by determining and quantifying the deviation between the x-coordinates of the lateral center of the vehicle and the x-coordinates of the center of the roadway, which corresponds to the optimal steering trajectory.

In einem weiteren Beispiel kann die numerische Kenngröße über die Verzögerung zwischen dem Abbremsen eines vorausfahrenden Fahrzeugs und dem Abbremsen des durch den Fahrer gefahrenen Fahrzeugs kann das erste Maschinenlern-Modell darauf trainiert sein, basierend auf Kamera-, Radar-, Lidar- und/oder Ultraschallsensordaten und/oder Daten eines Beschleunigungssensor (für das eigene Fahrzeug) zu bestimmen, ob bzw. wann das vorausfahrende Fahrzeug bremst. Dazu kann das erste Maschinenlern-Modell beispielsweise mittels Supervised Learning trainiert werden, wobei die jeweiligen Umgebungswahrnehmungsdaten als Trainingseingabedaten und eine Klassifizierung „vorausfahrendes Fahrzeug bremst“ oder „vorausfahrendes Fahrzeug bremst nicht“ als Trainingsausgabedaten verwendet werden. Zudem kann basierend auf den Kamera-, Radar-, Lidar- und/oder Ultraschallsensordaten und/oder Daten eines Beschleunigungssensor bestimmt werden, ob bzw. wann das eigene Fahrzeug bremst. Die Verzögerung zwischen den Bremsvorgängen kann zur Bestimmung der numerischen Kenngröße verwendet werden. Die numerische Kenngröße über die Bremsintensität kann wiederum direkt aus den Sensordaten des Beschleunigungssensors abgeleitet werden oder mittels des ersten Maschinenlern-Modells aus den Kamerasensordaten abgeleitet werden. Die numerische Kenngröße über die Lenkintensität kann ebenfalls aus den Sensordaten des Beschleunigungssensors abgeleitet werden oder mittels des ersten Maschinenlern-Modells aus den Kamerasensordaten abgeleitet werden.In another example, the numerical parameter can be based on the delay between the braking of a vehicle in front and the braking of the vehicle driven by the driver. The first machine learning model can be trained to determine whether or when the vehicle in front brakes based on camera, radar, lidar and/or ultrasonic sensor data and/or data from an acceleration sensor (for the own vehicle). To this end, the first machine learning model can be trained, for example, using supervised learning, with the respective environmental perception data being used as training input data and a classification of “vehicle in front brakes” or “vehicle in front does not brake” being used as training output data. In addition, it can be determined whether or when the own vehicle brakes based on the camera, radar, lidar and/or ultrasonic sensor data and/or data from an acceleration sensor. The delay between braking events can be used to determine the numerical parameter. The numerical parameter for braking intensity can be derived directly from the accelerometer data or from the camera sensor data using the first machine learning model. The numerical parameter for steering intensity can also be derived from the accelerometer data or from the camera sensor data using the first machine learning model.

In dem ersten Ansatz werden die eine oder die mehreren numerischen Kenngrößen dann mit einem oder mehreren Schwellenwerten verglichen, um vorherzusagen, ob der Fahrer ermüdet ist. Entsprechend kann, wie in 1a ferner gezeigt ist, das Bestimmen 150 der Vorhersagegröße ein Vergleichen der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen mit einem oder mehreren Schwellenwerten umfassen, wobei die Vorhersagegröße auf dem Vergleich basiert. Dabei kann der Vergleich genutzt werden, um zwischen den Fahrerzuständen „ermüdet“ und „nicht ermüdet“ zu entscheiden. Entsprechend kann auch die die Vorhersagegröße eine Klassifizierung einer vorgesagten Müdigkeit des Fahrers in einer von zumindest zwei Klassen, nämlich „ermüdet“ und „nicht ermüdet“ umfassen.In the first approach, the one or more numerical parameters are then compared with one or more threshold values to predict whether the driver is fatigued. Accordingly, as in 1a As further shown, determining 150 the predictive value may comprise comparing the one or more numerical characteristic values with one or more threshold values, wherein the predictive value is based on the comparison. The comparison may be used to distinguish between the driver states of "fatigue" and "not fatigued." Accordingly, the predictive value may also comprise classifying a predicted fatigue of the driver into one of at least two classes, namely "fatigue" and "not fatigued."

In dem zweiten Ansatz werden ebenfalls die eine oder die mehreren numerischen Kenngrößen genutzt, um die Vorhersagegröße zu bestimmen. In diesem Fall wird jedoch anstelle (oder zusätzlich zu) dem einen oder den mehreren Schwellenwerten das zweite Maschinenlern-Modell 250 verwendet, um die Vorhersagegröße zu bestimmen. Entsprechend kann das Bestimmen 150 der Vorhersagegröße ein Verarbeiten der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen mittels des zweiten Maschinenlern-Modells umfassen. Dabei kann das zweite Maschinenlern-Modell darauf trainiert sein, basierend auf der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen die Müdigkeit des Fahrers vorherzusagen. Entsprechend kann die Vorhersagegröße auf einer Ausgabe des Maschinenlern-Modells basieren. Abhängig davon, ob das zweite Maschinenlern-Modell ein Regressor-Maschinenlern-Modell oder ein Klassifikator-Maschinenlern-Modell ist, kann dabei ein Training des Maschinenlern-Modells erfolgen. In beiden Fällen kann Supervised Learning genutzt werden, um das zweite Maschinenlern-Modell zu trainieren. Als Trainings-Eingabedaten können Samples mit Sätzen von einem oder mehreren numerischen Kenngrößen verwendet werden. Als Trainings-Ausgabedaten können, im Falle eines Klassifikators, entsprechende Label verwendet werden, die anzeigen, ob der Fahrer ermüdet ist oder nicht. Im Falle eines Regressors können Trainings-Ausgabedaten werden, die auf einer Skala (etwa zwischen 0 und 1) anzeigen, wie ermüdet der Fahrer ist. Die jeweiligen Trainings-Ausgabedaten können beispielsweise basierend auf einer Selbstauskunft von einem oder mehreren Testfahrern oder basierend auf einer Ausgabe eines anderen Müdigkeits-Vorhersagesystems definiert werden, etwa basierend auf der Ausgabe eines Müdigkeits-Vorhersagesystems, das mittels einer Kamera die Aufmerksamkeit, und damit Müdigkeit, des Fahrers überwacht. So können beispielsweise während Testfahrten entsprechende numerische Kenngrößen (als Trainings-Eingabedaten) und Trainings-Ausgabedaten für das Training des zweiten Maschinenlern-Modells generiert werden. Entsprechend der Art und Training des zweiten Maschinenlern-Modells (Regressor oder Klassifikator) kann die Vorhersagegröße eine Klassifizierung der vorgesagten Müdigkeit des Fahrers in einer von zumindest zwei Klassen oder einen numerischen Wert umfassen.In the second approach, the one or more numerical parameters are also used to determine the predictive value. In this case, however, instead of (or in addition to) the one or more threshold values, the second machine learning model 250 is used to determine the predictive value. Accordingly, determining 150 the predictive value can comprise processing the one or more numerical parameters using the second machine learning model. The second machine learning model can be trained to predict the driver's fatigue based on the one or more numerical parameters. Accordingly, the predictive value can be based on an output of the machine learning model. Depending on whether the second machine learning model is a regressor machine learning model or a classifier machine learning model, training of the machine learning model can take place. In both cases, supervised learning can be used to train the second machine learning model. Samples with sets of one or more numerical parameters can be used as training input data. In the case of a classifier, appropriate labels can be used as training output data to indicate whether the driver is fatigued or not. In the case of a regressor, training output data can be used to indicate the driver's fatigue on a scale (approximately between 0 and 1). The respective training output data can be defined, for example, based on self-reporting by one or more test drivers or based on the output of another fatigue prediction system, such as the output of a fatigue prediction system that uses a camera to monitor the driver's attention, and thus fatigue. For example, during test drives, corresponding numerical parameters (as training input data) and training output data for training the second machine learning model can be generated. Depending on the type and training of the second machine learning model (regressor or classifier), the prediction variable can include a classification of the predicted driver fatigue into one of at least two classes or a numerical value.

In dem dritten Ansatz werden die Umgebungswahrnehmungsdaten und/oder von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten direkt durch das dritte Maschinenlern-Modell verarbeitet, das darauf trainiert ist, eine Vorhersage über die Müdigkeit des Fahrers auszugeben. Entsprechend kann das Verfahren ein Verarbeiten 140 der Umgebungswahrnehmungsdaten und/oder der von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten mittels des dritten Maschinenlern-Modells 260 umfassen. Das dritte Maschinenlern-Modell ist nun darauf trainiert, basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten und/oder von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten als Eingabedaten die Müdigkeit des Fahrers vorherzusagen. Entsprechend kann die Vorhersagegröße auf einer Ausgabe des Maschinenlern-Modells basieren. Werden neben oder anstatt der Umgebungswahrnehmungsdaten die von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten 225 mittels des Maschinenlern-Modells verarbeitet, kann die Erzeugung der von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten durch andere Fahrzeugsysteme des Fahrzeugs erfolgen, die diese Aufgabe zur Erfüllung ihrer jeweiligen Funktionalität bereits durchführen. So können die von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten von zumindest einem von einem Abstandsregeltempomaten, einer Verkehrszeichenerkennung und einem Spurhalteassistenten (etc.) des Fahrzeugs stammen. Die von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten können beispielsweise bereits mittels Bildsegmentierung segmentierte Daten oder Objektlisten von in den Bildern oder Radar/Lidar-Sensordaten enthalten.In the third approach, the environmental perception data and/or data derived from the environmental perception data are processed directly by the third machine learning model, which is trained to output a prediction of the driver's fatigue. Accordingly, the method may include processing 140 the environmental perception data and/or the data derived from the environmental perception data using the third machine learning model 260. The third machine learning model is now trained to predict the driver's fatigue based on the environmental perception data and/or data derived from the environmental perception data as input data. Accordingly, the prediction variable may be based on an output of the machine learning model. If, in addition to or instead of the environmental perception data, the data 225 derived from the environmental perception data is processed using the machine learning model, the data derived from the environmental perception data may be generated by other vehicle systems of the vehicle that already perform this task to fulfill their respective functionality. Thus, the data derived from the environmental perception data may originate from at least one of an adaptive cruise control system, a traffic sign recognition system, and a lane departure warning system (etc.) of the vehicle. The data derived from the environmental perception data may, for example, contain data already segmented using image segmentation or object lists from the images or radar/lidar sensor data.

Das dritte Maschinenlern-Modell kann ferner weitere Eingabedaten aufnehmen, um einerseits die Präzision der Vorhersage zu verbessern und andererseits die Konvergenz während des Trainings zu unterstützen. So kann das dritte Maschinenlern-Modell ferner zusätzliche Sensordaten 235 des Fahrzeugs, die zumindest eine Fahreigenschaft des Fahrzeugs betreffen, wie etwa eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ein Lenkwinkel, eine Bremswirkung, eine Rekuperationswirkung etc., als weitere Eingabedaten verarbeiten. Zusätzlich (oder alternativ dazu) kann das dritte Maschinenlern-Modell ferner die eine numerische Kenngröße oder die mehreren numerischen Kenngrößen 245 als weitere Eingabedaten verarbeiten.The third machine learning model can further receive additional input data to improve the precision of the prediction and to support convergence during training. Thus, the third machine learning model can further process additional sensor data 235 of the vehicle relating to at least one driving characteristic of the vehicle, such as a vehicle speed, a steering angle, a braking effect, a recuperation effect, etc., as additional input data. Additionally (or alternatively), the third machine learning model can further process the one or more numerical parameters 245 as additional input data.

Das Training erfolgt ähnlich dem Training des zweiten Maschinenlern-Modells, wobei in diesem Fall die Trainings-Eingabedaten die jeweils im produktivbetrieb genutzten Daten (Umgebungswahrnehmungsdaten, von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleitete Daten, zusätzliche Sensordaten, und oder numerische Kenngröße(n)) verwendet werden und als Trainings-Ausgabedaten dieselben Trainings-Ausgabedaten genutzt werden, die zuvor für das zweite Maschinenlern-Modell 250 genannt wurden. Da im Falle des dritten Maschinenlern-Modells teilweise auch die Ausgabe von weiteren Maschinenlern-Modellen und Verarbeitungsschritten verwendet wird (wie etwa von den weiteren Fahrzeugkomponente(n) 220) oder des ersten Maschinenlern-Modells 240, kann in diesem Fall ein Ende-zu-Ende-Training durchgeführt werden, in dem ausgehend von den Umgebungswahrnehmungsdaten und den zusätzlichen Sensordaten die gesamte Pipeline einbezogen wird. Dabei können die Gewichtungen der anderen Maschinenlern-Modelle beispielsweise eingefroren werden, um ungewollte Veränderungen zu vermeiden. Entsprechend der Art und Training des dritten Maschinenlern-Modells (Regressor oder Klassifikator) kann auch hier die Vorhersagegröße eine Klassifizierung der vorgesagten Müdigkeit des Fahrers in einer von zumindest zwei Klassen oder einen numerischen Wert umfassen.Training is similar to the training of the second machine learning model, whereby in this case the training input data is the data used in production operation (environmental perception data, data derived from the environmental perception data, additional sensor data, and/or numerical parameter(s)), and the same training output data that were previously mentioned for the second machine learning model 250 are used as training output data. Since in the case of the third machine learning model, the output of other machine learning models and processing steps is also partially used (such as from the additional vehicle component(s) 220) or the first machine learning model 240, end-to-end training can be carried out in this case, in which the entire pipeline is included, starting from the environmental perception data and the additional sensor data. The weightings of the other machine learning models can, for example, be frozen to avoid unwanted changes. Depending on the type and training of the third machine learning model (regressor or classifier), the predictive variable can also include a classification of the predicted driver fatigue into one of at least two classes or a numerical value.

Ausgehend von der Vorhersagegröße, die anzeigt ob (im Falle einer Klassifizierung) bzw. zu welchem Maße (im Falle einer Regression) der Fahrer ermüdet zu sein scheint, wird nun eine Warnung basierend auf der Vorhersagegröße bereitgestellt 160, etwa über einen Bildschirm, eine Warnleuchte, eine Projektion oder eine Audio-Ausgabe. Zusätzlich kann das Verfahren ferner ein Einschränken 170 einer Funktionalität des Fahrzeugs basierend auf der Vorhersagegröße umfassen. Dabei kann beispielsweise die Nutzung eines Fahrassistenzsystems verhindert werden, das darauf basiert, dass der Fahrer innerhalb kürzester Zeit wieder die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen kann.Based on the predictive value, which indicates whether (in the case of classification) or to what extent (in the case of regression) the driver appears to be fatigued, a warning based on the predictive value is then provided 160, for example via a screen, a warning light, a projection, or an audio output. Additionally, the method may further comprise restricting 170 a functionality of the vehicle based on the predictive value. For example, the use of a driver assistance system that relies on the driver being able to regain control of the vehicle within a very short time may be prevented.

Wie der vorherigen Beschreibung zu entnehmen ist, ist das vorgestellte Verfahren unabhängig davon, wie der Fahrer normalerweise das Fahrzeug zu fahren pflegt, und welcher Fahrer das Fahrzeug fährt. In anderen Worten wird das Bestimmen der Vorhersagegröße unabhängig davon durchgeführt, welcher Fahrer das Fahrzeug führt. Zudem ist, sofern die Umgebungswahrnehmungsdaten übereinstimmen oder sich ähnlich, was in Fahrzeugen, die auf Baukästen basieren häufig der Fall ist, auch keine oder lediglich geringfügige Anpassung des Verfahrens an einen bestimmten Fahrzeugtyp notwendig. Entsprechend kann das Bestimmen der Vorhersagegröße unabhängig von einem Fahrzeugtyp des Fahrzeugs durchgeführt werden.As can be seen from the previous description, the presented method is independent of how the driver normally drives the vehicle and which driver is driving the vehicle. In other words, the determination of the predicted variable is performed regardless of which driver is driving the vehicle. Furthermore, provided the environmental perception data are consistent or similar, which is often the case in vehicles based on modular systems, no or only minor adaptation of the method to a specific vehicle type is necessary. Accordingly, the determination of the predicted variable can be performed regardless of the vehicle type.

Die Schnittstelle 12 kann beispielsweise einem oder mehreren Eingängen und/oder einem oder mehreren Ausgängen zum Empfangen und/oder Übertragen von Informationen entsprechen, etwa in digitalen Bitwerten, basierend auf einem Code, innerhalb eines Moduls, zwischen Modulen, oder zwischen Modulen verschiedener Entitäten.The interface 12 may, for example, correspond to one or more inputs and/or one or more outputs for receiving and/or transmitting information, such as in digital bit values, based on a code, within a module, between modules, or between modules of different entities.

In Ausführungsbeispielen kann die Prozessorschaltung 14 einem beliebigen Controller oder Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente entsprechen. Beispielsweise kann die Prozessorschaltung 14 auch als Software realisiert sein, die für eine entsprechende Hardwarekomponente programmiert ist. Insofern kann die Prozessorschaltung 14 als programmierbare Hardware mit entsprechend angepasster Software implementiert sein. Dabei können beliebige Prozessoren, wie Digitale Signalprozessoren (DSPs) zum Einsatz kommen. Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf einen bestimmten Typ von Prozessor eingeschränkt. Es sind beliebige Prozessoren oder auch mehrere Prozessoren zur Implementierung denkbar. Beispielsweise kann die Prozessorschaltung 14 zumindest eines von einer CPU (Central Processing Unit, Zentralverarbeitungseinheit), einer GPU (Graphics Processing Unit, Grafikverarbeitungseinheit), einem Beschleuniger zum Durchführen von maschinellem Lernen und einem Field-Programmable Gate Array (FPGA) entsprechen.In embodiments, the processor circuit 14 may correspond to any controller or processor or a programmable hardware component. For example, the processor circuit 14 may also be implemented as software. which is programmed for a corresponding hardware component. In this respect, the processor circuit 14 can be implemented as programmable hardware with correspondingly adapted software. Any processors, such as digital signal processors (DSPs), can be used. Embodiments are not limited to a specific type of processor. Any processor or even multiple processors are conceivable for implementation. For example, the processor circuit 14 can correspond to at least one of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), an accelerator for performing machine learning, and a Field-Programmable Gate Array (FPGA).

Der Speicher 16 beispielsweise zumindest ein Element der Gruppe von computerlesbares Speichermedium, magnetisches Speichermedium, optisches Speichermedium, Festplatte, Flash-Speicher, Diskette, Zufallszugriffsspeicher (auch engl. Random Access Memory), Programmable Read Only Memory (PROM), Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM), Electronically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM), und Netzwerkspeicher umfassen.The memory 16 may, for example, comprise at least one member of the group of computer-readable storage medium, magnetic storage medium, optical storage medium, hard disk, flash memory, floppy disk, random access memory (also known as random access memory), programmable read-only memory (PROM), erasable programmable read-only memory (EPROM), electronically erasable programmable read-only memory (EEPROM), and network storage.

Mehr Details und Aspekte des Verfahrens von 1a, der Vorrichtung 10 von 1b und dem entsprechenden Computerprogramm werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die nachher (z.B. 3) beschrieben werden. Das Verfahren, die Vorrichtung und das Computerprogramm können ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben wurden.More details and aspects of the procedure from 1a , the device 10 of 1b and the corresponding computer program are mentioned in connection with the concept or examples that are given afterwards (e.g. 3 ). The method, apparatus and computer program may comprise one or more additional optional features corresponding to one or more aspects of the proposed concept or the described examples, as described before or after.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine nicht-invasive wahrnehmungsbasierte Schätzung des Fahrerzustands.The present invention relates to a non-invasive perception-based estimation of driver state.

3 zeigt ein Beispiel eines segmentierten Bilds eines Kamerasensors. In dem segmentierten Bild werden verschiedene Elemente unterschiedliche angezeigt. So wird beispielsweise zwischen der eigenen Fahrspur 310, einer Gegenfahrspur 320 und einer Abbiegespur 330 in der Segmentierung unterschieden. Auch unterschiedet die Segmentierung andere Fahrzeuge 340, Hinweisgeber 350 (wie etwa eine Ampel oder ein Warnsäule) und Personen 360, sowie Hintergrundgebäude 370 und Himmel 380. Basierend auf einem Wahrnehmungs-Umgebungsmodell (abgeleitet von Umgebungswahrnehmungsdaten), etwa abgeleitet von Fahrspuren (die eigene Fahrspur 310, die Gegenfahrspur 320) sowie Fahrzeugsegmentierung (die Fahrzeuge 330), können Merkmale des Fahrzeugzustands in der Umgebung über die Zeit extrahiert werden. 3 shows an example of a segmented image from a camera sensor. Different elements are displayed differently in the segmented image. For example, the segmentation distinguishes between the vehicle's own lane 310, an oncoming lane 320, and a turning lane 330. The segmentation also distinguishes between other vehicles 340, indicators 350 (such as a traffic light or a warning column) and people 360, as well as background buildings 370 and sky 380. Based on a perceptual environment model (derived from environmental perception data), such as derived from lanes (the vehicle's own lane 310, the oncoming lane 320) and vehicle segmentation (the vehicles 330), features of the vehicle state in the environment over time can be extracted.

Es können verschiedene Ansätze angewandt werden, um ausgehend von Umgebungswahrnehmungsdaten eine Vorhersage einer Müdigkeit eines Fahrers zu treffen. In einem ersten Ansatz können händisch definierte Merkmale genutzt werden, die im Zusammenhang mit den 1a bis 2 „numerische Kenngrößen“ genannt wurden. Mögliche Merkmale, die extrahiert werden, sind unter anderem eine Robustheit der Spurhaltung (wie zentriert fährt das Fahrzeug innerhalb der segmentierten Fahrspur), ein Start der Bremswirkung (relative zu einem Abbremsen des vorausfahrenden Fahrzeugs), eine Verzögerungsrate der Bremswirkung sowie ein Beginn und Geschwindigkeit des Lenkvorgangs (etwa bezogen auf eine Abweichung von der optimalen Fahrbahn in Kurven). Mit einem datengesteuerten Modell können, in einem zweiten Ansatz, diese Merkmale dann auf einen Fahrerzustand abgebildet und durch ein Modell geschätzt werden.Different approaches can be used to predict driver fatigue based on environmental perception data. In a first approach, manually defined features can be used that are related to the 1a to 2 "numerical parameters." Possible features that can be extracted include the robustness of lane keeping (how centered the vehicle is within the segmented lane), the start of braking (relative to the deceleration of the vehicle in front), the deceleration rate of braking, and the start and speed of the steering process (e.g., related to a deviation from the optimal lane in curves). Using a data-driven model, these features can then be mapped to a driver state and estimated by a model.

In einem dritten Ansatz kann die Müdigkeit des Fahrers aus der Basis von großen verfügbaren Datensätzen geschätzt werden. Dabei kann ein Ende-zu-Ende-Ansatz verwandt werden, bei dem der Status des Fahrers direkt aus der Segmentierungsmaske durch maschinelles Lernen abgeleitet wird.In a third approach, driver fatigue can be estimated from large available datasets. An end-to-end approach can be used, in which the driver status is derived directly from the segmentation mask using machine learning.

Der grundlegende Arbeitsablauf des Verfahrens umfasst drei Kernschritte - das Erhalten eines Umgebungsmodells (z. B. Fahrbahnsegmentierung oder Freiraumschätzung), die Merkmalsschätzung (nicht notwendig, wenn das Umgebungsmodell direkt durch ein Maschinenlern-Modell verarbeitet wird), und Schätzung des Zustands des Fahrers.The basic workflow of the method includes three core steps - obtaining an environment model (e.g., road segmentation or clearance estimation), feature estimation (not necessary if the environment model is directly processed by a machine learning model), and estimation of the driver's state.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Methodik vor, die darauf abzielt, die Fähigkeit zur Erkennung von Müdigkeit durch die Überwachung umweltbezogener Zustände und deren Korrelation mit dem Zustand des Fahrers zu verbessern. Das Verfahren ist nicht aufdringlich und beeinträchtigt die Privatsphäre des Fahrers nicht. Das Verfahren ist zudem in vielen Implementierungen fahrzeugunabhängig und kann daher in ganzen Flotten eingesetzt werden, so dass eine Anpassung auf verschiedene Fahrzeugmodelle nicht erforderlich ist. Das Verfahren ist zudem in der Lage, den Zustand des Fahrers im Allgemeinen einzuschätzen, wenn die genutzten Maschinenlern-Modelle entsprechend trainiert werden, wobei der Schwerpunkt auf der Erkennung von Müdigkeit liegt. Das Verfahren kann durch ein System mit einem modularen Aufbau implementiert werden, wobei der modulare Aufbau die Funktionalität mit verschiedenen Datenverfügbarkeiten und den drei oben erläuterten Ansätzen ermöglicht, von einem Ansatz mit handgefertigten Funktionen bis zu einem Ende-zu-Ende Ansatz.The present invention presents a methodology that aims to improve the ability to detect fatigue by monitoring environmental conditions and correlating them with the driver's state. The method is non-intrusive and does not compromise the driver's privacy. Furthermore, in many implementations, the method is vehicle-independent and can therefore be used across entire fleets, eliminating the need to adapt to different vehicle models. The method is also capable of assessing the driver's state in general if the machine learning models used are appropriately trained, with a focus on detecting fatigue. The method can be implemented using a system with a modular design, which enables functionality with different data availabilities and the three approaches explained above. a handcrafted feature approach to an end-to-end approach.

Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.The aspects and features described in connection with a particular one of the previous examples may also be combined with one or more of the further examples to replace an identical or similar feature of that further example or to additionally introduce the feature into the further example.

Beispiele können weiterhin ein (Computer-)Programm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Programm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer sonstigen programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen der oben beschriebenen Verfahren können also auch durch programmierte Computer, Prozessoren oder sonstige programmierbare Hardwarekomponenten ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z.B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme und Anweisungen codieren beziehungsweise enthalten. Die Programmspeichervorrichtungen können z.B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren, Steuereinheiten, feld-programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays), feld-programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), Grafikprozessoren (GPU = Graphics Processor Unit), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC = application-specific integrated circuit), integrierte Schaltungen (IC= Integrated Circuit) oder Ein-Chip-Systeme (SoC = System-on-a-Chip) abdecken, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind.Examples may further include or relate to a (computer) program having program code for performing one or more of the above methods when the program is executed on a computer, processor, or other programmable hardware component. Steps, operations, or processes of various of the methods described above may therefore also be performed by programmed computers, processors, or other programmable hardware components. Examples may also cover program storage devices, e.g., digital data storage media, that are machine-, processor-, or computer-readable and encode or contain machine-executable, processor-executable, or computer-executable programs and instructions. The program storage devices may include, for example, digital memories, magnetic storage media such as magnetic disks and magnetic tapes, hard disk drives, or optically readable digital data storage media. Further examples may also cover computers, processors, control units, field-programmable logic arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays), field-programmable gate arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), graphics processor units (GPU = Graphics Processor Unit), application-specific integrated circuits (ASIC = application-specific integrated circuit), integrated circuits (IC = Integrated Circuit) or system-on-a-chip (SoC = System-on-a-Chip) programmed to perform the steps of the methods described above.

Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen zwingend erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Durchführung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, - funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.It is further understood that the disclosure of multiple steps, processes, operations, or functions disclosed in the specification or claims should not be construed as necessarily being in the described order, unless explicitly stated in the individual case or absolutely necessary for technical reasons. Therefore, the foregoing description does not limit the performance of multiple steps or functions to any particular order. Furthermore, in further examples, a single step, function, process, or operation may include and/or be broken down into multiple sub-steps, functions, processes, or operations.

Wenn einige Aspekte in den vorhergehenden Abschnitten im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Dabei kann beispielsweise ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, etwa einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend dazu sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.If some aspects in the preceding sections were described in connection with a device or system, these aspects are also to be understood as a description of the corresponding method. For example, a block, a device, or a functional aspect of the device or system can correspond to a feature, such as a method step, of the corresponding method. Accordingly, aspects described in connection with a method are also to be understood as a description of a corresponding block, a corresponding element, a property, or a functional feature of a corresponding device or system.

BezugszeichenReference symbol

1010
Vorrichtungdevice
1212
Schnittstelleinterface
1414
ProzessorschaltungProcessor circuit
1616
Speichermemory
110110
Erhalten von UmgebungswahrnehmungsdatenObtaining environmental perception data
115115
Erhalten von zusätzlichen SensordatenObtaining additional sensor data
120120
Verarbeiten der Umgebungswahrnehmungsdaten und/oder zusätzlichen SensordatenProcessing the environmental perception data and/or additional sensor data
130130
Bestimmen von einer oder mehreren numerischen KenngrößenDetermining one or more numerical parameters
140140
Verarbeiten Umgebungswahrnehmungsdaten oder daraus abgeleiteten Daten mittels eines ML-ModellsProcess environmental perception data or data derived from it using an ML model
150150
Bestimmen einer VorhersagegrößeDetermining a predictor
160160
Bereitstellen einer WarnungProviding a warning
170170
Einschränken einer Funktionalität eines FahrzeugsRestricting the functionality of a vehicle
210210
UmgebungssensorenEnvironmental sensors
215215
UmgebungswahrnehmungsdatenEnvironmental perception data
220220
FahrzeugkomponenteVehicle component
225225
von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleitete Datendata derived from environmental perception data
230230
Zusätzlicher SensorAdditional sensor
235235
Zusätzliche SensordatenAdditional sensor data
240240
Erstes ML-ModellFirst ML model
245245
Numerische KenngrößenNumerical parameters
250250
Zweites ML-ModellSecond ML model
260260
Drittes ML-ModellThird ML model
270270
VorhersagegrößePredictor
310310
Eigene FahrspurOwn lane
320320
Gegenfahrspuroncoming lane
330330
Abbiegespurturning lane
340340
Andere FahrzeugeOther vehicles
350350
HinweisgeberWhistleblower
360360
Personenpersons
370370
HintergrundgebäudeBackground building
380380
HimmelHeaven

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2011284304A1 [0004]US 2011284304A1 [0004]
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  • US 8519853B2 [0004]US 8519853B2 [0004]
  • US 20100039249A1 [0004]US 20100039249A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Vorhersagen von Müdigkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs, das Verfahren umfassend: Erhalten (110) von Umgebungswahrnehmungsdaten des Fahrzeugs von zumindest einem Umgebungswahrnehmungssensor des Fahrzeugs, wobei die Umgebungswahrnehmungsdaten zumindest eine Umgebung des Fahrzeugs während der Fahrt repräsentieren; Verarbeiten (120) der Umgebungswahrnehmungsdaten, um eine Vorhersagegröße zu bestimmen (150), die abbildet, ob der Fahrer des Fahrzeugs ermüdet ist; und Bereitstellen (160) einer Warnung basierend auf der Vorhersagegröße.A method for predicting fatigue of a driver of a vehicle, the method comprising: Receiving (110) environmental perception data of the vehicle from at least one environmental perception sensor of the vehicle, wherein the environmental perception data represents at least one environment of the vehicle while driving; Processing (120) the environmental perception data to determine (150) a predictive variable representing whether the driver of the vehicle is fatigued; and Providing (160) a warning based on the predictive variable. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren ein Bestimmen (130) von einer oder mehreren numerischen Kenngrößen basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten, und ein Bestimmen der Vorhersagegröße basierend auf der einen oder den mehreren numerischen Kenngrößen umfasst.The procedure according to Claim 1 , wherein the method comprises determining (130) one or more numerical characteristics based on the environmental perception data, and determining the prediction value based on the one or more numerical characteristics. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die eine oder die mehreren numerischen Kenngrößen zumindest eines von eine numerische Kenngröße über ein Fahren des Fahrzeugs in einem Mittelbereich der Fahrspur, eine numerische Kenngröße über eine Verzögerung zwischen einem Abbremsen eines vorausfahrenden Fahrzeugs und einem Abbremsen des durch den Fahrer gefahrenen Fahrzeugs, eine numerische Kenngröße über eine Bremsintensität, eine numerische Kenngröße über eine Lenkintensität und eine numerische Kenngröße über eine Abweichung zwischen einer optimalen Lenktrajektorie und einer tatsächlichen Lenktrajektorie in einer Kurve umfasst.The procedure according to Claim 2 , wherein the one or more numerical parameters comprise at least one of a numerical parameter about driving the vehicle in a central region of the lane, a numerical parameter about a deceleration between braking of a vehicle driving ahead and braking of the vehicle driven by the driver, a numerical parameter about a braking intensity, a numerical parameter about a steering intensity and a numerical parameter about a deviation between an optimal steering trajectory and an actual steering trajectory in a curve. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Bestimmen (150) der Vorhersagegröße ein Verarbeiten der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen mittels eines Maschinenlern-Modells umfasst, das darauf trainiert ist, basierend auf der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen die Müdigkeit des Fahrers vorherzusagen, wobei die Vorhersagegröße auf einer Ausgabe des Maschinenlern-Modells basiert.The procedure according to one of the Claims 2 or 3 , wherein determining (150) the predictive value comprises processing the one or more numerical metrics by means of a machine learning model trained to predict the driver's fatigue based on the one or more numerical metrics, the predictive value being based on an output of the machine learning model. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Bestimmen (150) der Vorhersagegröße ein Vergleichen der einen numerischen Kenngröße oder der mehreren numerischen Kenngrößen mit einem oder mehreren Schwellenwerten umfasst, wobei die Vorhersagegröße auf dem Vergleich basiert.The procedure according to one of the Claims 2 or 3 , wherein determining (150) the predictive value comprises comparing the one or more numerical characteristics to one or more threshold values, the predictive value being based on the comparison. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren ein Verarbeiten (140) der Umgebungswahrnehmungsdaten und/oder von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten mittels eines Maschinenlern-Modells umfasst, wobei das Maschinenlern-Modell darauf trainiert ist, basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten und/oder von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten als Eingabedaten die Müdigkeit des Fahrers vorherzusagen, wobei die Vorhersagegröße auf einer Ausgabe des Maschinenlern-Modells basiert.The procedure according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the method comprises processing (140) the environmental perception data and/or data derived from the environmental perception data by means of a machine learning model, wherein the machine learning model is trained to predict the driver's fatigue based on the environmental perception data and/or data derived from the environmental perception data as input data, wherein the prediction variable is based on an output of the machine learning model. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Maschinenlern-Modell ferner zusätzliche Sensordaten des Fahrzeugs, die zumindest eine Fahreigenschaft des Fahrzeugs betreffen, wie etwa eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, als weitere Eingabedaten verarbeitet, und/oder wobei das Verfahren ein Bestimmen (130) von einer oder mehreren numerischen Kenngrößen basierend auf den Umgebungswahrnehmungsdaten umfasst, wobei das Maschinenlern-Modell ferner die eine numerische Kenngröße oder die mehreren numerischen Kenngrößen als weitere Eingabedaten verarbeitet.The procedure according to Claim 6 , wherein the machine learning model further processes additional sensor data of the vehicle relating to at least one driving characteristic of the vehicle, such as a speed of the vehicle, as further input data, and/or wherein the method comprises determining (130) one or more numerical characteristics based on the environmental perception data, wherein the machine learning model further processes the one numerical characteristic or the plurality of numerical characteristics as further input data. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Verfahren ein Verarbeiten (140) der von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten mittels des Maschinenlern-Modells umfasst, wobei die von den Umgebungswahrnehmungsdaten abgeleiteten Daten von zumindest einem von einem Abstandsregeltempomaten, einer Verkehrszeichenerkennung und einem Spurhalteassistenten des Fahrzeugs stammen.The procedure according to one of the Claims 6 or 7 , wherein the method comprises processing (140) the data derived from the environmental perception data by means of the machine learning model, wherein the data derived from the environmental perception data originate from at least one of an adaptive cruise control system, a traffic sign recognition system and a lane departure warning system of the vehicle. Ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, einem Kontrollmodul oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.A program comprising program code for carrying out the method according to any one of the preceding claims when the program code is executed on a computer, a processor, a control module or a programmable hardware component. Eine Vorrichtung (10), umfassend einen Speicher (16), maschinenlesbare Instruktionen, und zumindest eine Prozessorschaltung (14) zur Ausführung der maschinenlesbaren Instruktionen zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.A device (10) comprising a memory (16), machine-readable instructions, and at least one processor circuit (14) for executing the machine-readable instructions for carrying out the method according to one of the Claims 1 until 8 .
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