JP2007051922A - 顔面検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路コストを低減し、少ない画素で確実に顔面の中心を演算することができる顔面検出装置を提供すること。
【解決手段】 顔面から放出される赤外線を帯状に分布して検出する複数のサーモパイル素子７２１と、検出結果から温度分布を演算するIR温度検出部２及び温度分布補完部３と、温度分布の微分値から顔面中心を演算する顔位置演算部４とを備え、顔位置演算部４は、複数のサーモパイル素子７２１のうち、顔面の温度分布を検出した数により顔面全体の位置を演算した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に車両の乗員の顔面中心を、顔面から放出される赤外線を検出し、そのデータから演算により求める顔面検出装置の技術分野に属する。

従来では、マトリクス状に配置された多数の赤外線センサにより、車両の乗員の有無と位置を検出している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２９５４４０号公報（第２−７頁、全図）

しかしながら、従来の顔面検出装置にあっては、画素数が多く、処理演算も複雑になる。そのため、回路コストが高価になってしまっていた。

この点について詳しく説明する。
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、回路コストを低減し、少ない画素で確実に顔面の中心を演算することができる顔面検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、顔面から放出される赤外線を帯状に分布して検出する複数の素子と、検出結果から温度分布を演算する温度分布演算手段と、温度分布の微分値から顔面中心を演算する顔面中心演算手段と、を備えることを特徴とする。

よって、本発明にあっては、回路コストを低減し、少ない画素で確実に顔面の中心を演算することができる。

以下、本発明の顔面検出装置を実現する実施の形態を、請求項１から請求項４に対応する実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の顔面検出装置をドアミラー角調整装置に応用したシステムブロック図である。
ドアミラー角調整装置１は、IR温度検出部２、温度分布補完部３、顔位置演算部４、ドアミラー回転角演算部５、ドアミラーモータ制御部６を主要な構成にしている。

図２は実施例１の顔面検出装置のIR温度検出部２とサーモパイルモジュール７のブロック図である。
サーモパイルモジュール７は、レンズ７１、サーモパイルユニット７２、スキャン部７３、増幅部７４、を主要な構成とする。
レンズ７１は、サーモパイルユニット７２の前方に配置され、検出エリア８から放射される赤外線をサーモパイルユニット７２に集光する。
サーモパイルユニット７２は、赤外線を検出するサーモパイル素子７２１を、マトリクス状に配置したものである。

スキャン部７３は、サーモパイル素子７２１からの出力信号をアドレス信号によって選択する。
増幅部７４は、スキャン部７３で選択される素子の出力信号を増幅する。

IR温度検出部２は、信号出力部２１、マルチプレクサ２２、AD変換部２３、温度演算部２４を備えている。
信号出力部２１は、所定のタイミングでスキャン部７３にサーモパイル素子７２１のマトリクス配列のアドレス信号を出力する。
マルチプレクサ２２は、増幅部７４からの出力信号を受け取り、サーモパイル素子７２１のマトリクス状の選択・切替を行う。
AD変換部２３は、マルチプレクサ２２で選択される素子の増幅された信号をAD変換する。
温度演算部２４は、AD変換された測定値から測定温度を演算する。なお、マルチプレクサ２２の選択・切替により、温度演算部２４は温度分布を演算することになる。

温度分布補完部３は、離散温度から温度分布を補完する。
顔位置演算部４は、顔の位置及び顔の中心位置を演算する。
ドアミラー回転角演算部５は、演算した顔の位置に合わせたドアミラーの回転角を演算する。
ドアミラーモータ制御部６は、演算したドアミラーの回転角に従って、ドアミラーのモータを駆動制御する。

次に作用を説明する。
[顔の位置に合わせたドアミラーの角度を変更する処理]
図３に示すのは、実施例１の顔面検出装置を用いて、ドアミラーの角度を変更する処理の流れを示す説明図である。
まず、IR温度検出部２により、温度が検出され、内部離散データが生成されると、離散温度から温度分布を補完する。
次に、補完された温度分布から顔の位置、及び顔の中心位置を演算し、演算結果の顔の位置、顔の中心位置からドアミラーの角度を変更する。
その後は、ドライバが左に移動すると、これにより内部離散データが変化し、温度分布が再度補正される。

[顔の位置検出作用]
図４に示すのは、実施例１の顔面検出装置において、顔の位置を検出する状態の説明図である。
図４において、サーモパイル素子７２１の横方向の画素数をＮとし、Ｎ画素での温度検出幅をＷとする。また、顔ｆの幅を３００ｍｍとし、顔の温度分布検出画素数をＭとすると、Ｗ：３００＝Ｎ：Ｍとなり、Ｍ＝３００Ｎ／Ｗとなる。
このことから、画像処理によりＭの温度分布を検出すれば顔の位置を算出することができる。これにより、顔の位置が演算で算出される。

[顔の中心位置検出作用]
図５に示すのは、実施例１の顔面検出装置において、顔の中心を検出する際の微分値の状態を示す説明図である。
実施例１では、サーモパイル素子７２１の数を横に８画素配置したものとする。
顔の中心を検出するには、まず、ワーキング領域を確保するために、８画素（＃１〜＃８）の場合、＃１から＃８の温度データを格納した後、＃８の隣のワーキング領域（メモリ）に内気温を格納しておく。
次に、温度分布の微分値を算出する。この際には、計算量を減らすため、隣の画素との差分を微分とする。
微分値を＃１から探索し、微分値（閾値）が＋（プラス）から−（マイナス）に変化している（室温が顔温度より低い場合）区間を検出し、０クロス点を算出し、顔中心位置とする。なぜならば、微分係数０は温度極大となるからである。つまり、図５において、０＋｛ａ／（ａ＋ｂ）｝×（ｐ−０）となる。
このようにして、実施例１では、サーモパイル素子７２１の数を少ないものにしながらも、顔面中心を連続値で示される位置として確実に得ることができる。

図６はサーモパイルモジュール７の＃１〜＃８までの各画素の温度分布測定値と、その微分値を４つの場合に関して示すグラフ図である。
図６(a)は人が居ない場合であり、図６(b)は人が左寄り中央に居る場合、図６(c)は人が右寄り中央に居る場合である。図６(b),(c)に示すように微分値の０クロス点により、サーモパイル素子＃５の中心位置に対してサーモパイル素子間となる左寄り位置、右寄り位置が精度よく演算で得られる。図６(d)は＃８方向に居る場合である。

[ドアミラーの移動角度算出作用]
図７(a)に示すのは、ドライバが顔を正面から左に移動させた状態の演算の説明図である。
図７(a)において、ドライバの顔がIRセンサ正面のX1から左方向のX2へ移動したとする。Ｌをサーモパイルモジュール７からドライバ顔面までの距離とする。なお、このＬは、ドライビングポジションセンサから取得するのが望ましい。さらに、θ０を温度分布から得られたドライバの方向とする。上記説明のＭは、Ｍ＝Ｌ×tanθ０より算出される。
ここで、右ミラーの移動角度をθ１とし、図７(b)に示すようにθ２、θ３、Ｌ２、Ｍ２を設定すると、θ３＝tan^-1（Ｍ２／（Ｌ＋Ｌ２））、θ２＝tan^-1（（Ｍ２＋Ｍ）／（Ｌ＋Ｌ２））となり、θ１は、θ１＝θ３−θ２より算出される。
よって、ドライバの顔がIRセンサ正面のX1から左方向のX2へ移動した場合、右のドアミラーを駆動するモータをθ１だけ回転させることで、対応できる。

[ドアミラーの角度が顔の位置に応じて変化する作用]
実施例１のドアミラー角調整装置１では、ドライバの顔位置に対して、８画素のサーモパイル素子７２１（IRセンサ素子）が図３、図４に示すような測定範囲により、温度分布の測定を行う。
この場合には、顔全体の位置、顔中心の位置が測定される。ドアミラーの制御には、顔中心の位置を用いるが、ノイズ等の異常に対しては、顔全体の位置を検出していることにより、データが信頼性高く用いられる。

ここで、顔中心について説明しておく。実施例１での測定の範囲は、おおむね顔の額から鼻ぐらいまでとなる。すると、鼻すじと左右、もしくは鼻すじを境に左右で、温度の変化が大きくなる。その理由は、日光の当たり方などによるものである。そのため、温度分布の微分値の０クロス点を取ると顔中心が精度よく求められる。これにより、測定する画素数が少なく、顔中心が画素中間にあっても精度よく顔中心位置が求められるのである。なお、顔中心は、両目の間を意味するものとすることができるため、アイポイントを求めるのと同等の効果を得ることができる。実施例１のように、ドアミラーを制御するのは、顔中心をアイポイントに等しいとする用い方である。

実施例１では、ドライバが顔位置を変更すると、その顔中心の変化量が演算され、ドアミラー角度が変更されることにより、ドライバは、顔の位置を変更する前と同様に後方を見ることができるのである。
例えば、狭い道路を通る場合、余裕なく対向車とすれ違う場合、駐車の場合など、よく見るために顔を左右に移動させたような場合、従来にあっては、ドアミラーの角度は変わらないため、後方をドアミラーで容易に確認することができなかった。顔をもとの位置に戻して後方を見るか顔を後方に向けるしかなかった。そのため、狭い道路を通る場合、余裕なく対向車とすれ違う場合、駐車の場合などの場合には、顔を頻繁に動かして確認しながら運転しなければならなかった。

しかしながら、実施例１では、顔を左右位置に動かした状態において、そのままの位置でドアミラーを見れば、後方がよく確認できるのである。そのため、困難な状況の運転が非常に容易になる。

次に、効果を説明する。
実施例１の顔面検出装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。なお、(1)〜(4)は、それぞれ請求項１〜４に対応している。

(1)顔面から放出される赤外線を帯状に分布して検出する複数のサーモパイル素子７２１と、検出結果から温度分布を演算するIR温度検出部２及び温度分布補完部３と、温度分布の微分値から顔面中心を演算する顔位置演算部４とを備えるため、回路コストを低減し、少ない画素で確実に顔面の中心を演算することができる。

(2)顔位置演算部４は、複数のサーモパイル素子７２１のうち、顔面の温度分布を検出した数により顔面全体の位置を演算するため、顔面全体の位置範囲を把握することができ、顔面中心の演算値を補助することが、少ない画素の検出で達成できる。

(3)顔位置演算部４は、温度分布の微分値が０とクロスする位置から顔面中心を演算するため、容易で確実な演算判定により、回路コストを低減し、少ない画素で確実に顔面の中心を演算することができる。

(4)IR温度検出部２、温度分布補完部３、顔位置演算部４は、ドアミラー角調整装置１を構成するものとして、車両に設けられるものであって、顔面中心位置とドアミラーの位置から、顔面位置の移動があった際のドアミラーの移動角度を演算するドアミラー回転角演算部５を設けて、顔面位置を移動しても最適なドアミラー角度が得られるようにしたため、駐車等のドアミラーを用いる場合の運転が容易になるよう補助することができる。

以上、本発明の顔面検出装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
赤外線を帯状に分布して検出する複数の素子は、素子を１列又は複数列に並べたものでよく、また、くし歯状に並べたものであってもよい。
実施例では、右側のドアミラーについて説明しているが、顔面の位置移動に応じて、左右のドアミラーの角度を変えるのが望ましい。

本願の顔面検出装置は、車の座席のように人が座る場合や、決められた位置に立つ場合など、有る程度、顔面の位置がわかる場合に容易に用いることができる。

実施例１の顔面検出装置をドアミラー角調整装置に応用したシステムブロック図である。 実施例１の顔面検出装置のIR温度検出部とサーモパイルモジュールのブロック図である。 実施例１の顔面検出装置を用いて、ドアミラーの角度を変更する処理の流れを示す説明図である。 実施例１の顔面検出装置において、顔の位置を検出する状態の説明図である。 実施例１の顔面検出装置において、顔の中心を検出する際の微分値の状態を示す説明図である。 サーモパイルモジュールの＃１〜＃８までの各画素の温度分布測定値と、その微分値を４つの場合に関して示すグラフ図である。 ドライバが顔を正面から左に移動させた状態のドライバ方向、ドアミラー移動角度の演算の説明図である。

符号の説明

１ ドアミラー角調整装置
２ IR温度検出部
２１ 信号出力部
２２ マルチプレクサ
２３ 変換部
２４ 温度演算部
３ 温度分布補完部
４ 顔位置演算部
５ ドアミラー回転角演算部
６ ドアミラーモータ制御部
７ サーモパイルモジュール
７１ レンズ
７２ サーモパイルユニット
７２１ サーモパイル素子
７３ スキャン部
７４ 増幅部
８ 検出エリア
ｆ 顔

Claims (4)

1. 顔面から放出される赤外線を帯状に分布して検出する複数の素子と、
   検出結果から温度分布を演算する温度分布演算手段と、
   温度分布の微分値から顔面中心を演算する顔面中心演算手段と、
   を備えることを特徴とする顔面検出装置。
2. 請求項１に記載の顔面検出装置において、
   複数の前記素子のうち、顔面の温度分布を検出した数により顔面全体の位置を演算する顔面全***置演算手段を設けた、
   ことを特徴とする顔面検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の顔面検出装置において、
   前記顔面中心演算手段は、
   温度分布の微分値が０とクロスする位置から顔面中心を演算する、
   ことを特徴とする顔面検出装置。
4. 請求項１〜請求項３に記載の顔面検出装置は、車両に設けられるものであって、
   顔面中心位置とドアミラーの位置から、顔面位置の移動があった際のドアミラーの移動角度を演算するドアミラー移動角度演算手段を設けて、顔面位置を移動しても最適なドアミラー角度が得られるようにした、
   ことを特徴とする顔面検出装置。

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