JP2019142297A - Method of detecting viewpoint of driver, device thereof, and head-up display device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばドライバの視点を検出する視点検出方法とその装置に関し、特に、透明なガラス等に画像を投影/反射して虚像として表示するヘッドアップディスプレイ装置において用いるのに適したドライバの視点検出方法とその装置およびそれを用いたヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a viewpoint detection method and apparatus for detecting the viewpoint of a driver, for example, and in particular, a driver viewpoint suitable for use in a head-up display device that projects / reflects an image on transparent glass or the like to display it as a virtual image. The present invention relates to a detection method, a device therefor, and a head-up display device using the same.
例えば、自動車等の車両において、通常は、車速やエンジン回転数等の情報は、ダッシュボード内の計器盤(インパネ)に表示される。また、カーナビゲーション等の画面は、ダッシュボードに組み込まれ、もしくはダッシュボード上に設置されたディスプレイに表示される。運転者(ドライバ)がこれらの情報を視認する場合に視線を大きく移動させることが必要となることから、視線の移動量を低減させる技術として、車速等の情報やカーナビゲーションに係る指示等の情報をフロントガラス(ウィンドシールド)やコンバイナ等に投射して表示するヘッドアップディスプレイ(Head Up Display、以下では「HUD」と記載する場合がある)装置が既に知られている。 For example, in vehicles such as automobiles, information such as vehicle speed and engine speed is usually displayed on an instrument panel in the dashboard. In addition, a screen such as a car navigation is incorporated in the dashboard or displayed on a display installed on the dashboard. When the driver (driver) visually recognizes such information, it is necessary to move the line of sight largely. Therefore, as a technique for reducing the amount of movement of the line of sight, information such as information on the vehicle speed, information such as instructions related to car navigation, etc. A head-up display (Head Up Display, hereinafter sometimes referred to as “HUD”) device that projects and displays the image on a windshield, a combiner, or the like is already known.
かかるHUDに関連する技術として、例えば、以下の特許文献1には、HUDと視点検出カメラであるドライバ撮影カメラを組み合わせた技術が開示されている。
As a technique related to the HUD, for example,
しかしながら、上述した従来技術は、特に、障害物等までの距離感を得やすい表示装置を提供することを目的とするものであり、以下にも詳細に述べるような課題、すなわち、簡易に取り付け可能で安価な単眼カメラを用いてドライバの視点を検出することに関しては記載されていなかった。 However, the above-described prior art is particularly intended to provide a display device that easily obtains a sense of distance to an obstacle or the like, and has the following problems, that is, can be easily attached. However, there is no description about detecting a driver's viewpoint using a simple and inexpensive monocular camera.
そこで本発明では、乗り物内においても容易に取り付けることが可能で、かつ、安価に製造が可能な単眼カメラを用いたドライバの視点検出方法とその装置、さらには、それを用いたヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。 Therefore, in the present invention, a driver viewpoint detection method and apparatus using a monocular camera that can be easily installed in a vehicle and can be manufactured at low cost, and a head-up display device using the same Is to provide.
本発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 The outline of typical ones of the present invention will be briefly described as follows.
本発明では、一例として、乗り物内においてドライバの視点を検出するドライバの視点検出方法であって、単眼カメラを、前記乗り物内の3次元空間(x軸、y軸、z軸)の前方の一部において、前記ドライバの顔を含む2次元画像が撮像可能な位置に固定して取り付け、前記単眼カメラにより撮像した2次元カメラ画像から前記ドライバの視点を検出し、前記3次元空間において前記単眼カメラから前記検出したドライバの視点に向かう直線を特定し、前記特定した直線が前記ドライバの視点を含む鉛直平面と交わる点を求めることにより、前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)を検出する、ドライバの視点検出方法が提供される。 In the present invention, as an example, there is a driver viewpoint detection method for detecting a driver's viewpoint in a vehicle, and a monocular camera is placed in front of a three-dimensional space (x axis, y axis, z axis) in the vehicle. A fixed two-dimensional image including a face of the driver is fixed at a position where the driver's face can be captured, and the driver's viewpoint is detected from the two-dimensional camera image captured by the monocular camera, and the monocular camera in the three-dimensional space A straight line from the detected driver to the viewpoint of the driver is identified, and a point at which the identified straight line intersects a vertical plane including the viewpoint of the driver is obtained, thereby obtaining the three-dimensional viewpoint coordinates (x d , y d of the driver ). , Z d ), a driver viewpoint detection method is provided.
また、本発明では、一例として、乗り物内においてドライバの視点を検出するドライバの視点検出装置であって、前記乗り物内の3次元空間(x軸、y軸、z軸)の前方の一部において、前記ドライバの顔を含む2次元画像が撮像可能な位置に固定して取り付けられた単眼カメラと、前記単眼カメラにより撮像した2次元カメラ画像から前記ドライバの視点を検出し、前記3次元空間において前記検出したドライバの視点に向かう直線を特定し、前記特定した直線が前記ドライバの視点を含む鉛直平面と交わる点を求めることにより、前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)を検出する演算部と、を備えた、ドライバの視点検出装置が提供される。 Further, in the present invention, as an example, a driver viewpoint detection device that detects a driver's viewpoint in a vehicle, in a part of a front of a three-dimensional space (x axis, y axis, z axis) in the vehicle. A monocular camera fixedly mounted at a position where a two-dimensional image including the driver's face can be imaged, and a two-dimensional camera image captured by the monocular camera, and detecting the driver's viewpoint in the three-dimensional space. By identifying a straight line directed to the detected driver's viewpoint and obtaining a point where the identified straight line intersects a vertical plane including the driver's viewpoint, the three-dimensional viewpoint coordinates (x d , y d , There is provided a driver viewpoint detection device including an arithmetic unit for detecting z d ).
さらに、本発明では、上記の方法または装置を用いたヘッドアップディスプレイ装置として、光源および表示素子を有し、前記表示素子に映像を形成する映像表示装置と、前記映像表示装置から出射された光をウィンドシールドまたはコンバイナで反射させることで虚像を乗り物の前方に表示する虚像光学系と、ドライバの視点を検出する視点検出装置と、前記映像表示装置からの光を出射する方向を調整する光出射方向調整手段と、を備え、前記視点検出装置は、前記乗り物内の3次元空間(x軸、y軸、z軸)の前方の一部において、前記ドライバの顔を含む2次元画像が撮像可能な位置に固定して取り付けられた単眼カメラと、前記単眼カメラにより撮像した2次元カメラ画像から前記ドライバの視点を検出し、前記3次元空間において前記検出したドライバの視点に向かう直線を特定し、前記特定した直線が前記ドライバの視点を含む鉛直平面と交わる点を求めることにより、前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)を検出する演算部と、を有し、前記光出射方向調整手段は、前記演算部で求めた前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)に基づいて前記光を出射する方向を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置が提供される。 Furthermore, in the present invention, as a head-up display device using the method or apparatus described above, a video display device having a light source and a display element and forming an image on the display element, and light emitted from the video display device A virtual image optical system that displays a virtual image in front of the vehicle by reflecting the image with a windshield or combiner, a viewpoint detection device that detects the viewpoint of the driver, and light emission that adjusts the direction in which light is emitted from the video display device Direction adjustment means, and the viewpoint detection device can capture a two-dimensional image including the driver's face in a part of the front of a three-dimensional space (x axis, y axis, z axis) in the vehicle. A viewpoint of the driver is detected from a monocular camera fixedly attached at a certain position and a two-dimensional camera image captured by the monocular camera, and is detected in the three-dimensional space. Identifying a straight line toward the point of view of the detected driver, the by specified straight lines determine the point of intersection with a vertical plane including the viewpoint of the driver, the viewpoint coordinates (x d of the three-dimensional of the driver, y d, z d ), and the light emission direction adjustment means is based on the three-dimensional viewpoint coordinates (x d , y d , z d ) of the driver obtained by the calculation unit. A head-up display device is provided that adjusts a direction in which the light is emitted.
本発明によれば、乗り物内においても簡易に取り付けることが可能で、かつ、安価に製造が可能な単眼カメラを用いたドライバの視点検出方法とその装置を、さらには、それを用いたヘッドアップディスプレイ装置を提供するという実用的にも優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a driver viewpoint detection method and apparatus using a monocular camera that can be easily installed in a vehicle and can be manufactured at low cost, and further, a head-up using the same. It provides a practically excellent effect of providing a display device.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、ほかの図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。また、以下に示す実施の形態では、本発明のドライバの視点検出方法とその装置を、主に、自動車等の車両に設置される車両用のヘッドアップディスプレイ(HUD)装置に適用した例について詳細に説明する。なお、前記HUD装置は車両だけではなく、電車や航空機等のほかの乗り物にも適用可能であり、また、乗り物以外の用途に用いるHUD装置にも適用可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. On the other hand, parts described with reference numerals in some drawings may be referred to with the same reference numerals although not illustrated again in the description of other drawings. In the following embodiments, details of an example in which the driver viewpoint detection method and apparatus of the present invention are applied mainly to a vehicle head-up display (HUD) device installed in a vehicle such as an automobile. Explained. The HUD device can be applied not only to vehicles but also to other vehicles such as trains and airplanes, and also to HUD devices used for purposes other than vehicles.
本発明の視点検出方法とその装置に先立って、まず、本発明のドライバの視点検出方法とその装置を適用した一実施の形態である車両用のヘッドアップディスプレイ(HUD)装置を説明する。図1は、HUD装置の動作概念の概要を示した図である。本実施の形態のHUD装置1では、ここでは図示しない筐体内、もしくは、筐体に着脱可能な箇所に配置された映像表示装置30によって表示された映像を、必要な光学素子(ここでは、反射ミラー51)を介して、凹面ミラー52により反射させて、車両2のウィンドシールド3に投射する。
Prior to the viewpoint detection method and apparatus of the present invention, a head-up display (HUD) device for a vehicle as an embodiment to which the driver viewpoint detection method and apparatus of the present invention is applied will be described first. FIG. 1 is a diagram showing an outline of an operation concept of the HUD device. In the
ここで、被投射部材はウィンドシールド3に限られず、映像が投射される部材であれば、コンバイナ等ほかの部材としても構わない。また、映像表示装置30は、例えば、バックライトを有するプロジェクタやLCD(Liquid Crystal Display)等により構成される。自発光型のVFD(Vacuum Fluorescent Display)等であってもよい。投射装置によりスクリーンに映像を表示するものであってもよい。このようなスクリーンとしては、例えば、マイクロレンズを2次元状に配置したマイクロレンズアレイにより構成してもよい。
Here, the member to be projected is not limited to the
凹面ミラー52は、例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有するミラー等により構成される。より具体的には、凹面ミラー52の形状は、虚像の歪みを低減するために、例えば、その上部の領域(すなわち、ここで反射した光線はウィンドシールド3の下方で反射するため、相対的に運転者(ドライバ)の視点5との距離が短くなる)では、拡大率が大きくなるように相対的に曲率半径を小さくする。一方、凹面ミラー52の下部の領域(すなわち、ここで反射した光線はウィンドシールド3の上方で反射するため、相対的にドライバの視点5との距離が長くなる)では、拡大率が小さくなるように相対的に曲率半径を大きくする。映像表示装置30を凹面ミラー52の光軸に対して傾斜させて配置することで、上記のような像倍率の違いを補正して、発生する歪みそのものを低減するようにしてもよい。
The
ドライバは、ウィンドシールド3に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド3を通してその前方に虚像として上記映像を視認する。凹面ミラー52の角度を調整することで、映像をウィンドシールド3に投射する位置を調整することにより、ドライバが見る虚像の表示位置を上下方向に調整可能としてもよい。なお、虚像として表示する内容は特に限定されず、例えば、車両情報やナビゲーション情報、図示しないカメラ等で撮影した風景の映像などを適宜表示することができる。
The driver views the image projected as a virtual image in front of the
また、図中の符号6は、本発明のドライバの視点検出方法を採用した単眼カメラであり、ドライバの視点を検出する手段を構成する。なお、この視点検出手段である単眼カメラは、ドライバの視点を検出可能であればよく、例えば、ここではダッシュボード61の一部に取り付けた例について説明するが、あるいは、ウィンドシールド3の一部に取り付けられてもよい。
続いて、上記にその構成を説明したHUD装置1における虚像の位置の調整について、図2を参照しながら、以下に詳述する。基本的には、本発明のHUD装置では、ダッシュボード61の一部に取り付けられたドライバの視点5を検出する手段である視点検出用の単眼カメラ6により、ドライバの視点5に対応して凹面ミラー52の傾斜角度を制御し、もって、車両2のウィンドシールド3に投射する虚像の位置を調整/制御する。なお、図には、ドライバの視点5の位置A、B、Cに対応して、凹面ミラー52の傾斜位置、ウィンドシールド3上の虚像の投射位置、そして、ドライバの視点5から見える虚像の位置が、それぞれ、A、B、Cによって示されている。
Next, the adjustment of the position of the virtual image in the
なお、上述した制御は、例えば、図3にブロック図で示す視点検出制御部20の通信部24が、図4に示すHUD制御部31に視点情報を通知し、HUD制御部31が凹面ミラー52を移動させることで実現する。この視点検出制御部20では、単眼カメラ6やエンジン始動センサ109等の各デバイスからの情報の取得は、例えば、ECU(Electronic Control Unit)(1)21の制御の下で行われる。また、HUD制御部31では、車両情報4の取得、スピーカ60の制御、映像表示装置30の制御、および凹面ミラー52の駆動はHUD制御部31のECU(2)32の制御の下で行われる。しかしながら、必ずしもこれらに限定する必要はなく、また、ほかの種類のデバイスを備えていてもよい。
In the control described above, for example, the
このように、HUD用視点検出システムは、車両2の各部に設置された各種のセンサ等の情報取得デバイスからなり、車両2で生じた各種イベントを検知したり、所定の間隔で走行状況に係る各種パラメータの値を検知・取得したりすることで車両情報4を取得して出力する。この車両情報4には、ここでは図示しないが、例えば、車両2内部の温度情報(温度センサ)、速度情報(車速センサ)、距離情報(測距センサ)、カメラ映像情報(カメラ)、エンジンの始動情報(エンジン始動センサ)等が含まれてもよい。
As described above, the viewpoint detection system for HUD includes information acquisition devices such as various sensors installed in each part of the
視点検出制御部20は、検出した視点情報をHUD制御部31に通知する機能を有し、例えば、CPU(Central Processing Unit)(図示しない)とこれにより実行されるソフトウェア(例えば、視点検出制御部20の不揮発性メモリ22やメモリ23に格納)により実装される。マイコンやFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアにより実装されていてもよい。検出した視点情報は、通信部24を介し、CANやEthernet(登録商標)などによりHUD制御部31に通知される。また、HUD制御部31は、車両情報取得部10から取得した車両情報等に基づいて、虚像として表示する映像を、映像表示装置30を駆動して形成し、これを凹面ミラー52によって反射させることでウィンドシールド3に投射する。これと共に、ミラー駆動部45により、凹面ミラー52の傾斜角度の制御を行う。なお、エンジン始動センサ109は、エンジンの始動を把握するためであり、エンジン始動時に、システムを開始する。
The viewpoint
さらに、上記の視点検出制御部20によれば、赤外線LED120は、赤外線LED制御部121を介して、夜間にドライバの視点を検出するために点灯される。
Further, according to the viewpoint
HUD制御部31は、車両情報4に基づいた映像の投影、および、視点検出制御部20から通知された視点情報を基に、凹面ミラー52を移動させる機能を有し、CPUとこれにより実行されるソフトウェア(例えば、図4のHUD制御部31の不揮発性メモリ35やメモリ36に格納)により実装される。マイコンやFPGA等のハードウェアにより実装されていてもよい。
The
<視点検出システムにおける課題と本発明のドライバの視点検出方法>
上述したヘッドアップディスプレイ装置では、図2にも示すように、表示する虚像の位置をドライバの視点5に応じて移動することが行われる。
<Problem in viewpoint detection system and driver viewpoint detection method of the present invention>
In the head-up display device described above, as shown in FIG. 2, the position of the virtual image to be displayed is moved according to the
そのため、従来の視点検出システムにおいては、ドライバの視点5の検出により検出された視点座標(u,v)を3D視点座標(x,y,z)に変換する際、単眼カメラ6の撮像位置に応じたパラメータを設定する必要があった。
Therefore, in the conventional viewpoint detection system, when the viewpoint coordinates (u, v) detected by detecting the
かかる単眼カメラを用いた視点検出システムでは、カメラから顔(視点)までの測距は、単眼カメラによる顔検出機能で検出した顔のサイズから距離を算出しているため、顔のサイズの個人差により変動してしまい、精度が悪いという課題が指摘されている。この課題を、単眼カメラを用いた視点検出システムで解決する手段の1つとして、複数(2個以上)の単眼カメラを用いてドライバの顔(視点)までの測距を行うことが考えられるが、単眼カメラ1つで測距することができればコスト面でのメリットが得られる。 In such a viewpoint detection system using a monocular camera, distance measurement from the camera to the face (viewpoint) is calculated based on the face size detected by the face detection function of the monocular camera. It has been pointed out that the accuracy is poor due to fluctuations. As one means for solving this problem with a viewpoint detection system using a monocular camera, it is conceivable to perform distance measurement up to the driver's face (viewpoint) using a plurality (two or more) of monocular cameras. If the distance can be measured with one monocular camera, a merit in cost can be obtained.
そこで、本発明では、単眼カメラを用いても十分に精度の高いドライバの視点検出方法とその装置を提案するものであり、もって、車両内においても簡易に取り付けることが可能で、かつ、安価に製造が可能な視点検出システムを実現し、さらには、それを用いたヘッドアップディスプレイ装置を提供するものである。より具体的には、例えば、図5に示すように、ドライバが通常の運転状態(図5(a))から、前かがみの状態(図5(b))に移った場合でも、単眼カメラ6の画像から車内でのドライバの視点5を特定して検出することが可能となる。
Therefore, the present invention proposes a driver's viewpoint detection method and apparatus that are sufficiently accurate even when using a monocular camera, and can therefore be easily installed in a vehicle and inexpensively. A viewpoint detection system that can be manufactured is realized, and further, a head-up display device using the same is provided. More specifically, for example, as shown in FIG. 5, even when the driver shifts from the normal driving state (FIG. 5A) to the forward bending state (FIG. 5B), the
続いて、本発明の単眼カメラを用いたドライバの視点検出方法について、以下に詳細に説明する。 Next, a driver viewpoint detection method using the monocular camera of the present invention will be described in detail below.
<単眼カメラの配置と座標>
図6(a)にも示すように、車両内部において単眼カメラ6をドライバの顔(視点)が撮像可能な位置、例えば、本例ではドライバの前面にあるダッシュボード61の一部(右隅)に固定して配置する。このとき、前記単眼カメラ6を、車両内部の3次元空間座標における中心に配置すると共に、x軸を車両の長さ方向(車の進行方向)に、y軸を車両の幅方向、z軸を高さ(鉛直)方向に設定する。この状態を上から見た状況を図6(b)に示す。すなわち、図からも明らかなように、単眼カメラ6は、それを中心とした車両内の3次元空間において、ドライバの前面からその顔(視点)を含む画像を撮影する(図に網掛けで示す「撮影範囲」を参照)。
<Arrangement and coordinates of monocular camera>
As shown in FIG. 6A, a position where the driver's face (viewpoint) can be imaged with the
次に、図7では、上記の前提に基づいて、まず、単眼カメラ6によって撮像された2次元カメラ画像から目(視点)を検出する。続いて、単眼カメラ6(3次元空間の原点)から検出したドライバの目(視点)5に向かう(すなわち、単眼カメラ6と視点とを結ぶ)直線を求める。これにより、単眼カメラ6である3次元空間の原点から見た場合のドライバの目(視点)5の方向に向かう直線を特定することが可能となる。換言すれば、単眼カメラ6の設置方向と画角との関係から、カメラ画像(2次元)上の1点(上記ではドライバの目の位置)を指定すると、単眼カメラ6と画像上の1点を結ぶ3次元空間上の直線を求めることができる。但し、直線上のどこに目が位置しているかについては限定できない。
Next, in FIG. 7, based on the above assumption, first, an eye (viewpoint) is detected from a two-dimensional camera image captured by the
続いて、図8にも示すように、上記で求めた3次元上の直線と、座席中央(または、ステアリングホイール7の中心軸)を通る3次元上の鉛直平面(z−x平面)との交点を求め、前記求めた交点がドライバの目である視点位置となる。なお、座席中央(ステアリングホイール7の中心軸)を通る3次元上の鉛直平面(z−x平面)は、車両の幅方向(y軸)において単眼カメラ6(原点)から座席中央までの距離Lだけ離れたz−x平面であり、その距離は、単眼カメラ6を車両の内部に配置する際に予め設定し、または、計測することによって容易に求めることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 8, the three-dimensional straight line obtained above and the three-dimensional vertical plane (z-x plane) passing through the seat center (or the central axis of the steering wheel 7) An intersection is obtained, and the obtained intersection is a viewpoint position that is the eyes of the driver. A three-dimensional vertical plane (zx plane) passing through the seat center (center axis of the steering wheel 7) is a distance L from the monocular camera 6 (origin) to the seat center in the vehicle width direction (y-axis). Zx planes that are separated from each other, and the distance can be easily obtained by setting or measuring in advance when the
すなわち、HUD装置1では、図には示さないが、上記図4のHUD制御部31が、例えば、イグニッション等の電源がオン状態になって処理を開始し、単眼カメラ6により撮像されたドライバの顔に基づいて、上記で述べた本発明の視点検出方法によりドライバの視点座標(xd,yd,zd)を求め、求めた視点に基づいて凹面ミラー52を移動させる一連の処理を繰り返す。
That is, in the
ところで、上述した視点検出方法では、通常、ドライバの顔は、上から見た場合、当該平面上に位置している前提に基づいているが、しかしながら、実際のHUD装置1では、図9にも示すように、顔が座席の中心にない場合もある。その場合、図において破線や一点鎖線で示すように、ドライバの目である視点位置と座席の中心との間に差異(ズレ)が生じてしまい、視点検出システムによる凹面ミラー52の角度調整による虚像の表示位置調整が適正に行われない場合が生じる。
By the way, in the viewpoint detection method described above, the driver's face is usually based on the premise that the face of the driver is located on the plane when viewed from above. However, in the
そこで、単眼カメラ6で撮像された画像によりドライバの顔の向きを推定し、推定される顔の向きによって、ドライバの顔が座席の中央に位置しているか否かを判定して凹面ミラー52の位置調整を実行することが提案される。例えば、図10(a)にも示すように、単眼カメラ6で撮像された画像に基づいてドライバの顔の向き(図に矢印で示すように、ロール、ピッチ、ヨーの3方向の向き)を推定し、顔が車両前方を向いていると判定される場合には、上記で求められたドライバの視点座標(xd,yd,zd)によって凹面ミラー52の角度調整による虚像の表示位置調整を実行し、図10(b)や(c)にも示すように、ドライバの顔の向きが車両前方から外れている場合には、凹面ミラー52の角度調整による虚像の表示位置調整は行わないようにする。
Accordingly, the orientation of the driver's face is estimated from the image captured by the
より具体的には、図11には、視点検出システムにおける処理について、上述したドライバの目(視点)5の位置の検出をも含めて詳細に示す。なお、この処理は、視点検出制御部20を構成するECU(1)21において不揮発性メモリ22やメモリ23に格納されたソフトウェアに基づいて実行される。
More specifically, FIG. 11 shows the processing in the viewpoint detection system in detail including the detection of the position of the driver's eye (viewpoint) 5 described above. This process is executed based on software stored in the
図11にも示すように、この処理はエンジン始動時における電源(イグニッション)の投入により開始し、まず、単眼カメラ6で撮像された2次元画像を取り込み、前記2次元画像に基づく画像処理によりドライバの視点(目)5を検出する(ステップS111)。そして、単眼カメラ6が配置された位置である3次元空間の原点から上記2次元画像上に検出した視点(目)5に向かう直線を特定する(ステップS112)。さらに、上記直線と座席中央を通る鉛直平面(z-x平面)との交点からドライバの視点座標(xd,yd,zd)を求める(ステップS113)。
As shown in FIG. 11, this process is started by turning on the power supply (ignition) at the time of starting the engine. Is detected (step S111). Then, a straight line from the origin of the three-dimensional space where the
その後、求めたドライバの視点座標(xd,yd,zd)により視点検出システムによる凹面ミラー52の角度調整による虚像の表示位置調整を行うこととなるが、その際、図11にも示すように、上記単眼カメラ6で撮像された2次元画像から既存の画像処理技術によりドライバの顔の向き(車両前方に対する傾斜)を推定して3方向の向き(ロール、ピッチ、ヨー)を求める(ステップS114)。その後、これらの求められた3方向の向き(ロール、ピッチ、ヨー)について、それぞれ、予め設定された所定の範囲(例えば、±10°)と比較し、各方向の向きが所定の許容範囲内であるか否かを判定する。具体的には、ロール方向の角度が所定範囲内であるか否かを判定し(ステップS115)、ピッチ方向の角度が所定範囲内であるか否かを判定し(ステップS116)、そして、ヨー方向の角度が所定範囲内であるか否かを判定する(ステップS117)。
Thereafter, the display position adjustment of the virtual image is performed by adjusting the angle of the
その結果、求められた3方向の向きが所定の範囲内である(Yes)と判定された場合には、ドライバの顔は車両前方を向いているものとしてドライバの視点座標を求める。上記ドライバの視点座標(xd,yd,zd)によって凹面ミラー52の角度調整による虚像の表示位置調整を実行し(ステップS118)、上記のステップS111へ戻り、再び、一連の処理を繰り返す。他方、3方向の少なくともいずれか1つの向きにおいて予め設定された所定の範囲を外れている(No)と判定される場合には、ドライバの顔は車両前方以外を向いているものとして、凹面ミラー52の角度調整による虚像の表示位置調整を行わずに上記のステップS111へ戻り、再び、一連の処理を繰り返す。
As a result, when it is determined that the obtained orientations in the three directions are within a predetermined range (Yes), the driver's viewpoint coordinates are obtained assuming that the driver's face is facing the front of the vehicle. The virtual image display position adjustment is performed by adjusting the angle of the
なお、上記では、2次元カメラ画像は、単眼カメラ6によって自然光のもとで撮像されるものと説明した。しかしながら、夜間やトンネル内の暗い環境下においては、単眼カメラ6の感度を高くすることによって必要な2次元カメラ画像を撮像することも可能であるが、その他、上述した夜間にドライバの視点を検出するために点灯される視点検出制御部20(図3を参照)の赤外線LED120を利用することも可能である。なお、その場合、赤外線LED制御部121を介して赤外線LED120を点灯することはいうまでもなかろう。
In the above description, it has been described that the two-dimensional camera image is captured by the
以上に述べた詳細な説明からも明らかなように、上述した視点検出システムにおける処理によれば、車両内においても簡易に取り付けることが可能で、かつ、コスト面からも有利な単眼カメラを用いることにより、十分に精度の高い視点検出方法とその装置を提供することが可能であり、かかる視点検出方法とその装置を採用することにより、安価に製造が可能な視点検出システムを実現すると共に、さらには、それを用いたヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。 As is clear from the detailed description given above, according to the processing in the viewpoint detection system described above, a monocular camera that can be easily installed in a vehicle and that is advantageous from the viewpoint of cost is used. By providing such a viewpoint detection method and apparatus, it is possible to provide a viewpoint detection system that can be manufactured at low cost, and further, Can provide a head-up display device using the same.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部をほかの実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成にほかの実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、ほかの構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described. A part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
本発明は、特に、車両のウィンドシールドを介して虚像をドライバに対して表示するヘッドアップディスプレイ装置等に利用可能である。 The present invention is particularly applicable to a head-up display device that displays a virtual image to a driver via a windshield of a vehicle.
1…HUD装置、2…車両、3…ウィンドシールド、4…車両情報、5…ドライバの視点、6…単眼カメラ、61…ダッシュボード、7…ステアリングホイール、20…視点検出制御部、21…ECU(1)、22…不揮発性メモリ、23…メモリ、24…通信部、30…映像表示装置、31…HUD制御部、32…ECU(2)、51…反射ミラー、52…凹面ミラー、35…不揮発性メモリ、36…メモリ、45…ミラー駆動部、60…スピーカ、109…エンジン始動センサ、120…赤外線LED、121…赤外線LED制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記単眼カメラにより撮像した2次元カメラ画像から前記ドライバの視点を検出し、
前記3次元空間において前記単眼カメラから前記検出したドライバの視点に向かう直線を特定し、
前記特定した直線が前記ドライバの視点を含む鉛直平面と交わる点を求めることにより、前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)を検出する、ドライバの視点検出方法。 A monocular camera is fixedly attached to a position in front of a three-dimensional space (x axis, y axis, z axis) in a vehicle at a position where a two-dimensional image including a driver's face can be captured,
Detecting a viewpoint of the driver from a two-dimensional camera image captured by the monocular camera;
Identifying a straight line from the monocular camera toward the detected driver's viewpoint in the three-dimensional space;
A driver viewpoint detection method of detecting a three-dimensional viewpoint coordinate (x d , y d , z d ) of the driver by obtaining a point where the identified straight line intersects a vertical plane including the driver viewpoint.
前記乗り物の長さ方向を前記乗り物内の3次元空間のx軸、前記乗り物の幅方向をy軸、前記乗り物の高さ方向をz軸とし、
前記鉛直平面は、前記ドライバの座席の中央を通る3次元上の鉛直平面(z-x平面)であり、
前記単眼カメラは、前記鉛直平面(z-x平面)に対して予め設定された距離だけy軸方向に離れて配置されている、ドライバの視点検出方法。 The driver viewpoint detection method according to claim 1,
The length direction of the vehicle is the x-axis of the three-dimensional space in the vehicle, the width direction of the vehicle is the y-axis, and the height direction of the vehicle is the z-axis,
The vertical plane is a three-dimensional vertical plane (zx plane) passing through the center of the driver's seat,
The driver's viewpoint detection method, wherein the monocular camera is arranged in the y-axis direction by a predetermined distance with respect to the vertical plane (zx plane).
前記単眼カメラにより撮像した2次元カメラ画像から前記ドライバの視点を検出し、前記3次元空間において前記検出したドライバの視点に向かう直線を特定し、前記特定した直線が前記ドライバの視点を含む鉛直平面と交わる点を求めることにより、前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)を検出する演算部と、を備えた、ドライバの視点検出装置。 A monocular camera fixedly mounted at a position where a two-dimensional image including a driver's face can be captured in a part of the front of a three-dimensional space (x-axis, y-axis, z-axis) in the vehicle;
A vertical plane in which the driver's viewpoint is detected from a two-dimensional camera image captured by the monocular camera, a straight line directed to the detected driver's viewpoint is identified in the three-dimensional space, and the identified straight line includes the driver's viewpoint. A driver viewpoint detection device comprising: an arithmetic unit that detects a three-dimensional viewpoint coordinate (x d , y d , z d ) of the driver by obtaining a point that intersects with the driver.
前記乗り物の長さ方向を前記乗り物内の3次元空間のx軸、前記乗り物の幅方向をy軸、高さ方向をz軸とし、
前記鉛直平面は、前記ドライバの座席の中央を通る3次元上の鉛直平面(z-x平面)であり、
前記単眼カメラは、前記鉛直平面(z-x平面)に対して予め設定された距離だけy軸方向に離れて配置されている、ドライバの視点検出装置。 The driver viewpoint detection device according to claim 3,
The vehicle length direction is the x-axis of the three-dimensional space in the vehicle, the vehicle width direction is the y-axis, and the height direction is the z-axis,
The vertical plane is a three-dimensional vertical plane (zx plane) passing through the center of the driver's seat,
The driver's viewpoint detection device, wherein the monocular camera is arranged in the y-axis direction by a predetermined distance with respect to the vertical plane (zx plane).
前記映像表示装置から出射された光をウィンドシールドまたはコンバイナで反射させることで虚像を乗り物の前方に表示する虚像光学系と、
ドライバの視点を検出する視点検出装置と、
前記映像表示装置からの光を出射する方向を調整する光出射方向調整手段と、を備え、
前記視点検出装置は、
前記乗り物内の3次元空間(x軸、y軸、z軸)の前方の一部において、前記ドライバの顔を含む2次元画像が撮像可能な位置に固定して取り付けられた単眼カメラと、
前記単眼カメラにより撮像した2次元カメラ画像から前記ドライバの視点を検出し、前記3次元空間において前記検出したドライバの視点に向かう直線を特定し、前記特定した直線が前記ドライバの視点を含む鉛直平面と交わる点を求めることにより、前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)を検出する演算部と、を有し、
前記光出射方向調整手段は、前記演算部で求めた前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)に基づいて前記光を出射する方向を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。 An image display device having a light source and a display element, and forming an image on the display element;
A virtual image optical system that displays a virtual image in front of a vehicle by reflecting light emitted from the video display device with a windshield or a combiner;
A viewpoint detection device for detecting the viewpoint of the driver;
A light emission direction adjusting means for adjusting a direction of emitting light from the video display device,
The viewpoint detection device includes:
A monocular camera fixedly mounted at a position where a two-dimensional image including the face of the driver can be captured in a part of the front of a three-dimensional space (x axis, y axis, z axis) in the vehicle;
A vertical plane in which the driver's viewpoint is detected from a two-dimensional camera image captured by the monocular camera, a straight line directed to the detected driver's viewpoint is identified in the three-dimensional space, and the identified straight line includes the driver's viewpoint. An arithmetic unit that detects the three-dimensional viewpoint coordinates (x d , y d , z d ) of the driver by obtaining a point that intersects with
The light emission direction adjusting means adjusts the direction in which the light is emitted based on the three-dimensional viewpoint coordinates (x d , y d , z d ) of the driver obtained by the calculation unit. .
前記乗り物の長さ方向を前記乗り物内の3次元空間のx軸、前記乗り物の幅方向をy軸、高さ方向をz軸とし、
前記鉛直平面は、前記ドライバの座席の中央を通る3次元上の鉛直平面(z-x平面)であり、
前記単眼カメラは、前記鉛直平面(z-x平面)に対して予め設定された距離だけy軸方向に離れて配置されている、ヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 5,
The vehicle length direction is the x-axis of the three-dimensional space in the vehicle, the vehicle width direction is the y-axis, and the height direction is the z-axis,
The vertical plane is a three-dimensional vertical plane (zx plane) passing through the center of the driver's seat,
The monocular camera is a head-up display device that is arranged in the y-axis direction by a predetermined distance with respect to the vertical plane (z-x plane).
前記単眼カメラにより撮像した2次元カメラ画像から前記ドライバの顔の前記乗り物前方に対する傾斜を推定する顔向き推定手段を備え、
前記光出射方向調整手段は、前記顔向き推定手段により推定されたドライバの顔の前記乗り物前方に対する傾斜に基づいて前記光を出射する方向を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 6,
A face direction estimating means for estimating an inclination of the driver's face relative to the front of the vehicle from a two-dimensional camera image captured by the monocular camera;
The light emitting direction adjusting unit adjusts a direction in which the light is emitted based on an inclination of the driver's face with respect to the front of the vehicle estimated by the face direction estimating unit.
前記光出射方向調整手段は、前記顔向き推定手段により推定されたドライバの顔の前記乗り物前方に対する傾斜が所定の許容範囲内にあるときは、求めた前記ドライバの3次元上の視点座標(xd,yd,zd)に基づいて光を出射する方向を調整し、前記顔向き推定手段により推定されたドライバの顔の前記乗り物前方に対する傾斜が所定の範囲外のときは光の出射方向の調整を行わない、ヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 7,
When the inclination of the driver's face with respect to the front of the vehicle estimated by the face direction estimating unit is within a predetermined allowable range, the light emission direction adjusting unit determines the three-dimensional viewpoint coordinates (x The light emission direction is adjusted when the direction of light emission is adjusted based on ( d , y d , z d ), and the inclination of the driver's face relative to the front of the vehicle estimated by the face direction estimation means is outside a predetermined range. Head-up display device that does not adjust.
前記顔向き推定手段により推定されたドライバの顔の前記乗り物前方に対する傾斜は、前記乗り物前方に対するロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の少なくとも1つの傾斜角度を含んでいる、ヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 8,
The head-up display device, wherein the inclination of the driver's face with respect to the front of the vehicle estimated by the face direction estimation means includes at least one inclination angle of a roll direction, a pitch direction, and a yaw direction with respect to the front of the vehicle.
前記ドライバの顔の前記乗り物前方に対する傾斜の許容範囲は、±10°である、ヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 9, wherein
The head-up display device, wherein an allowable range of inclination of the driver's face with respect to the front of the vehicle is ± 10 °.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018026580A JP2019142297A (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Method of detecting viewpoint of driver, device thereof, and head-up display device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2018026580A JP2019142297A (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Method of detecting viewpoint of driver, device thereof, and head-up display device using the same |
Publications (1)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2018026580A Pending JP2019142297A (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Method of detecting viewpoint of driver, device thereof, and head-up display device using the same |
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2018
- 2018-02-19 JP JP2018026580A patent/JP2019142297A/en active Pending
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