(57)【要約】【課題】あらゆる状況下において精度よく乗員の顔の向きを検知することができる顔向き検知装置及び顔向き検知方法を提供する。【解決手段】車両の座席（２）に対応して備えられたヘッドレスト（３）の幅方向に対して水平方向に設けられ、座席（２）に着座する人体の頭部とヘッドレスト（３）との間の距離を検知する複数の距離センサ（１１ａ〜１１ｅ）と、  複数の距離センサ（１１ａ〜１１ｅ）が検知した距離に基づき前記頭部のヨー角を推定する制御部（１２）と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の座席に対応して備えられたヘッドレストの幅方向に対して水平方向に並べて設けられ、前記座席に着座する人体の頭部と前記ヘッドレストとの間の距離を検知する複数の距離センサと、
前記複数の距離センサが検知した距離に基づき前記頭部のヨー角を推定する制御部と、
を備える顔向き検知装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の距離センサの設置位置と各距離センサが検知した距離とに基づき近似曲線を生成し、前記近似曲線に基づき前記ヨー角を推定することを特徴とする、請求項１に記載の顔向き検知装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記近似曲線の少なくとも一部を楕円により近似し、該楕円の長軸とセンサ基準線とのなす角に基づき前記ヨー角を推定することを特徴とする、請求項２に記載の顔向き検知装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記近似曲線に係る関数の係数に基づき前記ヨー角を推定することを特徴とする、請求項２に記載の顔向き検知装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記近似曲線のピークの座標に基づき、前記頭部の水平方向移動量を推定することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の顔向き検知装置。
【請求項６】
前記顔向き検知装置はさらに加速度センサを備え、
前記加速度センサが検知した加速度に基づき、前記頭部の水平方向移動量を補正することを特徴とする、請求項５に記載の顔向き検知装置。
【請求項７】
前記顔向き検知装置はさらに前記ヘッドレストの幅方向に対して垂直方向に並べて設けられた複数の第２距離センサを備え、
前記制御部は、前記複数の第２距離センサが検知した距離に基づき前記頭部のピッチ角を推定することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の顔向き検知装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記複数の距離センサ及び前記複数の第２距離センサが検知した距離に基づき前記頭部のロール角を推定することを特徴とする、請求項６に記載の顔向き検知装置。
【請求項９】
車両の座席に対応して備えられたヘッドレストの幅方向に対して水平方向に並べて設けられた複数の距離センサと、制御部とを備える顔向き検知装置による顔向き検知方法であって、
前記複数の距離センサにより、前記座席に着座する人体の頭部と前記ヘッドレストとの間の距離を検知するステップと、
前記制御部が、前記複数の距離センサが検知した距離に基づき前記頭部のヨー角を推定するステップと、
を含む顔向き検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の乗員の顔の向きを検知する顔向き検知装置及び顔向き検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドライバの状態を推定するために、顔の向きを検知することが行われている。従来の顔向き検知装置では、乗員の顔の向きを検知するために、カメラを用いて乗員の顔を撮影し、カメラにより撮影された顔画像に基づき顔中心位置を決定し、さらに顔画像を横断する複数の探索線を設定し該探索線に基づいて顔の向きを検知していた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３９６２９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の顔向き検知装置はカメラにより撮影された顔画像の精度に依存している。したがって例えば乗員がサングラスやマスクをしていることにより顔画像の一部が隠されている場合、或いは環境光の変化（西日、トンネル、夜間）により撮影された顔画像が不鮮明である場合に、顔向き検知の精度が低下してしまう問題があった。
【０００５】
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、あらゆる状況下において精度よく乗員の顔の向きを検知することができる顔向き検知装置及び顔向き検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係る顔向き検知装置は、
車両の座席に対応して備えられたヘッドレストの幅方向に対して水平方向に並べて設けられ、前記座席に着座する人体の頭部と前記ヘッドレストとの間の距離を検知する複数の距離センサと、
前記複数の距離センサが検知した距離に基づき前記頭部のヨー角を推定する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また本発明の第２の観点に係る顔向き検知装置は、
前記制御部が、前記複数の距離センサの設置位置と各距離センサが検知した距離とに基づき近似曲線を生成し、前記近似曲線に基づき前記ヨー角を推定することを特徴とする。
【０００８】
また本発明の第３の観点に係る顔向き検知装置は、
前記制御部は、前記近似曲線の少なくとも一部を楕円により近似し、該楕円の長軸とセンサ基準線とのなす角に基づき前記ヨー角を推定することを特徴とする。
【０００９】
また本発明の第４の観点に係る顔向き検知装置は、
前記制御部は、前記近似曲線に係る関数の係数に基づき前記ヨー角を推定することを特徴とする。
【００１０】
また本発明の第５の観点に係る顔向き検知装置は、
前記制御部が、前記近似曲線のピークの座標に基づき、前記頭部の水平方向移動量を推定することを特徴とする。
【００１１】
また本発明の第６の観点に係る顔向き検知装置は、
前記顔向き検知装置はさらに加速度センサを備え、
前記加速度センサが検知した加速度に基づき、前記頭部の水平方向移動量を補正することを特徴とする。
【００１２】
また本発明の第７の観点に係る顔向き検知装置は、
前記顔向き検知装置はさらに前記ヘッドレストの幅方向に対して垂直方向に設けられた複数の第２距離センサを備え、
前記制御部は、前記複数の第２距離センサが検知した距離に基づき前記頭部のピッチ角を推定することを特徴とする。
【００１３】
また本発明の第８の観点に係る顔向き検知装置は、
前記制御部は、前記複数の距離センサ及び前記複数の第２距離センサが検知した距離に基づき前記頭部のロール角を推定することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の第９の観点に係る顔向き検知方法は、
車両の座席に対応して備えられたヘッドレストの幅方向に対して水平方向に並べて設けられた複数の距離センサと、制御部とを備える顔向き検知装置による顔向き検知方法であって、
前記複数の距離センサにより、前記座席に着座する人体の頭部と前記ヘッドレストとの間の距離を検知するステップと、
前記制御部が、前記複数の距離センサが検知した距離に基づき前記頭部のヨー角を推定するステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の観点に係る顔向き検知装置によれば、あらゆる状況下において精度よく乗員の顔の向きを検知することができる。
【００１６】
また本発明の第２の観点に係る顔向き検知装置によれば、距離センサの設置位置及び各距離センサが検知した距離に基づき近似曲線を生成し、近似曲線に基づきヨー角を推定することで顔の向きを検知するため、精度よく乗員の顔の向きを検知することができる。
【００１７】
また本発明の第３の観点に係る顔向き検知装置によれば、楕円の長軸とセンサ基準線とのなす角に基づきヨー角を推定することで顔の向きを検知するため、精度よく乗員の顔の向きを検知することができる。
【００１８】
また本発明の第４の観点に係る顔向き検知装置によれば、前記近似曲線に係る関数の係数に基づきヨー角を推定することで顔の向きを検知するため、精度よく乗員の顔の向きを検知することができる。
【００１９】
また本発明の第５の観点に係る顔向き検知装置によれば、前記近似曲線のピークの座標に基づき、頭部の水平方向移動量を推定するため、当該水平方向移動量に基づきヨー角の推定精度を向上させることができる。
【００２０】
また本発明の第６の観点に係る顔向き検知装置によれば、加速度センサが検知した加速度に基づき、頭部の水平方向移動量を補正するため、補正された水平方向移動量に基づきヨー角の推定精度を向上させることができる。
【００２１】
また本発明の第７の観点に係る顔向き検知装置によれば、頭部のピッチ角も推定することで顔の向きを検知するため、より精度よく乗員の顔の向きを検知することができる。
【００２２】
また本発明の第８の観点に係る顔向き検知装置によれば、頭部のロール角も推定することで顔の向きを検知するため、より精度よく乗員の顔の向きを検知することができる。
【００２３】
また本発明の第９の観点に係る顔向き検知装置によれば、あらゆる状況下において精度よく乗員の顔の向きを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る顔向き検知装置のブロック図である。
【図２】距離センサが設けられる位置を示す図である。
【図３】乗員が正面を向いている場合（図３（ａ））と乗員が正面を向いていない場合（図３（ｂ））において、距離センサが検知する値の違いを示す図である。
【図４】制御部が頭部の向きを推定する方法を示す図である。
【図５】乗員の頭部がヘッドレストの幅方向に対して水平方向に移動した場合において距離センサが検知する値を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る顔向き検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】距離センサのセンサ出力の較正を示す概略図である。
【図８】変形例に係る顔向き検知装置を備えた車両の座席を示す図である。
【図９】乗員がとる様々な姿勢において、距離センサの設置位置と検知する距離との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
（実施の形態）
【００２７】
図１は本発明の一実施形態に係る顔向き検知装置１のブロック図である。本発明の一実施形態に係る顔向き検知装置１は、複数の距離センサ１１a〜１１ｅと、制御部１２とを備える。本実施の形態では距離センサが５個である例を示すがこれに限られず、距離センサは２個以上であればよい。
【００２８】
距離センサ１１a〜１１ｅは、設置される位置から頭部までの距離を検知する。図２に距離センサが設けられる位置を示す。図２に示すように、複数の距離センサ１１ａ〜１１ｅは、車両の座席２に対応して備えられたヘッドレスト３の幅方向に対して水平方向に並べて設けられる。なお図２に示すように、水平方向とはヘッドレスト３の幅方向であり、垂直方向とはヘッドレストの高さ方向である。そして距離センサ１１a〜１１ｅは、設けられた各設置位置における、人体の頭部とヘッドレスト３との間の距離（以下、頭部距離という。）を検知する。ここで距離センサ１１ａ〜１１ｅとして、静電容量センサを用いることができる。なお静電容量センサに限らず、例えば超音波により頭部距離を測定する超音波センサにより距離センサ１１ａ〜１１ｅを構成してもよい。
【００２９】
制御部１２は、距離センサ１１a〜１１ｅが検知した距離に基づき、乗員の顔の向きの一部である、頭部のヨー角を推定する。ここで乗員が正面を向いている場合、ヨー角は０°とする。概略として、頭部のヨー角に応じて、頭部（後頭部）とヘッドレスト３との距離が変化するため、当該変化を利用して制御部はヨー角を推定する。以下、制御部１２によるヨー角の推定について詳細に説明する。
【００３０】
図３は、乗員が正面を向いている場合（図３（ａ））と、乗員が正面を向いていない場合（図３（ｂ））における距離センサ１１ａ〜１１ｅが検知する値の違いを示す図である。図３（ａ）（ｂ）の上図は、いずれもヘッドレスト３と、距離センサ１１ａ〜１１ｅと、頭部４とを上方から見た図である。
【００３１】
図３（ａ）上図に示すように、乗員が正面を向いている場合、距離センサ１１ｃが検知する頭部距離が最小となり、距離センサ１１ａ及び１１ｅが検知する頭部距離が最大となる。また距離センサ１１ｂ及び１１ｄが検知する頭部距離はこれらの中間の値となる。図３（ａ）下図は、距離センサ１１ａ〜１１ｅの設置位置と、頭部距離の逆数（１／頭部距離）との関係を示すグラフである。制御部１２は、距離センサ１１ａ〜１１ｅの設置位置と各距離センサ１１ａ〜１１ｅが検知した頭部距離とに基づき近似曲線５ａを作成する。図３（ａ）下図のグラフに示すように、乗員が正面を向いている場合、近似曲線５ａは左右対称となる。なお近似曲線は各種手法により求めればよく、例えば多項関数により近似する。
【００３２】
一方、図３（ｂ）上図に示すように、乗員が正面を向いておらず正面に対して右を向いている場合（ヨー角α＞０の場合）、例えば距離センサ１１ｂが検知する頭部距離が最小となる。また距離センサ１１ｃ、１１ｄ、１１ａ、１１ｅの順に頭部距離が大きくなる。図３（ｂ）のグラフは距離センサ１１ａ〜１１ｅの設置位置と１／頭部距離との関係を示す。制御部１２は、距離センサ１１ａ〜１１ｅの設置位置と各距離センサ１１ａ〜１１ｅが検知した頭部距離とに基づき近似曲線５ｂを作成する。図３（ｂ）のグラフに示すように、乗員が正面を向いていない場合、近似曲線５ｂは左右非対称となる。
【００３３】
図４は、制御部１２が頭部の向きを推定する方法を示す図である。図４では、図３（ｂ）に示す例におけるヨー角を推定する例を示す。制御部１２は、ヨー角を推定するために近似曲線５ｂの少なくとも一部（曲線ＭＮ）を楕円６により近似する。楕円６により近似するとは、近似曲線５ｂの少なくとも一部（曲線ＭＮ）が楕円６の一部と一致するようにすることを意味する。楕円６の長軸の長さ及び短軸の長さは、それぞれ人体の頭部のサイズに合わせて適宜設定する。
【００３４】
そして制御部１２は、近似した楕円６と近似曲線５ｂとの交点Ａと、センサ基準線（図４中のｘ軸）とが直角に交わる点Ｃを決定し、長軸ＡＢと、線分ＡＣとのなす角θを求める。θはヨー角αに等しい。すなわち制御部１２はθを求めることにより、頭部のヨー角αを推定する。なおここではセンサ基準線をｘ軸、すなわち（１／頭部距離）＝０の直線としたがこれに限られず、（１／頭部距離）＝ａの直線であればよい。ここでａは任意の値である。
【００３５】
なおθに関しては、楕円６の長軸ＡＢとセンサ基準線とのなす角（β）と以下の関係がある。
θ＝９０°―β
したがって制御部１２は、近似した楕円の長軸ＡＢと、長軸ＡＢとセンサ基準線とのなす角（β）に基づきヨー角を推定することができる。
【００３６】
図５は、乗員の頭部４がヘッドレスト３の幅方向に対して水平方向に移動した場合において、距離センサ１１ａ〜１１ｅが検知する値を示す図である。乗員の頭部４が正面を向いたままヘッドレスト３の幅方向に対して水平方向に移動した場合、図５に示すように例えば距離センサ１１ｄが検知する頭部距離が最小となる。また距離センサ１１ａ及び１１ｂが検知する頭部距離が最大となる。距離センサ１１ｃ及び１１ｅが検知する頭部距離はこれらの中間の値となる。
【００３７】
図５下図は、距離センサ１１ａ〜１１ｅの設置位置と（１／頭部距離）との関係を示すグラフである。制御部１２は、距離センサ１１ａ〜１１ｅの設置位置と各距離センサ１１ａ〜１１ｅが検知した頭部距離とに基づき近似曲線５ｃを作成する。図５下図のグラフに示すように、乗員が正面を向いている場合、近似曲線５ｃは左右対称となる。また制御部１２は、近似曲線５ｃのピークＤの座標に基づき、頭部４の水平方向移動量を推定することができる。具体的には制御部１２は、ピークＤのｘ座標と、ヘッドレスト中央の位置（例えば距離センサ１１ｃの設置位置）のｘ座標との差を水平方向移動量として推定する。そして制御部１２は、推定した当該水平方向移動量に基づき、距離センサの出力における頭部移動成分を除去し、ヨー角の推定精度を向上させることができる。
【００３８】
次に、本発明の一実施形態に係る顔向き検知装置１について、図６に示すフローチャートによりその動作を説明する。
【００３９】
はじめに顔向き検知装置１の距離センサ１１ａ〜１１ｅは、頭部距離を検知する（ステップＳ１０）。次に制御部１２は、距離センサ１１ａ〜１１ｅの設置位置と各距離センサ１１ａ〜１１ｅが検知した頭部距離とに基づき近似曲線を作成する（ステップＳ２０）。
【００４０】
続いて制御部１２は、近似曲線の少なくとも一部を楕円により近似する（ステップＳ３０）。続いて制御部１２は、近似した楕円の長軸と、長軸とセンサ基準線とのなす角に基づきヨー角を推定する（ステップＳ４０）。そしてステップＳ１０に戻る。以降ステップＳ１０〜４０が繰り返し行われる。
【００４１】
このように本発明の一実施形態に係る顔向き検知装置１によれば、複数の距離センサ１１ａ〜１１ｅが検知した、ヘッドレスト３と頭部との距離に基づいて顔向きを検知するため、顔の一部がサングラスやマスクで覆われている場合や、環境光が変化した場合でも影響を受けない。そのためあらゆる状況下において精度よく乗員の顔の向きを検知することができる。  
【００４２】
なお本実施の形態において制御部１２は、各距離センサ１１ａ〜１１ｅが検知した頭部距離に基づき近似曲線を作成し、近似曲線の少なくとも一部を楕円により近似したがこれに限られない。例えば制御部１２は、当該近似曲線に係る関数の係数に基づき前記ヨー角を推定するようにしてもよい。この場合例えば顔向き検知装置１は、予め近似曲線に係る関数の係数とヨー角との関係とを示す関係マップを記憶部（不図示）に記憶しておく。そして制御部１２は、近似曲線に係る関数の係数と、記憶部に記憶された関係マップとに基づきヨー角を推定する。
【００４３】
また本実施の形態においては頭部のヨー角を検知したがこれに限られず、制御部１２は、当該近似曲線が左右対称であるか否かに基づき、頭部が正面を向いているか否かのみを推定するようにしてもよい。
【００４４】
なお、顔向き検知装置１はさらに加速度センサ又はＧセンサを備えてもよい。この場合顔向き検知装置１は、加速度センサ又はＧセンサが検知した加速度に基づき、頭部の水平方向移動量を補正することができる。
【００４５】
なお、距離センサ１１ａ〜１１ｅのセンサ出力については、ヘッドレスト３の形状に合わせて適宜較正する。図７は距離センサのセンサ出力の較正を示す概略図である。図７（ａ）は較正前におけるセンサ出力値を示す。距離センサ１１ａ〜１１ｅと基準面７との距離は、ヘッドレスト３の形状に依存するため、センサ出力は図７（ａ）下図に示す通りとなる。図７（ｂ）は、較正後におけるセンサ出力値を示す。当該センサ出力値は、較正前の出力値に基づき較正されている。このように較正を施すことで、本発明の一実施形態に係る顔向き検知装置１によれば、ヘッドレスト３の形状に依存せず、乗員の顔の向きを検知することができる。
【００４６】
なお本実施の形態では、ヘッドレスト３にのみ距離センサを設けているがこれに限られない。例えば座席２の背もたれ部分の、人体の肩に対向する部分（以下、シート肩部という。）に距離センサを設けてもよい。例えば乗員が右を向いている場合は右の肩が背もたれに近接し、左の肩は背もたれから遠ざかる。このことを利用し、シート肩部に設けられた距離センサの出力に応じて、ヨー角の推定の補正をしてもよい。
【００４７】
（変形例）
次に本発明の変形例に係る顔向き検知装置１について説明する。図８は、変形例に係る顔向き検知装置１を備えた車両の座席を示す図である。変形例に係る顔向き検知装置１は、ヘッドレスト３の幅方向に対して水平方向に並べて設けられた複数の距離センサ１１ａ〜１１ｅに加えて、ヘッドレスト３の幅方向に対して垂直方向に並べて設けられた複数の距離センサ１１ｆ〜１１ｇ（本発明の第２距離センサに相当）を備えている。なお図８では第２距離センサを２つ備える例を示しているがこれに限られず、３以上であってもよい。
【００４８】
そして変形例に係る顔向き検知装置１は、距離センサ１１ｆ〜１１ｇが検知した頭部距離に基づき、頭部のピッチ角を推定することを特徴とする。ピッチ角の推定方法は、ヨー角の推定方法と同様である。すなわち制御部１２は、距離センサ１１ｆ〜１１ｇの設置位置と各距離センサ１１ｆ〜１１ｇが検知した頭部距離とに基づき近似曲線を作成し、近似曲線の少なくとも一部を楕円により近似する。そして制御部１２は、近似した楕円の長軸と、長軸とセンサ基準線とのなす角に基づきピッチ角を推定する。
【００４９】
さらに変形例によれば、距離センサ１１ａ〜１１ｇが検知した頭部距離に基づき、頭部のロール角を推定することができる。ロール角の推定においては、制御部１２は、距離センサ１１ａ〜１１ｇの設置位置と各距離センサ１１ａ〜１１ｇが検知した頭部距離とに基づき近似曲面を作成する。続いて近似曲面の少なくとも一部を楕円体により近似する。そして制御部１２は、近似した楕円体の長軸と、長軸とセンサ基準面とのなす角に基づきロール角を推定する。
【００５０】
図９は、乗員がとる様々な姿勢（ａ）〜（ｃ）において、距離センサの設置位置と検知する距離との関係を示す図である。この例では、ヘッドレスト３の他、座席２の背もたれ部分（背もたれの中央部）にも距離センサ１１ｈを設けている。図９に示すように、乗員がとる様々な姿勢（ａ）〜（ｃ）によって各センサのセンサ出力値が相違するため、センサ出力値に応じて、乗員の向きを推定することができる。
【００５１】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  顔向き検知装置
１１ａ〜ｈ  距離センサ
１２  制御部
２  座席
３  ヘッドレスト
４  頭部
５ａ、５ｂ、５ｃ  近似曲線
６  楕円
７  基準面
【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】
2016175509.tif 000009
【図８】
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【図９】
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