TW201339991A - 車輛駕駛頭部移動偵測方法與系統 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種車輛駕駛頭部移動偵測方法與系統，主要係於駕駛頭部之前上方與後方分別設置對應之一攝影裝置與一輔助裝置，用以利用該攝影裝置擷取包含輔助裝置之頭部周遭區域影像並進行分析，俾可利用輔助裝置之影像變化狀態判斷駕駛之頭部移動狀態是否正常，以供警示駕駛之用。
Description
本發明係與車輛駕駛疲勞偵測技術有關，更詳而言之是指一種車輛駕駛頭部移動偵測方法與系統者。
按，駕駛疲勞是導致交通事故的一個重要的因素，當駕駛疲倦時，對於周圍環境的感知能力、交通狀況的決斷能力及車輛的操控能力都會同時下降，極易導致交通事故，所以，駕駛疲勞監控警告系統的研發對避免交通事故及降低生命財產的損失非常重要。事實上，目前各種廠牌的汽車公司也都投入此類系統的研發，相關專利與研究不少，如發明公開第201119897號「駕駛監控及方法」、第200948647號「偵測與警示行車偏移之方法」、發明第I337144號「車輛偏移之檢知方法與裝置」、第I336457號「發光裝置、駕駛支援系統、和頭盔」及第436436號「持續監控車輛駕駛者之方法及裝置，以偵測防止駕駛者打瞌睡」與新型第M363417號「車用警示裝置」、第M329584號「安全監控裝置」等專利所示。
由相關研究與專利可知，目前偵測駕駛疲勞以增進行車安全性之方法，大體上可歸納成以下四類：
(1) 利用接觸性儀器量取駕駛腦波、心電圖訊號、心跳、脈搏、呼吸等駕駛生理訊號，這類方法能忠實的得到駕駛的生理狀態，但為量取生理訊號卻必須對駕駛貼上感測器，對駕駛的干擾是最大的缺點也限制了此方法的實用性。如新型第M363417號「車輛警示裝置」等專利，或MIT Smart Car與Toyota ASV(Advanced Safety Vehicle)。
(2) 偵測頭部移動、眨眼率、眼睛閉合、眼皮移動、眼睛凝視方向、嘴巴形狀、瞳孔改變、臉部表情改變等駕駛狀態。要監控這些改變，可以只用非接觸性的攝影機便可達到目的。影像辨識技術亦能應用到此類方法。如中華民國發明第436436號、第M329584號、第M363417號專利與公開第201119897號「駕駛監控裝置及方法」等發明所示。因為在行車的過程中，光線在不同時間會有巨大改變，而眼睛、瞳孔及嘴巴的面積占臉部總面積的比率小，要監控這些小面積器官的改變，如何克服光線改變是個挑戰。反觀頭部後的背景可以控制，以頭部後背景的改變，來測量頭部的移動，將是克服光線改變因素極有潛力的方向。
(3) 經由諸如車輛橫向位置、與前車距離、油門與煞車的使用、車輛移動方向等車輛行為，或者車前是否有障礙物，來判斷是否合理駕駛或通告駕駛。但是此類方法仍存有以下兩問題：(i)結果會隨路面、道路品質、光線而異，(ii)當昏昏欲睡的駕駛在筆直的道路上睡著幾秒鐘而無改變這些車輛行為，交通事故仍然可能發生。例如發明第I337144號、第I336457號專利與公開第200948647號發明所示。
(4) 結合上述的方法，歐盟已經完成AWAKE(System for Effective Assessment of Driver Vigilance and Warning According to Traffic Risk Estimation)計畫，AWAKE結合了測量眼皮移動的駕駛狀態及車道追蹤、油門與煞車的使用、方向盤位置等車輛行為。
雖然在駕駛安全監控上已經有如前述各種技術被提出，不過還是存有一些問題必須克服，例如，車輛內光線劇烈的變化。其中，測量頭部的移動是克服車輛內光線改變因素極有潛力的方向。
本發明之主要目的即在提供一種車輛駕駛頭部移動偵測方法與系統，其可克服車輛內光線劇烈的變化，並且簡易又有效的偵測駕駛頭部之移動狀態，俾有效提升安全駕駛系統或進行電器的控制的效果。
緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種車輛駕駛頭部移動偵測方法，主要係利用設置於駕駛前上方之一攝影裝置來擷取頭部周遭區域影像並進行分析，用以利用駕駛頭部後方背景影像之變化狀態判斷駕駛之頭部移動狀態是否正常。
進一步地，係於駕駛頭部之前上方與後方分別設置對應之一攝影裝置與一輔助裝置，用以利用該攝影裝置擷取包含輔助裝置之頭部周遭區域影像，俾可進行影像變化之分析。
進一步地，該攝影裝置係設置於車輛之前擋風玻璃上方，該輔助裝置係設置於車輛之頭枕。
進一步地，該輔助裝置係包含若干個色塊，該色塊之配置方式係以駕駛頭部移動時可顯示色塊被遮蔽狀態為原則。
進一步地，影像分析之步驟如下：擷取畫面：擷取包含輔助裝置之頭部周遭區域影像；分割畫面中背景之輔助裝置：根據輔助裝置影像之特性，利用影像處理技術，將所擷取畫面中背景之輔助裝置部分分離出來；分析分割出輔助裝置之影像：利用影像處理技術，分析分割出輔助裝置之影像及前後畫面間的變化；量測頭部移動方向與程度：利用針對輔助裝置影像分析的結果，量測頭部的移動方向與移動程度；及判斷駕駛頭部移動是否正常：根據量測結果，判斷駕駛頭部移動是否正常，如果異常，則對駕駛發出警告訊號。
進一步地，該輔助裝置係包含數個燈具，各該燈具之配置方式係以駕駛頭部移動時可反映駕駛頭部之偏擺方向與程度為原則。
此外，本發明更提供一種車輛駕駛頭部移動偵測系統，包含有一輔助裝置，設置於車輛內駕駛頭部之頭枕；一攝影裝置，設置於車輛內駕駛頭部之前上方，用以擷取包含輔助裝置之頭部周遭區域影像；一分析單元，連接該攝影裝置，用以可接收該攝影裝置擷取之影像資料並進行運算、分析，進而利用判斷駕駛頭部移動是否正常。
進一步地，該輔助裝置係包含數個燈具，各該燈具之配置方式係以駕駛頭部移動時可反映駕駛頭部之偏擺方向與程度為原則。
以下，茲舉本發明數個較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後：
首先，請參閱圖一至圖三所示，本發明一較佳實施例之車輛駕駛頭部移動偵測方法，主要係可利用一車輛駕駛頭部移動偵測系統10進行，該車輛駕駛頭部移動偵測系統10包含有一攝影裝置12、一輔助裝置14與一分析單元16，該攝影裝置12係設置於車輛之前擋風玻璃上方，如遮陽板下方之位置，該輔助裝置14係設置於車輛之頭枕22，包含紅色24、綠色26及藍色28三色塊，其色彩(R,G,B)分別為(255,0,0)、(0,255,0)、(0,0,255)，各該色塊24、26、28係併列上下延伸，基此，該攝影裝置12係可擷取包含輔助裝置14之頭部周遭區域影像，該分析單元16係連接該攝影裝置12，可為內建運算、分析之處理器或晶片等裝置，用以接收該攝影裝置12擷取之影像資料並進行運算、分析，進而利用判斷駕駛頭部移動是否正常。
藉此，本發明該車輛駕駛頭部移動偵測方法係可利用該攝影裝置12擷取包含該輔助裝置14之頭部周遭區域影像，利用該分析單元16進行分析，用以可利用駕駛頭部後方背景影像之變化狀態判斷駕駛之頭部移動狀態是否正常，而如圖四所示，該分析單元16影像分析之步驟如下：
擷取畫面110：利用攝影裝置12擷取包含該輔助裝置14之頭部周遭區域影像。
分割畫面中背景之輔助裝置120：乃分割出紅色24、綠色26、藍色28三個色塊，如圖五所示，在紅色圖案中，其紅色色彩分量遠大於綠色與藍色色彩分量，而綠色與藍色圖案也有類似的特性，根據這些特性，我們就能分割出紅色、綠色、藍色三圖案區域。
分析分割出輔助裝置之影像130：乃分析各該色塊之面積及前、後畫面間的變化，亦即，分別計算紅色24、綠色26與藍色28三色塊之圖素，其中，綠色26色塊之圖素數目可作為一測度量。
量測頭部移動方向與程度140：計算連續影像目前與前一畫面間紅色24、綠色26與藍色28三個色塊之前後圖素差的絕對值和，以獲致另一測度量。
判斷駕駛頭部移動是否正常150：利用該二測度量判斷駕駛頭部移動是否正常，判斷頭部移動是否正常的尺度為目前與前一畫面每一色塊圖素差的絕對值和是否大於1000或綠色26色塊之圖素大於12000，如果頭部移動判斷為異常，則：發出警告訊號160：對駕駛發出警告訊號，警告訊號可為聲音、燈光或震動等訊號。
為確認前揭影像分析的有效性，本發明係利用一模擬軟體進行模擬其演算法：首先錄製視訊約一分鐘，然後對此視訊擷取1012個畫面，再分割每個影像畫面的紅色24、綠色26、藍色28色塊。然後，計算三色塊24、26、28所含之圖素，並計算目前畫面與前一畫面中紅色24、綠色26、藍色28三個色塊所含之圖素差，圖六、圖七、圖八分別顯示紅色24、綠色26、藍色28三色塊的圖素(上面曲線)與後前畫面間圖素數目差(下面曲線)。圖九係顯示一測度量(目前與前一畫面每一色塊圖素差的絕對值和)與用紅色長方形包含之受警告畫面；第129畫面以右上角紅色方塊表示受到警告，結果顯示於圖十。
換言之，當駕駛頭部移向他的左側時，藍色28之圖素增加且紅色24圖素減少，而當駕駛頭部移向他的右側時，藍色28圖素減少且紅色24圖素增加，而當駕駛頭部往前低擺時，綠色26圖素會增加，此外，當頭部在各方向有大幅度的移動時，綠色24圖素都會快速增加。故，駕駛打瞌睡頭部擺動時會造成這些曲線劇烈的變動。圖八所示目前與前一畫面每一色塊圖素差的絕對值和之測度量也可以清楚反應駕駛的頭部擺動現象。以目前與前一畫面每一色塊圖素差的絕對值和是否大於1000或綠色26色塊之圖素大於12000為尺度來判斷頭部是否有不正常移動，顯示駕駛打瞌睡時頭部擺動確實可被成功的偵測與警示。
由上可知，本發明車輛駕駛頭部移動偵測方法與系統，其利用該攝影裝置擷取包含輔助裝置之頭部周遭區域影像並進行影像分析，確實可利用該輔助裝置被駕駛頭部遮蔽之影像畫面變化，來判斷駕駛之頭部移動狀態是否正常，基此，可提供主動式駕駛安全系統運用。
如圖十一所示，係本發明另一較佳實施例之輔助裝置32，其包含排列呈垂直相交之一縱列34與一橫列36之數個燈具，各該燈具係LED燈，該縱橫排列之燈具可顯示駕駛頭部之偏擺方向與程度。藉此，該車輛駕駛頭部移動偵測系統10亦可利用縱列34與橫列36之燈具被駕駛頭部遮蔽之數目變化，以判斷駕駛之頭部移動狀態是否正常者。
綜上所述，本發明所提供之車輛駕駛頭部移動偵測方法與系統，其利用該攝影裝置擷取包含輔助裝置之頭部周遭區域影像並進行影像分析之方式，確實可判斷駕駛之頭部移動狀態是否正常，而供車輛駕駛安全系統發出警示訊號(如聲、光、震動等警示)予駕駛，提升車輛駕駛之安全性者；緣是，本發明確實符合發明專利之要件，爰依法提出申請。
10．．．車輛駕駛頭部移動偵測系統
12．．．攝影裝置
14．．．輔助裝置
16．．．分析單元
22．．．頭枕
24．．．紅色
26．．．綠色
28．．．藍色
110．．．擷取畫面
120．．．分割畫面中背景之輔助裝置
130．．．分析分割出輔助裝置之影像
140．．．量測頭部移動方向與程度
150．．．判斷駕駛頭部移動是否正常
160．．．發出警告訊號
圖一係本發明一較佳實施例之系統圖。
圖二係本發明一較佳實施例中攝影裝置、輔助裝置與頭枕之空間示意圖。
圖三係本發明一較佳實施例之攝影裝置所拍攝頭部與紅色、綠色及藍色三色塊之關係圖。
圖四係本發明另一較佳實施例方法之流程圖。
圖五係本發明另一較佳實施例中之分割出紅色、綠色、藍色三色塊之示意圖。
圖六至圖八係分別顯示紅色、綠色、藍色三色塊之的圖素(上面曲線)與後前畫面間圖素數目差(下面曲線)之曲線圖。
圖九係顯示一測度量(目前與前一畫面每一色塊圖素差的絕對值和)與用紅色長方形包含之受警告畫面之曲線圖。
圖十係顯示駕駛頭部偏移受到警告之示意圖。
圖十一係本發明另一較佳實施例中輔助裝置之示意圖。
10．．．車輛駕駛頭部移動偵測系統
12．．．攝影裝置
14．．．輔助裝置
16．．．分析單元
Claims (10)
- 一種車輛駕駛頭部移動偵測方法，主要係擷取頭部周遭區域影像後進行影像分析，用以利用駕駛頭部後方背景影像之變化狀態判斷駕駛之頭部移動狀態是否正常。
- 如申請專利範圍第1項所述車輛駕駛頭部移動偵測方法，其中，係於駕駛頭部之前上方與後方分別設置對應之一攝影裝置與一輔助裝置，用以利用該攝影裝置擷取包含輔助裝置之頭部周遭區域影像並進行輔助裝置影像變化之分析。
- 如申請專利範圍第2項所述車輛駕駛頭部移動偵測方法，其中，該攝影裝置係設置於車輛之前擋風玻璃上方，該輔助裝置係設置於車輛之頭枕。
- 如申請專利範圍第2項所述車輛駕駛頭部移動偵測方法，其中，該輔助裝置係包含數個燈具，各該燈具之配置方式係以駕駛頭部移動時可顯示駕駛頭部之偏擺方向與程度為原則。
- 如申請專利範圍第2項所述車輛駕駛頭部移動偵測方法，其中，該輔助裝置係包含若干個色塊，該色塊之配置方式係以駕駛頭部移動時可顯示色塊被遮蔽狀態為原則。
- 如申請專利範圍第5項所述車輛駕駛頭部移動偵測方法，其中，該輔助裝置係包含紅色、綠色及藍色三色塊。
- 如申請專利範圍第4或5項所述車輛駕駛頭部移動偵測方法，其中，影像分析之步驟如下：擷取畫面：利用攝影裝置擷取包含輔助裝置之頭部周遭區域影像；分割畫面中背景之輔助裝置：分離出所擷取影像中之輔助裝置部分；分析分割出輔助裝置之影像：分析分割出輔助裝置之影像及前、後畫面間的變化；量測頭部移動方向與程度：計算連續影像前後畫面間圖素差的絕對值和，以獲致另一測度量；判斷駕駛頭部移動是否正常：利用該二測度量可據以判斷駕駛頭部移動是否正常；及發出警告訊號：如果頭部移動判斷為異常，則對駕駛發出警告訊號。
- 一種車輛駕駛頭部移動偵測系統，包含有：一攝影裝置，設置於車輛內駕駛頭部之前上方，用以擷取頭部周遭區域影像；一輔助裝置，設置於車輛內駕駛頭部之頭枕，用以供該攝影裝置擷取包含此輔助裝置之頭部周遭區域影像，頭部的移動會造成輔助裝置被遮住區域的變化；及一分析單元，連接該攝影裝置，用以可接收該攝影裝置擷取之影像資料並進行運算、分析，進而利用判斷駕駛頭部移動是否正常。
- 如申請專利範圍第8項所述車輛駕駛頭部移動偵測系統，其中，該輔助裝置係包含數個燈具，各該燈具之配置方式係以駕駛頭部移動時可反映駕駛頭部之偏擺方向與程度為原則。
- 如申請專利範圍第8項所述車輛駕駛頭部移動偵測系統，其中，該輔助裝置係包含若干個色塊，該色塊之配置方式係以駕駛頭部移動時可顯示色塊被遮蔽狀態為原則。
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