(57)【要約】  覚醒度判定装置（１００）は、生成部（１２０）と、算出部（１３０）と、特定部（１４０）と、判定部（１８０）とを有する。生成部（１２０）は、被験者の心拍を示す心拍信号に基づき、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成する。算出部（１３０）は、心拍間隔変動データに対して、所定幅の周波数を通過させるバンドパスフィルタを周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に適用し、当該バンドパスフィルタを適用した周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する。特定部（１４０）は、算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する。判定部（１８０）は、特定された特徴点に基づき、前記被験者の覚醒度を判定する。
2013140525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の心拍を示す心拍信号に基づき、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成する生成部と、
前記心拍間隔変動データに対して、所定幅の周波数を通過させるバンドパスフィルタを周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に適用し、当該バンドパスフィルタを適用した周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する算出部と、
前記算出部により算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する特定部と、
前記特定部により特定された特徴点に基づき、前記被験者の覚醒度を判定する判定部と、
を有することを特徴とする覚醒度判定装置。
【請求項２】
前記算出部は、前記バンドパスフィルタを適用する周波数帯域の一部を重複させて周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の覚醒度判定装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記所定幅として、前記覚醒度の変化に応じて前記特徴点が変化する周波数幅分の周波数を通過させるバンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の覚醒度判定装置。
【請求項４】
前記算出部は、ＨＦ成分の周波数範囲について、周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に前記バンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の覚醒度判定装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記心拍間隔変動データからスペクトル密度を算出し、算出されたスペクトル密度に極大点が存在しない場合に、前記バンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の覚醒度判定装置。
【請求項６】
コンピュータに、
被験者の心拍を示す心拍信号に基づき、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成し、
前記心拍間隔変動データに対して、所定幅の周波数を通過させるバンドパスフィルタを周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に適用し、当該バンドパスフィルタを適用した周波数帯域毎にスペクトル密度を算出し、
算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定し、
特定された特徴点に基づき、前記被験者の覚醒度を判定する
各処理を実行させるための覚醒度判定プログラム。
【請求項７】
コンピュータが、
被験者の心拍を示す心拍信号に基づき、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成し、
前記心拍間隔変動データに対して、所定幅の周波数を通過させるバンドパスフィルタを周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に適用し、当該バンドパスフィルタを適用した周波数帯域毎にスペクトル密度を算出し、
算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定し、
特定された特徴点に基づき、前記被験者の覚醒度を判定する
各処理を実行することを特徴とする覚醒度判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、覚醒度判定装置、覚醒度判定プログラムおよび覚醒度判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被験者の生体情報を用いることで、被験者に負担をかけることなく被験者の覚醒度を判定する技術がある。例えば、被験者の心拍信号から周波数解析によって算出されるスペクトル密度が極大となる特徴点の変化を追跡することで、被験者の覚醒度を判定する従来技術がある。例えば、この従来技術を車両に適用することで、運転者の覚醒度を判定し、危険性を報知することができる。【０００３】
この従来技術により被験者の覚醒度を判定するためには、特徴点が安定して得られることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５５０７２号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０６５７２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、心拍信号から周波数解析によって算出される特徴点が不明確になり、被験者の覚醒度を判定できなくなる場合があるという問題があった。【０００６】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、被験者の覚醒度を判定できる覚醒度判定装置、覚醒度判定プログラムおよび覚醒度判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の開示する覚醒度判定装置は、生成部と、算出部と、特定部と、判定部とを有する。生成部は、被験者の心拍を示す心拍信号に基づき、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成する。算出部は、心拍間隔変動データに対して、所定幅の周波数を通過させるバンドパスフィルタを周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に適用し、当該バンドパスフィルタを適用した周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する。特定部は、算出部により算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する。判定部は、特定部により特定された特徴点に基づき、前記被験者の覚醒度を判定する。
【発明の効果】
【０００８】
本願の開示する覚醒度判定装置によれば、被験者の覚醒度を判定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施例１にかかる覚醒度判定装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、検出部により検出される心拍信号の一例を示す図である。
【図３】図３は、生成部が心拍間隔を算出する処理を説明するための図である。
【図４】図４は、生成部により生成される心拍間隔変動データの一例を示す図である。
【図５】図５は、算出部により生成されるスペクトル密度データの一例を示す図である。
【図６】図６は、周波数帯域の特徴を説明するための図である。
【図７】図７は、極大点が複数存在する一例を示す図である。
【図８】図８は、極大点が不明確な状態のスペクトル密度データの一例を示す図である。
【図９】図９は、バンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する処理を説明するための図である。
【図１０】図１０は、極大周波数、極大スペクトル密度、スペクトル波形の幅の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、極大周波数を時系列で表した図である。
【図１２】図１２は、極大スペクトル密度を時系列で表した図である。
【図１３】図１３は、覚醒時の極大周波数と非覚醒時の極大周波数との相関関係を示す図である。
【図１４】図１４は、覚醒時の極大スペクトル密度と非覚醒時の極大スペクトル密度との相関関係を示す図である。
【図１５】図１５は、設定部により設定されるスケールの一例を示す図である。
【図１６】図１６は、設定部がスケールを設定する処理を説明するための図である。
【図１７】図１７は、補正部が基準点を補正する処理を説明するための図である。
【図１８】図１８は、拡張部がスケールを全体的に拡張する処理を説明するための図である。
【図１９】図１９は、拡張部がスケールを部分的に拡張する処理を説明するための図である。
【図２０】図２０は、特定処理の手順を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、眠気レベル判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、危険度判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、覚醒度判定プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本願の開示する覚醒度判定装置、覚醒度判定プログラムおよび覚醒度判定方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。そして、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００１１】
［覚醒度判定装置１００の構成］
本実施例１にかかる覚醒度判定装置の構成の一例について説明する。図１は、本実施例１にかかる覚醒度判定装置の構成を示す図である。覚醒度判定装置１００は、被験者の覚醒度を判定する装置であり、例えば、コンピュータである。図１に示すように、この覚醒度判定装置１００は、検出部１１０と、生成部１２０と、算出部１３０と、特定部１４０と、推定部１５０と、設定部１６０とを有する。また、覚醒度判定装置１００は、記憶部１７０と、判定部１８０と、受付部１９０と、補正部２００と、拡張部２１０と、出力部２２０とをさらに有する。【００１２】
検出部１１０は、被験者の心拍信号を検出する。例えば、検出部１１０は、被験者に接触する電極に対して電圧を印加し、被験者の心拍信号を各電極の電位差から取得する。なお、被験者は、例えば、車両を運転する運転者に対応する。また、検出部１１０によって用いられる電極は、例えば、車両のハンドルに埋め込まれた電極に対応する。また、例えば、覚醒度判定装置１００を腕時計型の小型機器として構成する場合、検出部１１０によって用いられる電極は、腕時計型の小型機器に埋め込まれた電極に対応する。【００１３】
図２は、検出部により検出される心拍信号の一例を示す図である。図２の横軸は時間の経過を示し、縦軸は心電の強さを示す。図２に示すように、健常者の心電信号は、一般的に４つの波形を有し、時系列順にＰ波、ＱＲＳ波、Ｔ波、Ｕ波と呼ばれる。特に、ＱＲＳ波は、鋭角なピークとして検出され、ピーク開始点であるＱ波、ピーク頂点であるＲ波、ピーク終了点であるＳ波を含む。Ｐ波からＵ波までの各波形一回分は、心拍一回分に対応する。Ｒ波から次のＲ波までの間隔として算出されるＲ−Ｒインターバル２ａは、心拍の時間間隔を示す心拍間隔に対応する。検出部１１０は、検出した心拍信号のデータを心拍信号データとして生成部１２０に出力する。【００１４】
生成部１２０は、被験者の心拍信号データに基づき、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成する。以下において、生成部１２０が実行する処理を詳細に説明する。生成部１２０は、検出部１１０により入力された心拍信号データから心拍間隔を算出する。図３は、生成部が心拍間隔を算出する処理を説明するための図である。図３の横軸は時間の経過を示し、縦軸は心電の強さを示す。【００１５】
図３に示すように、生成部１２０は、心拍信号の振幅が閾値以上となる振幅ピークをＲ波として検出する。そして、生成部１２０は、Ｒ波を検出するごとに、検出した各Ｒ波の出現時間から心拍間隔３ａを算出する。なお、振幅ピークの検出方法は、上述の方法に限定されるものではない。例えば、生成部１２０は、心拍信号の微分係数が正から負に変わるゼロクロス点を用いる方法や、振幅波形につきパターンマッチングを行って振幅ピークを検出する方法などを用いても良い。【００１６】
生成部１２０は、算出した心拍間隔に基づいて、心拍間隔の時間経過による変化を示す心拍間隔変動データを生成する。図４は、生成部により生成される心拍間隔変動データの一例を示す図である。図４の横軸は時間の経過を示し、縦軸は心拍間隔を示す。図４に示すように、例えば、算出部１３０は、算出した心拍間隔とＲ波の検出時間とを対応づけた心拍間隔変動データを生成する。【００１７】
算出部１３０は、被験者の覚醒度を示す特徴量を算出する。例えば、算出部１３０は、心拍間隔変動データに対して周波数解析を行うことで、周波数ごとのスペクトル密度を算出する。例えば、算出部１３０は、Auto  Regressive（ＡＲ）モデルを用いてスペクトル密度を算出する。ＡＲモデルは、非特許文献（佐藤俊輔、吉川昭、木竜徹、“生体信号処理の基礎”、コロナ社）などに開示されているように、ある時点の状態を過去の時系列データの線形和で表すモデルである。ＡＲモデルは、フーリエ変換と比較して少ないデータ数でも明瞭な極大点が得られるという特徴がある。【００１８】
例えば、時系列ｘ（ｓ）のｐ次のＡＲモデルは、過去の値に対する重みであるＡＲ係数ａ（ｍ）及び誤差項ｅ（ｓ）を用いて以下の式（１）によって表される。なお、理想的には、ｅ（ｓ）は、ホワイトノイズである。【００１９】
【数１】
2013140525.tif 000003
【００２０】
そして、ｐを同定次数、ｆｓをサンプリング周波数、εｐを同定誤差とし、以下に示す（２）をｋ次のＡＲ係数とする。【００２１】
【数２】
2013140525.tif 000004
【００２２】
この場合、スペクトル密度ＰＡＲ（ｆ）は、以下の式（３）によって表される。【００２３】
【数３】
2013140525.tif 000005
【００２４】
算出部１３０は、式（３）及び心拍間隔変動データに基づいて、スペクトル密度を算出する。なお、スペクトル密度の算出方法は、上述の方法に限定されるものではない。例えば、算出部１３０は、フーリエ変換を用いることでスペクトル密度を算出しても良い。【００２５】
算出部１３０は、スペクトル密度を算出するごとに、周波数ごとのスペクトル密度を示すスペクトル密度データを生成する。図５は、算出部により生成されるスペクトル密度データの一例を示す図である。図５の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。【００２６】
ところで、スペクトル密度には、周波数帯域に次のような特徴がある。図６は、周波数帯域の特徴を説明するための図である。図６の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。例えば、０．０５〜０．１５Ｈｚ近辺の領域に現れるスペクトル密度の成分は、交感神経の活動状態を反映するLow  Frequency（ＬＦ）成分である。また、例えば、０．１５〜０．４Ｈｚ近辺の領域に現れるスペクトル密度の成分は、副交感神経の活動状態を反映するHigh  Frequency（ＨＦ）成分である。【００２７】
算出部１３０は、スペクトル密度データのスペクトル密度が極大となる極大点を取得する。例えば、算出部１３０は、以下の（４）式となる周波数ｆを極大点の周波数として算出し、この極大点の周波数を式（３）に代入することによって極大点のスペクトル密度を算出する。【００２８】
【数４】
2013140525.tif 000006
【００２９】
算出部１３０は、ＨＦ成分に含まれる極大点を取得する。図５に示す例では、算出部１３０は、極大点５を取得する。なお、以下の説明では、極大点の周波数を「極大周波数」と表記し、極大点のスペクトル密度を「極大スペクトル密度」と表記する。一方、極大点が複数存在する場合、次のように極大点を選択する。図７は、極大点が複数存在する一例を示す図である。図７の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図７に示す例では、４つの極大点５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが存在する。算出部１３０は、４つの極大点５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを取得する。【００３０】
算出部１３０は、取得した極大点５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄのうち、ＨＦ成分に含まれる極大点を１つ選択する。図７に示すように、ＨＦ成分に極大点が複数含まれる場合には、算出部１３０は、最も周波数が低い極大点５ｂを選択する。これは、ＨＦ成分に含まれる極大点のうち低周波側の極大点は、呼吸の状態を反映するからである。これに対して、高周波側の極大点は、呼吸の状態を反映するものの、呼吸以外、例えば、体動によっても影響を受けてしまう。一般的に、眠気が強い非覚醒時には、被験者の呼吸がゆるやかになるため、呼吸の状態をよりよく反映する成分の極大点を選択することで、被験者の眠気をより正確に判定できると考えられる。【００３１】
ところで、心拍間隔変動データにより示される心拍間隔の変化には、副交感神経の他にも交感神経活動や体動等によるノイズ等の成分が含まれる。例えば、ストレスや眠気との格闘によって交感神経活動が活性化されＬＦ成分が増大する状態や、体動などによるノイズ成分が増えた状態では、それらの成分の影響によって、極大点が不明確になり、眠気指標値を得られないことがある。図８は、極大点が不明確な状態のスペクトル密度データの一例を示す図である。図８の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図８の例では、スペクトル密度の変化がなだらかな状態となり、極大点が存在しない。このようなスペクトル密度の変化がなだらかな状態は、被験者がなんらかの特定の状態にある場合に現れるわけではなく、被験者の状態との因果関係を見いだせない。そして、このようなスペクトル密度の変化がなだらかな状態となった場合は、極大点が存在しないため、被験者の眠気の状態を判定できない。【００３２】
そこで、算出部１３０は、算出されたスペクトル密度のＨＦ成分に極大点が存在しない場合に、バンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する。例えば、算出部１３０は、心拍間隔変動データに対して、所定幅の周波数を通過させるバンドパスフィルタを周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に適用し、バンドパスフィルタを適用した周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する。【００３３】
バンドパスフィルタは、ピークが不明瞭なスペクトルに対して、適切に適用するとスペクトルのパワーが大きくなり、一方、外れているとパワーが小さくなるという傾向がある。このため、算出部１３０は、バンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する。これにより、スペクトル密度のピークが検出しやすくなる。このバンドパスフィルタは、通過する周波数幅が、覚醒度の変化に応じて後述の特徴点が変化する周波数分の幅とすることが好ましい。覚醒度の変化に応じて後述の特徴点は、０．１〜０．２Ｈｚ程度変化する。本実施例では、バンドパスフィルタの通過する周波数幅を０．２Ｈｚとするが、これに限定されものではない。バンドパスフィルタの通過する周波数幅は、覚醒度判定装置１００を利用する者が任意の値に設定しても良い。【００３４】
また、算出部１３０は、バンドパスフィルタを適用する周波数帯域の一部を重複させて周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する。例えば、算出部１３０は、心拍間隔変動データに対して、バンドパスフィルタの通過する周波数幅よりも小さい刻み幅でＨＦ成分の周波数範囲について適用する帯域を変えてバンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する。本実施例では、バンドパスフィルタの通過する周波数幅０．２Ｈｚよりも小さい０．０１Ｈｚを刻み幅とするが、これに限定されるものではない。バンドパスフィルタの刻み幅は、覚醒度判定装置１００を利用する者が任意の値に設定しても良い。算出部１３０は、ＨＦ成分の周波数範囲について、０．０１Ｈｚずつスライドさせてバンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する。図９は、バンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する処理を説明するための図である。図９の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図９の例は、０．２８〜０．５Ｈｚの周波数範囲について、通過する周波数幅が０．２Ｈｚのバンドパスフィルタを０．０１Ｈｚの刻み幅で適用してスペクトル密度を算出した結果を示す。【００３５】
特定部１４０は、特徴点を特定する。例えば、特定部１４０は、算出部１３０により算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する。図９の例では、特定部１４０は、算出された各周波数帯域のスペクトル密度を比較して、ＨＦ成分の周波数範囲でスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する。なお、特徴点の特定方法は、上述の方法に限定されるものではない。例えば、特定部１４０は、算出部１３０により算出された各周波数帯域毎のスペクトル密度の各最大値をスプライン補間などの補間により補間してスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する方法などを用いても良い。【００３６】
算出部１３０は、ＨＦ成分に含まれる極大点が取得できた場合、取得した極大点における極大周波数及び極大スペクトル密度を特徴量として算出する。また、算出部１３０は、極大点より一定の高さＬにおけるスペクトル波形の幅Ｐｗの値を取得する。この高さＬは、固定値としてもよく、半値幅などピークの高さの所定の割合としてもよい。また、高さＬは、覚醒度判定装置１００を利用する者が任意の値に設定しても良い。一方、算出部１３０は、ＨＦ成分に含まれる極大点が取得できなかった場合、バンドパスフィルタを適用して各周波数帯域毎に算出したスペクトル密度のピークとなる特徴点における極大周波数及び極大スペクトル密度を特徴量として算出する。また、算出部１３０は、各周波数帯域毎に算出したスペクトル密度の各最大値をスプライン補間などの補間により補間し、スペクトル密度のピークとなる特徴点より一定の高さＬにおけるスペクトル波形の幅Ｐｗの値を取得する。図１０は、極大周波数、極大スペクトル密度、スペクトル波形の幅の一例を示す図である。図１０の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図１０の例では、極大周波数がＰＦとして示され、極大スペクトル密度がＰＨとして示され、極大点より一定の高さＬにおけるスペクトル波形の幅がＰＷとして示されている。【００３７】
図１１は、極大周波数を時系列で表した図である。図１１の横軸は時間の経過を示し、縦軸は周波数を示す。図１２は、極大スペクトル密度を時系列で表した図である。図１２の横軸は時間の経過を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。算出部１３０が１０秒間隔でスペクトル密度データを算出する場合には、図１１及び図１２に示す時系列方向の点の間隔は１０秒間隔である。図１１及び図１２に示すように、算出部１３０は、一定時間ごとに極大周波数及び極大スペクトル密度を算出する。【００３８】
図１の説明に戻る。推定部１５０は、覚醒時の特徴量と非覚醒時の特徴量との間の相関関係に基づいて、算出部１３０により算出された特徴量から非覚醒時の特徴量を推定する。例えば、推定部１５０は、極大周波数及び極大スペクトル密度が、覚醒時と非覚醒時とで相関することを用いて、運転開始から数分間の値から非覚醒時の値を推定する。ここで、運転開始から数分間の値を用いるのは、この時間帯には運転者は起きていると考えられるので、覚醒時の特徴量を確実に取得できるからである。【００３９】
ここで、推定部１５０が用いる相関関係について説明する。図１３は、覚醒時の極大周波数と非覚醒時の極大周波数との相関関係を示す図である。図１３の横軸は非覚醒時の極大周波数を示し、縦軸は覚醒時の極大周波数を示す。図１４は、覚醒時の極大スペクトル密度と非覚醒時の極大スペクトル密度との相関関係を示す図である。図１４の横軸は非覚醒時の極大スペクトル密度を示し、縦軸は覚醒時の極大スペクトル密度を示す。【００４０】
図１３及び図１４は、ドライビングシミュレータを用いて被験者の心拍信号を取得する実験を行った実験結果の一例である。図１３及び図１４に示すように、各被験者の覚醒時の値と非覚醒時の値とをプロットすると、回帰直線が得られる。この実験結果は、極大周波数及び極大スペクトル密度が覚醒時と非覚醒時とで相関することを示す。なお、図１３及び図１４に示す例では、極大周波数の相関係数は０．７８であり、極大スペクトル密度の相関係数は０．８５である。【００４１】
例えば、推定部１５０は、極大周波数及び極大スペクトル密度を算出部１３０から取得する。被験者のスケールが設定されていない場合には、推定部１５０は、取得した極大周波数及び極大スペクトル密度を基準点として設定する。推定部１５０は、設定した基準点の極大周波数及び極大スペクトル密度を、図１３及び図１４に示した回帰直線の式に代入することで、非覚醒時の極大周波数及び極大スペクトル密度を算出する。そして、推定部１５０は、算出した非覚醒時の極大周波数及び極大スペクトル密度を推定点とし、基準点と推定点とを設定部１６０に出力する。一方、被験者のスケールが設定されている場合には、推定部１５０は、取得した極大周波数及び極大スペクトル密度を拡張部２１０に出力する。【００４２】
また、推定部１５０は、後述する補正部２００により基準点が補正された場合には、補正後の基準点を用いて推定点を推定する。そして、推定部１５０は、基準点と推定点とを設定部１６０に出力する。【００４３】
設定部１６０は、算出部１３０により算出された特徴量から推定部１５０により推定された特徴量までの範囲を覚醒度の指標として設定する。例えば、設定部１６０は、基準点から推定点までの間で周波数及びスペクトル密度が変化しうる範囲を覚醒度の指標となるスケールとして設定する。【００４４】
ここで、設定部１６０により設定されるスケールについて説明する。図１５は、設定部により設定されるスケールの一例を示す図である。図１５の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図１５に示す例では、スケール１０ａは、眠気方向１０ｂに示すように、右上ほど眠気がなく、左下ほど眠気が強くなるように設定される。この場合、スケール１０ａは、右上から左下へと５つの領域に分割され、５つの領域それぞれに５段階の眠気レベルが割り当てられる。つまり、スケール１０ａにより判定される眠気レベルは、レベル１からレベル５の順に眠気が強くなり、覚醒度が低くなる。設定部１６０は、図１５に示すように、正規化されたスケール１０ａを保持する。設定部１６０により設定されるスケールのデータは、例えば、スケール内の各領域の境界を示す式と眠気レベル値とを含むデータである。なお、図１５では、正規化されたスケール１０ａの各領域の幅が等間隔である場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、正規化されたスケール１０ａの各領域の幅は、眠気レベルが高くなるほど狭くなるように調整されても良い。また、スケールのデータは、上述の構成に限定されるものではなく、例えば、基準点の周波数及びスペクトル密度と、推定点の周波数及びスペクトル密度とで構成されても良い。【００４５】
続いて、設定部１６０がスケールを設定する処理を説明する。図１６は、設定部がスケールを設定する処理を説明するための図である。図１６の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図１６に示すように、設定部１６０は、基準点１１ａの値と推定点１１ｂの値とを用いて、正規化されたスケール１１ｃを設定する。例えば、設定部１６０は、基準点１１ａの周波数に正規化されたスケール１１ｃの周波数の最大値を対応させる。設定部１６０は、基準点１１ａのスペクトル密度に正規化されたスケール１１ｃのスペクトル密度の最小値を対応させる。設定部１６０は、推定点１１ｂの周波数に正規化されたスケール１１ｃの周波数の最小値を対応させる。設定部１６０は、推定点１１ｂのスペクトル密度に正規化されたスケール１１ｃのスペクトル密度の最大値を対応させる。設定部１６０は、対応させたスケール１１ｃを５等分し、眠気レベルに対応する各領域を設定する。設定部１６０は、設定したスケール１１ｃの各領域の境界を示す式を算出することで、被験者のスケール１１ｃを設定する。そして、設定部１６０は、設定したスケールを記憶部１７０に格納する。【００４６】
図１の説明に戻る。記憶部１７０は、設定部１６０により設定された覚醒度の指標を記憶する。例えば、記憶部１７０は、設定部１６０により設定された被験者のスケールを、被験者を識別する識別情報に対応付けて記憶する。【００４７】
判定部１８０は、算出部１３０により算出された特徴量と、設定部１６０により設定された覚醒度の指標とを比較することで、被験者の覚醒度を判定する。例えば、判定部１８０は、被験者による識別情報の入力を受け付けて、識別情報に対応するスケールを記憶部１７０から読み出す。そして、判定部１８０は、算出部１３０により算出された極大点がスケールのどの領域に含まれるかを判定する。具体的には、例えば、判定部１８０は、スケールの各領域を表す式に極大点の極大周波数及び極大スペクトル密度を代入することで、算出された極大点が含まれる領域を判定する。そして、判定部１８０は、極大点が含まれると判定された領域に応じて、被験者の眠気レベルを判定する。なお、識別情報の受け付け方法は、上述の方法に限定されるものではない。例えば、判定部１８０は、現在の被験者を撮影したカメラ画像から識別情報を取得する方法や、心拍信号のうち個人に特徴的な領域を用いて判定する方法などを利用しても良い。【００４８】
また、判定部１８０は、算出部１３０により算出された特徴量および判定された眠気レベルを用いて被験者の状態や危険度を判定する。例えば、判定部１８０は、算出部１３０により算出された極大周波数、極大スペクトル密度、スペクトル波形の幅を前の時間に算出された極大周波数、極大スペクトル密度、スペクトル波形の幅と比較して被験者の状態を判定する。比較する前の時間は、直近であってもよく、数個前に算出されたものでもよく、数秒から数分など一定時間前としてもよい。また、比較する前の時間は、この例示に限定されるものではなく、覚醒度判定装置１００を利用する者が任意の値に設定しても良い。例えば、判定部１８０は、極大周波数が前の時間の極大周波数以下であり、極大スペクトル密度が前の時間の極大スペクトル密度以下、かつ、スペクトル波形の幅が増加している場合、被験者が眠気との格闘状態と判定する。また、判定部１８０は、極大周波数が前の時間の極大周波数以下であるが、極大スペクトル密度が前の時間の極大スペクトル密度以下では無い、またはスペクトル波形の幅が増加していない場合、被験者が眠気状態と判定する。また、判定部１８０は、極大周波数が前の時間の極大周波数以下ではなく、極大スペクトル密度が前の時間の極大スペクトル密度以上、かつ、スペクトル波形の幅が減少している場合、被験者が集中状態と判定する。また、判定部１８０は、極大周波数が前の時間の極大周波数以下ではないが、極大スペクトル密度が前の時間の極大スペクトル密度よりも増加していない、または、スペクトル波形の幅が減少していない場合、被験者が覚醒状態と判定する。【００４９】
判定部１８０は、判定の結果、被験者が眠気との格闘状態である場合、眠気レベルの変化を判定し、眠気レベルが増加した場合、眠気との格闘によっても覚醒効果が出ていないと判断し、危険度を最も危険な状態である５と判定する。また、判定部１８０は、被験者が眠気との格闘状態であり、眠気レベルが低下した場合、眠気との格闘によって覚醒効果があったとし、危険度を１と判定し、眠気レベルが変わっていなければ、眠気との格闘状態維持として、危険度を２と判定する。また、判定部１８０は、被験者が眠気状態である場合、極大周波数及び極大スペクトル密度の変化に基づいて所定時間前からの眠気レベルの高い方向への推移量を求める。この所定時間は、例えば１０秒とする。この所定時間は、この例示に限定されるものではなく、覚醒度判定装置１００を利用する者が任意の値に設定しても良い。判定部１８０は、推移量が所定量以上か判定し、推移量が所定量以上である場合、眠気方向への変化が早いとし危険度を４と判定し、推移量が所定量以下であった場合は、危険度を３と判定する。そして、判定部１８０は、判定結果を出力部２２０に出力する。【００５０】
受付部１９０は、算出部１３０により算出された特徴量を補正する指示を被験者から受け付ける。例えば、受付部１９０は、タッチパネルに対応する。例えば、受付部１９０は、推定部１５０が基準点を設定すると、被験者に対して現在の眠気レベルを問い合わせる。そして、受付部１９０は、例えば、被験者から受け付けた現在の眠気レベルが「１」でない場合には、受け付けた被験者の現在の眠気レベルを補正部２００に出力する。一方、受付部１９０は、被験者から受け付けた現在の眠気レベルが「１」であるか、被験者から所定の時間内に現在の眠気レベルを受け付けなかった場合には、処理を終了し、推定部１５０が基準点を再び設定するまで待機する。【００５１】
補正部２００は、受付部１９０により受け付けられた指示に基づいて、覚醒度の指標の基準となる特徴量を補正する。例えば、補正部２００は、受付部１９０から受け付けた被験者の現在の眠気レベルに応じて、推定部１５０により設定された基準点の極大周波数及び極大スペクトル密度にそれぞれ所定の値を加算することで、基準点を移動させる。そして、補正部２００は、移動させた基準点を補正後の基準点として設定する。ここで、極大周波数に加算される所定の値は、例えば、「０．０２」であり、極大スペクトル密度に加算される所定の値は、例えば、「−０．２」である。所定の値については、これらの例示に限定されるものではなく、覚醒度判定装置１００を利用する者が被験者の現在の眠気レベルに応じて任意の値に設定しても良い。【００５２】
図１７は、補正部が基準点を補正する処理を説明するための図である。図１７の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図１７に示すように、補正部２００は、例えば、被験者の現在の眠気レベルが「２」である場合には、基準点１２ａの極大周波数に「０．０２」を加算し、極大スペクトル密度に「−０．２」を加算することで、基準点１２ａを基準点１２ｂに移動させる。そして、補正部２００は、基準点１２ｂを補正後の基準点として設定する。なお、基準点１２ｂに基づいて推定された推定点は、推定点１２ｃである。また、基準点１２ｂと推定点１２ｃに基づいて設定されたスケールは、スケール１２ｄである。【００５３】
なお、補正部２００が基準点を補正するのは、被験者の眠気レベルが「１」であると考えられる時点の特徴量を用いて基準点を設定しているものの、必ずしもこの時点の被験者の眠気レベルが「１」であるとは限らないからである。例えば、被験者が眠気を感じている状態で運転を開始すると、推定部１５０は、眠気レベルが「１」でない時点で算出された極大周波数及び極大スペクトル密度を基準点として誤って設定し、さらには誤った基準点を用いて推定点を推定してしまう。このため、補正部２００は、推定点を正確に推定するために、被験者の現在の眠気レベルを受付部１９０から受け付けることで、誤って設定された基準点を補正する。【００５４】
拡張部２１０は、算出部１３０により算出された特徴量が予め設定された覚醒度の指標の範囲外である場合に、覚醒度の指標を拡張する。例えば、拡張部２１０は、算出部１３０により算出された極大周波数及び極大スペクトル密度を推定部１５０から取得すると、取得した値が記憶部１７０に記憶された被験者のスケール外であるか否かを判定する。【００５５】
取得した値がスケール外である場合には、拡張部２１０は、取得した値とスケールとの距離が閾値以上であるか否かを判定する。距離が閾値以上でない場合には、拡張部２１０は、被験者のスケールを拡張し、拡張したスケールを記憶部１７０に格納する。一方、距離が閾値以上である場合には、拡張部２１０は、再び極大周波数及び極大スペクトル密度を取得するまで待機する。なお、ここで用いられる閾値は、心拍信号解析時のエラーを除外するための値であり、例えば、極大周波数の値に対して閾値を０．１とする。これはスケールに対して、極大周波数の値が０．１以上外れている場合、異なる極大点を検出していると判断するためである。閾値については、この例示に限定されるものではなく、覚醒度判定装置１００を利用する者が任意の値に設定しても良い。【００５６】
拡張部２１０がスケールを拡張する処理について説明する。例えば、拡張部２１０は、予め設定されたスケールがスケール外の値を含むようにスケールの各辺を移動させる。そして、拡張部２１０は、各辺に対して正規化したスケールを当てはめてスケールを設定することで、スケールを全体的に拡張する。図１８は、拡張部がスケールを全体的に拡張する処理を説明するための図である。図１８の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図１８に示すように、拡張部２１０は、予め設定されたスケール１３ａがスケール外の値１３ｂを含むようにスケール１３ａの上辺と右辺とを移動させる。そして、拡張部２１０は、各辺に対して正規化したスケールを当てはめてスケール１３ｃを設定することで、スケール１３ａを全体的に拡張する。【００５７】
また、例えば、拡張部２１０は、予め設定されたスケールのうち、スケール外の値に近い領域のみを部分的に拡張する。図１９は、拡張部がスケールを部分的に拡張する処理を説明するための図である。図１９の横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル密度を示す。図１９に示すように、例えば、拡張部２１０は、スケール１４ａの右上方向にスケール外の値１４ｂが存在する場合には、スケール外の値１４ｂに対してレベル１の領域のみを拡張する。また、例えば、拡張部２１０は、スケール１４ａの左下方向にスケール外の値１４ｃが存在する場合には、スケール外の値１４ｃに対してレベル５の領域のみを拡張する。【００５８】
なお、拡張部２１０がスケールを拡張するのは、算出部１３０により算出された極大周波数及び極大スペクトル密度がスケール外である場合には、判定部１８０が眠気レベルを判定できないからである。このため、拡張部２１０は、算出された極大周波数及び極大スペクトル密度がスケール外であっても、眠気レベルを判定するために、スケールを拡張する。【００５９】
出力部２２０は、判定部１８０により判定された判定結果を出力する。出力部２２０は、例えば、モニタやスピーカなどに対応する。なお、出力部２２０は、車両のシステムに出力を行うものとしても良い。出力部２２０は、被験者の覚醒度や、被験者の状態、危険度に応じて各種の出力を行う。例えば、出力部２２０は、被験者の覚醒度が低下した場合や、被験者が眠気との格闘状態である場合、危険度が３の場合、モニタ等により被験者や被験者の周囲の者などに報知する。また、出力部２２０は、被験者がより危険な被験者が眠気状態である場合や、危険度が４以上の場合、スピーカーから警告音を発生させて報知する。また、出力部２２０は、最も危険な危険度が５の場合、車両のシステムに車両の停止を促す信号を出力して車両を停止させる。【００６０】
［処理の流れ］
次に、本実施例に係る覚醒度判定装置１００により特徴点を特定する特定処理の流れを説明する。図２０は、特定処理の手順を示すフローチャートである。この特定処理は、例えば、覚醒度判定装置１００を搭載した車両のシステムが起動したことを契機として実行される。【００６１】
図２０に示すように、生成部１２０は、検出部により検出される心拍信号データを一定時間検出し、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成する（ステップＳ１００）。算出部１３０は、心拍間隔変動データに対して周波数解析を行い、周波数ごとのスペクトル密度を算出する（ステップＳ１０１）。【００６２】
算出部１３０は、算出したスペクトル密度のＨＦ成分に極大点が存在するか判定する（ステップＳ１０２）。極大点が存在する場合（ステップＳ１０２肯定）、算出部１３０は、スペクトル密度が極大となる極大点のうち、ＨＦ成分に含まれる極大点を１つ選択する（ステップＳ１０３）。つまり、算出部１３０は、スペクトル密度を算出するごとに、周波数ごとのスペクトル密度を示すスペクトル密度データを生成し、スペクトル密度データのスペクトル密度が極大となる極大点のうち、ＨＦ成分に含まれる極大点を１つ選択する。算出部１３０は、選択した極大点での特徴量を算出する（ステップＳ１０４）。すなわち、算出部１３０は、選択した極大点での極大周波数、極大スペクトル密度を算出する。また、算出部１３０は、選択した極大点より一定の高さＬにおけるスペクトル波形の幅を算出する。【００６３】
一方、極大点が存在しない場合（ステップＳ１０２否定）、算出部１３０は、心拍間隔変動データに対して、周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域にバンドパスフィルタを適用して周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する（ステップＳ１０５）。特定部１４０は、算出部１３０により算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する（ステップＳ１０６）。算出部１３０は、スペクトル密度のピークとなる特徴点での特徴量を算出する（ステップＳ１０７）。すなわち、算出部１３０は、スペクトル密度のピークとなる特徴点での極大周波数、極大スペクトル密度を算出する。また、算出部１３０は、スペクトル密度のピークとなる特徴点より一定の高さＬにおけるスペクトル波形の幅を算出する。【００６４】
算出部１３０は、処理終了が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。例えば、車両のシステムから処理終了が指示された場合（ステップＳ１０８肯定）、処理を終了する。一方、処理終了が指示されていない場合（ステップＳ１０８否定）、上記ステップＳ１００へ移行する。【００６５】
次に、本実施例に係る覚醒度判定装置１００により眠気レベルを判定する眠気レベル判定処理の流れを説明する。図２１は、眠気レベル判定処理の手順を示すフローチャートである。この眠気レベル判定処理は、例えば、算出部１３０により特徴量を算出される毎に実行される。【００６６】
図２１に示すように、推定部１５０は、算出部１３０により算出された極大周波数及び極大スペクトル密度を算出部１３０から取得する（ステップＳ１１０）。推定部１５０は、被験者のスケールが設定されているか否か判定する（ステップＳ１１１）。被験者のスケールが設定されていない場合には（ステップＳ１１１否定）、推定部１５０は、取得した極大周波数及び極大スペクトル密度をスケールの基準点として設定する（ステップＳ１１２）。【００６７】
推定部１５０は、被験者による眠気レベルの補正を受け付けたか否か判定する（ステップＳ１１３）。被験者による眠気レベルの補正を受け付けなかった場合（ステップＳ１１３否定）、推定部１５０は、非覚醒時における極大周波数及び極大スペクトル密度を推定する（ステップＳ１１４）。つまり、受付部１９０が被験者から受け付けた現在の眠気レベルが「１」であるか、被験者から所定の時間内に現在の眠気レベルを受け付けなかった場合には、設定した基準点の値を回帰直線の式に代入することで非覚醒時の値を算出し、算出した値を推定点とする。そして、推定部１５０は、基準点と推定点とを設定部１６０に出力する。【００６８】
設定部１６０は、推定部１５０から受け付けた基準点と推定点とに基づいて、スケールを設定する（ステップＳ１１５）。つまり、設定部１６０は、推定部１５０から受け付けた基準点１１ａと推定点１１ｂの極大周波数及び極大スペクトル密度から、覚醒時から非覚醒時にかけて変化する周波数及びスペクトル密度の変化量を算出する。設定部１６０は、算出した周波数及びスペクトル密度の変化量に正規化されたスケール１０ａを対応させることで、被験者のスケールを設定する。そして、設定部１６０は、設定したスケールを記憶部１７０に格納する。【００６９】
判定部１８０は、算出部１３０により算出された極大周波数及び極大スペクトル密度と、スケールとを比較することで、被験者の覚醒度を判定する（ステップＳ１１６）。つまり、判定部１８０は、算出部１３０により算出された極大周波数及び極大スペクトル密度が含まれるスケールの領域に応じて、被験者の眠気レベルを判定する。【００７０】
一方、被験者による眠気レベルの補正を受け付けた場合には（ステップＳ１１３肯定）、推定部１５０は、スケールの基準点を補正し（ステップＳ１１７）、ステップＳ１１４に移行する。つまり、補正部２００は、受付部１９０から受け付けた被験者の現在の眠気レベルに応じて、推定部１５０により設定された基準点の極大周波数及び極大スペクトル密度にそれぞれ所定の値を加算することで、基準点を移動させる。そして、補正部２００は、移動させた基準点を補正後の基準点として設定する。【００７１】
一方、被験者のスケールが設定されている場合には（ステップＳ１１１肯定）、推定部１５０は、取得した極大周波数及び極大スペクトル密度を拡張部２１０に出力する。【００７２】
拡張部２１０は、算出部１３０により算出された極大周波数及び極大スペクトル密度を推定部１５０から取得すると、取得した値が記憶部１７０に記憶された被験者のスケール外であるか否かを判定する（ステップＳ１１８）。取得した値がスケール外である場合には（ステップＳ１１８肯定）、拡張部２１０は、取得した値とスケールとの距離が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１９）。距離が閾値以上でない場合には（ステップＳ１１９否定）、拡張部２１０は、被験者のスケールを拡張し（ステップＳ１２０）、ステップＳ１１６に移行する。【００７３】
一方、距離が閾値以上である場合には（ステップＳ１１９肯定）、拡張部２１０は、処理を終了し、再び極大周波数及び極大スペクトル密度を取得するまで待機する。【００７４】
一方、取得した値がスケール外でない場合には（ステップＳ１１８否定）、拡張部２１０は、ステップＳ１１６に移行する。【００７５】
なお、上述した処理手順のうち、基準点を補正する処理であるステップＳ１１３及びステップＳ１１７の処理は、必ずしも実行されなくても良い。つまり、ステップＳ１１２の処理を実行した後に、ステップＳ１１４の処理を実行するようにしても良い。【００７６】
また、上述した処理手順のうち、スケールを拡張する処理であるステップＳ１１８からステップＳ１２０までの各処理は、必ずしも実行されなくても良い。つまり、ステップＳ１１１の処理においてスケールが設定されていると判定された場合に、ステップＳ１１６の処理を実行するようにしても良い。【００７７】
次に、本実施例に係る覚醒度判定装置１００により危険度を判定する危険度判定処理の流れを説明する。図２２は、危険度判定処理の手順を示すフローチャートである。この危険度判定処理は、例えば、算出部１３０により特徴量を算出される毎に実行される。【００７８】
図２２に示すように、判定部１８０は、算出部１３０から算出された極大周波数、極大スペクトル密度、スペクトル波形の幅を取得する（ステップＳ１３０）。判定部１８０は、算出部１３０により算出された極大周波数が前の時間に算出された極大周波数以下であるか否か判定する（ステップＳ１３１）。前の時間に算出された極大周波数以下である場合（ステップＳ１３１肯定）、判定部１８０は、極大スペクトル密度が前の時間の極大スペクトル密度以下、かつ、スペクトル波形の幅が増加しているか否か判定する（ステップＳ１３２）。前の時間に算出された極大スペクトル密度以下、かつ、スペクトル波形の幅が増加している場合（ステップＳ１３２肯定）、判定部１８０は、被験者が眠気との格闘状態と判定する（ステップＳ１３３）。そして、判定部１８０は、眠気レベルが上昇しているか判定する（ステップＳ１３４）。眠気レベルが上昇している場合（ステップＳ１３４肯定）、判定部１８０は、危険度を５と判定し（ステップＳ１３５）、処理を終了する。一方、眠気レベルが上昇していない場合（ステップＳ１３４否定）、判定部１８０は、眠気レベルが低下しているか判定する（ステップＳ１３６）。眠気レベルが低下している場合（ステップＳ１３６肯定）、判定部１８０は、危険度を１と判定し（ステップＳ１３７）、処理を終了する。一方、眠気レベルが低下していない場合（ステップＳ１３６否定）、判定部１８０は、危険度を２と判定し（ステップＳ１３８）、処理を終了する。【００７９】
一方、極大スペクトル密度が前の時間に算出された極大スペクトル密度以下ではない、または、スペクトル波形の幅が増加していない場合（ステップＳ１３２否定）、判定部１８０は、被験者が眠気状態と判定する（ステップＳ１３９）。そして、判定部１８０は、眠気レベルの高い方向への推移量を求め、推移量が所定量以上か判定する（ステップＳ１４０）。推移量が所定量以上である場合（ステップＳ１４０肯定）、判定部１８０は、危険度を４と判定し（ステップＳ１４１）、処理を終了する。一方、推移量が所定量以上ではない場合（ステップＳ１４０否定）、判定部１８０は、危険度を３と判定し（ステップＳ１４２）、処理を終了する。【００８０】
一方、極大周波数が前の時間に算出された極大周波数以下ではない場合（ステップＳ１３１否定）、判定部１８０は、極大スペクトル密度が前の時間に算出された極大スペクトル密度以上、かつ、スペクトル波形の幅が減少したか否か判定する（ステップＳ１４３）。前の時間に算出された極大スペクトル密度以上、かつ、スペクトル波形の幅が減少している場合（ステップＳ１４３肯定）、判定部１８０は、被験者が集中状態と判定し（ステップＳ１４４）、処理を終了する。一方、前の時間に算出された極大スペクトル密度以上ではない、または、スペクトル波形の幅が減少していない場合（ステップＳ１４３否定）、判定部１８０は、被験者が覚醒状態と判定し（ステップＳ１４５）、処理を終了する。【００８１】
次に、本実施例１にかかる覚醒度判定装置１００の効果について説明する。本実施例１にかかる覚醒度判定装置１００は、被験者の心拍を示す心拍信号に基づき、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成する。覚醒度判定装置１００は、心拍間隔変動データに対して、所定幅の周波数を通過させるバンドパスフィルタを周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に適用し、当該バンドパスフィルタを適用した周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する。覚醒度判定装置１００は、算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する。覚醒度判定装置１００は、特定された特徴点に基づき、被験者の覚醒度を判定する。これにより、覚醒度判定装置１００は、被験者の覚醒度を判定できる。【００８２】
また、本実施例１にかかる覚醒度判定装置１００は、バンドパスフィルタを適用する周波数帯域の一部を重複させて周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する。ここで、周波数帯域を重複させずにバンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出した場合は、適用した周波数帯域の間の帯域にスペクトル密度のピークがあると、スペクトル密度のピークの位置が判別しづらくなる。一方、覚醒度判定装置１００は、バンドパスフィルタを適用する周波数帯域の一部を重複させて周波数帯域毎にスペクトル密度を算出することにより、スペクトル密度のピークの位置を精度よく判別できる。【００８３】
また、本実施例１にかかる覚醒度判定装置１００は、覚醒度の変化に応じて特徴点が変化する周波数幅分の周波数を通過させるバンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する。これにより、覚醒度判定装置１００は、覚醒度の変化により変化が生じる周波数幅分の心拍間隔変動データを抽出できるため、特徴点の変化を精度良く検出できる。【００８４】
また、本実施例１にかかる覚醒度判定装置１００は、ＨＦ成分の周波数範囲について、周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域にバンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する。これにより、覚醒度判定装置１００は、副交感神経の状態から覚醒度の変化を精度良く判定できる。【００８５】
また、本実施例１にかかる覚醒度判定装置１００は、心拍間隔変動データからスペクトル密度を算出し、算出されたスペクトル密度に極大点が存在しない場合に、バンドパスフィルタを適用してスペクトル密度を算出する。これにより、覚醒度判定装置１００は、心拍間隔変動データから算出されたスペクトル密度に極大点が存在する場合、バンドパスフィルタを適用して特徴点を特定する処理を省略することができる。また、覚醒度判定装置１００は、心拍間隔変動データから算出されたスペクトル密度に極大点が存在しない場合、バンドパスフィルタを適用して特徴点を特定することにより、被験者の覚醒度を判定できる。【００８６】
なお、上述した検出部１１０、生成部１２０、算出部１３０、特定部１４０、推定部１５０、設定部１６０、判定部１８０、受付部１９０、補正部２００、拡張部２１０の各処理部は、例えば、次のような装置に対応する。すなわち、これらの各処理部は、Application  Specific  Integrated  Circuit（ＡＳＩＣ）やField  Programmable  Gate  Array（ＦＰＧＡ）などの集積装置に対応する。また、これらの各処理部は、Central  Processing  Unit（ＣＰＵ）やMicro  Processing  Unit（ＭＰＵ）などの電子回路に対応する。【００８７】
また、記憶部１７０は、例えば、Random  Access  Memory（ＲＡＭ）、Read  Only  Memory（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなどの半導体メモリ素子、ハードディスクや光ディスクの記憶装置に対応する。【００８８】
ところで、図１に示した覚醒度判定装置１００の構成は一例であり、覚醒度判定装置１００は、必ずしも図１に示した各処理部を全て有していなくても良い。例えば、覚醒度判定装置１００は、生成部、算出部、特定部、判定部とを有していれば良い。【００８９】
すなわち、生成部は、被験者の心拍を示す心拍信号に基づき、心拍間隔の変化を示す心拍間隔変動データを生成する。算出部は、心拍間隔変動データに対して、所定幅の周波数を通過させるバンドパスフィルタを周波数帯域を変えつつそれぞれの周波数帯域に適用し、当該バンドパスフィルタを適用した周波数帯域毎にスペクトル密度を算出する。特定部は、算出された各周波数帯域のスペクトル密度がピークとなる特徴点を特定する。判定部は、特定された特徴点に基づき、前記被験者の覚醒度を判定することで、被験者の覚醒度を判定できる。
【実施例２】
【００９０】
以下に、本願の開示する覚醒度判定装置、覚醒度判定プログラム及び覚醒度判定方法の他の実施例について説明する。【００９１】
上述した実施例１においては、覚醒度判定装置１００が極大周波数と極大スペクトル密度とを用いて被験者の眠気レベルを判定する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、覚醒度判定装置１００は、極大周波数と極大スペクトル密度のうちいずれか一方のみを用いて、被験者の眠気レベルを判定するようにしても良い。例えば、覚醒度判定装置１００は、被験者の心拍信号に基づいてスペクトル密度データを生成し、生成したスペクトル密度データのＨＦ成分から極大点を取得する。覚醒度判定装置１００は、極大周波数が覚醒時と非覚醒時とで相関することを利用して、取得した極大周波数から非覚醒時の極大周波数を推定する。覚醒度判定装置１００は、覚醒時から非覚醒時にかけて極大周波数が変化する範囲を、例えば５等分することで、覚醒度の指標を設定する。覚醒度判定装置１００は、被験者の心拍信号から算出される極大周波数と覚醒度の指標とを比較することで、被験者の覚醒度を判定する。【００９２】
実施例１において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。例えば、図２０に示した覚醒度判定装置１００の一連の処理は、覚醒度判定装置１００を搭載した車両のシステムが起動した後に、運転者による指示を受け付けることを契機として実行されても良い。【００９３】
また、上述文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。例えば、設定部１６０により設定されるスケールのデータは、基準点の周波数及びスペクトル密度と、推定点の周波数及びスペクトル密度とで構成されても良い。この場合、記憶部１７０には基準点及び推定点の値が格納されるので、判定部１８０は、記憶部１７０から読み出した基準点及び推定点の値に正規化されたスケールを当てはめて、スケールを再設定した後に、被験者の眠気レベルを判定する。【００９４】
また、図１に示した覚醒度判定装置１００の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、覚醒度判定装置１００の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、図１に示した生成部１２０〜拡張部２１０のうち、いずれか又は全ての機能をサーバに持たせ、かかるサーバと覚醒度判定装置１００とがネットワークを介して協働することで、被験者の覚醒度を判定しても良い。【００９５】
また、覚醒度判定装置１００は、覚醒度判定装置１００の各機能を既知の情報処理装置に搭載することによって実現することもできる。既知の情報処理装置は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、携帯電話、Personal  Handy-phone  System（ＰＨＳ）端末、移動体通信端末またはPersonal  Digital  Assistant（ＰＤＡ）などの装置に対応する。【００９６】
図２３は、覚醒度判定プログラムを実行するコンピュータを示す図である。図２３に示すように、コンピュータ３００は、ユーザからデータの入力を受け付ける入力装置３０１と、モニタ３０２と、記憶媒体からプログラム等を読み取る媒体読み取り装置３０３と、他の装置とデータの授受を行うインターフェース装置３０４とを有する。また、コンピュータ３００は、各種演算処理を実行するCentral  Processing  Unit（ＣＰＵ）３０５と、各種情報を一時記憶するRandom  Access  Memory（ＲＡＭ）３０６と、ハードディスク装置３０７を有する。また、各装置３０１〜３０７は、バス３０８に接続される。また、コンピュータ３００は、被験者の心拍信号を検出する心拍センサ３１０と、スピーカ３２０とがインターフェース装置３０４を介して接続される。【００９７】
ハードディスク装置３０７は、図１に示した、生成部１２０、算出部１３０、特定部１４０、推定部１５０、設定部１６０、判定部１８０、受付部１９０、補正部２００、拡張部２１０の各処理部と同様の機能を有する各種プログラムを記憶する。また、ハードディスク装置３０７は、被験者のスケールを、被験者を識別する識別情報に対応付けて記憶する。【００９８】
ＣＰＵ３０５が各種プログラムをハードディスク装置３０７から読み出してＲＡＭ３０６に展開することにより、各種プログラムは、各種プロセスとして機能する。すなわち、各種プログラムは、算出部１３０、推定部１５０、設定部１６０、判定部１８０、受付部１９０、補正部２００及び拡張部２１０の各処理部と同様の処理を実行するプロセスとして機能する。【００９９】
なお、上記の各種プログラムは、必ずしもハードディスク装置３０７に記憶されている必要はない。例えば、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶されたプログラムを、コンピュータ３００が読み出して実行するようにしても良い。コンピュータが読み取り可能な記録媒体は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤディスク、ＵＳＢメモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、ハードディスクドライブ等が対応する。また、公衆回線、インターネット、Local  Area  Network（ＬＡＮ）、Wide  Area  Network（ＷＡＮ）等に接続された装置にこのプログラムを記憶させておき、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１００】
１００  覚醒度判定装置
１１０  検出部
１２０  生成部
１３０  算出部
１４０  特定部
１５０  推定部
１６０  設定部
１７０  記憶部
１８０  判定部
１９０  受付部
２００  補正部
２１０  拡張部
２２０  出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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