車両デバイス制御装置、および車両デバイス制御方法
【課題】 車両の衝突時に運転者の頚椎にかかる負荷を低減すること。
【解決手段】 制御装置１０６は、カメラ１０１によって運転者の側方から撮像された画像に基づいて、運転者の頚椎角度を算出し、算出した運転者の頚椎角度の変化速度を算出する。そして、算出した運転者の頚椎角度の変化速度に基づいて、運転者の頚椎角度が所定角度を超えないように、シートベルト制御装置１０８、またはヘッドレスト制御装置１０９を制御する。
【解決手段】 制御装置１０６は、カメラ１０１によって運転者の側方から撮像された画像に基づいて、運転者の頚椎角度を算出し、算出した運転者の頚椎角度の変化速度を算出する。そして、算出した運転者の頚椎角度の変化速度に基づいて、運転者の頚椎角度が所定角度を超えないように、シートベルト制御装置１０８、またはヘッドレスト制御装置１０９を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されたシートベルトやヘッドレストの動作を制御する車両デバイス制御装置、および車両デバイス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次のような車両デバイス制御装置が特許文献１によって知られている。この車両デバイス制御装置によれば、車両の衝突時に、乗員の体格に応じてエアバッグやシートベルトなどのデバイスを制御する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３８５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置においては、乗員の体格に応じてエアバッグやシートベルトの動作を制御していたため、各乗員の体格に応じたデバイス制御を行う必要があり、処理が重くなるという問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、撮像手段によって乗員の側方から複数フレーム撮像された各々の画像に基づいて、乗員の頚椎角度を算出し、算出した乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化の状況を検出し、検出した乗員の頚椎角度の変化の状況に応じて、乗員保護装置を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、乗員の頚椎角度の変化の状況に応じて、乗員保護装置を制御するようにした。これによって、乗員保護装置の制御を行うために乗員の頚椎角度の変化の状況を検出するだけでよく、処理の負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本実施の形態における車両デバイス制御装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。車両デバイス制御装置１００は車両に搭載され、車両室内に設置され運転者の側部から運転者の頭部および体部を撮像するカメラ１０１と、カメラ１０１で撮像した画像を格納する画像メモリ１０２と、カメラ１０１による撮像範囲に光を照射する投光装置１０３と、車両Ｇセンサなどの車両の衝突を検出する衝突検出装置１０４と、自車両の車速を検出する車速センサ１０５と、ＣＰＵ、メモリ、およびその他周辺回路を含み、後述する種々の処理を実行する制御装置１０６と、制御装置１０４によって、後述する処理で算出される運転者の頚椎角度の時系列データを記憶する頚椎角度記憶メモリ１０７と、運転席のシートベルトのテンション（張力）を制御するシートベルト制御装置１０８と、運転席のヘッドレストの傾きを制御するヘッドレスト制御装置１０９とを備えている。
【０００８】
カメラ１０１は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を有した高速カメラであり、図２に示すように、運転車側部の例えばドアトリムに運転者側に光軸が向くように設置され、自車両の走行中に連続的に運転者の側部から運転者の頭部および体部を撮像して、各フレームごとに画像メモリ１０２に出力する。投光装置１０３は、照射する光量を複数段階に変化させることができ、図２に示すように、カメラ１０１の近傍に設置され、カメラ１０１による撮像範囲に光を照射する。
【０００９】
なお、本実施の形態では説明の簡略化のため、カメラ１０１および投光装置１０３を運転手の側部に設置して、運転者に対してシートベルトやヘッドレストといった乗員保護装置、すなわち車両デバイスの制御を行う例について説明するが、運転者以外の乗員、例えば助手席の乗員や後部座席の乗員に対しても同様に乗員保護装置の制御を行うことが可能である。
【００１０】
制御装置１０６は、車速センサ１０５からの出力に基づいて自車両が走行を開始したと判断した場合には、画像メモリ１０２から撮像画像の読み込みを開始し、各撮像画像に対してエッジ抽出用のフィルタを適用し二値化して、撮像画像に含まれる物体の輪郭を抽出する。これによって、例えば図３に示すように、撮像画像内から運転席のシート、および運転者の輪郭を抽出することができる。このように撮像画像内に存在する対象の輪郭を抽出した二値化画像上に、監視領域３ａを設定する。この監視領域３ａは、あらかじめカメラ１０１の設置位置や設置角度などに基づいて決定された、撮像画像内における運転者の頭部および体部が含まれる領域に対して設定される。
【００１１】
さらに、図４（ａ）に示すように、この監視領域３ａを運転者の頭部が含まれる頭部監視領域４ａと運転者の体部が含まれる体部監視領域４ｂとに分割する。そして、頭部監視領域４ａ内で抽出された運転者の頭部の輪郭（頭部領域）の長手方向の主軸の角度を運転者の頭部領域の傾きとして算出する。すなわち、図４（ａ）に示すように、画像水平方向に対する頭部領域の傾きθｈを算出する。また、体部監視領域４ｂ内で抽出されている運転者の体部の輪郭（体部領域）の長手方向の主軸の角度を運転者の体部領域の傾きとして算出する。すなわち、図４（ｂ）に示すように、画像水平方向に対する体部領域の傾きθｂを算出する。
【００１２】
そして、図４（ｃ）に示すように、算出した頭部領域の傾きθｈと体部領域の傾きθｂとの差分を算出することによって、運転者の頭部と体部とのなす角、すなわち運転者の頚椎角度θを算出して、算出した頚椎角度θを頚椎角度記憶メモリ１０７に記憶する。この処理をカメラ１０１で連続して撮像される複数フレームの画像に対して実行することによって、運転者の頚椎角度θの時系列データを得ることができる。
【００１３】
次に、衝突検出装置１０３によって自車両の衝突が検出された場合には、上述した処理で算出した運転者の頚椎角度θの衝突に伴う変化を検出し、運転者の頚椎への負荷を軽減するように、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９を制御する。具体的には次のように処理する。
【００１４】
まず、頚椎角度記憶メモリ１０７に記憶されている運転者の頚椎角度θの時系列データを読み込んで、フレーム間での頚椎角度θの変化速度を算出する。すなわち、頚椎角度記憶メモリ１０７に記憶されている頚椎角度θのフレーム間での変化量を、カメラ１０１のフレームレートで割ることによって、フレーム間での頚椎角度θの変化速度を算出する。
【００１５】
そして、自車両の衝突を検出した場合の、このフレーム間での頚椎角度θの変化速度に基づいて、運転者の頚椎角度θが所定の角度を超えて運転者の頚椎に負荷がかかるのを防止するために、次のようにシートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９を制御する。なお、本実施の形態では、人間の首（頚部）の動きの範囲は、一般的に前後方向ともに６０度程度であることを加味して、運転者の運転者の頚椎角度θが±６０度を超えないように、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９を制御するようにする。
【００１６】
このために、自車両の衝突を検出した時点の運転者の頚椎角度θが、上述した変化速度で変化した場合に、所定の角度、すなわち±６０度を超えるまでに要する時間を余裕時間Ｔとして次式（１）および（２）により算出する。なお、次式（２）において、θｔｈは閾値としての所定の角度を表し、本実施の形態では、θｔｈ＝６０°とする。
∂θ／∂ｔ＝∂（θｈ−θｂ）／∂ｔ ・・・（１）
Ｔ＝（θｔｈ−｜θｈ−θｂ｜）∂θ／∂ｔ ・・・（２）
【００１７】
さらに、シートベルト装置およびヘッドレスト装置へ指示を出してから、これらの機器が応答するまでの推定遅れ時間を加味して、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９への制御信号を出力するようにする。すなわち、推定遅れ時間がＴｄである場合には、自車両の衝突を検出した時点から余裕時間Ｔの推定遅れ時間Ｔｄ前、すなわち自車両の衝突を検出した時点からＴ−Ｔｄが経過した時点で、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９への制御信号を出力する。これによって、各車両デバイスの応答遅れ時間を加味した制御を行うことができる。
【００１８】
次に、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９のそれぞれによる、シートベルトおよびヘッドレストの動作制御方法について説明する。本実施の形態では、自車両の衝突に伴って運転者が前傾する場合、すなわち運転者の頚椎角度θが前方に変化する場合には、シートベルトのテンションを緩めて運転者の頚椎角度θが前方に６０度以上変化しないようにする。また、自車両の衝突に伴って、運転者が後傾する場合、すなわち運転者の頚椎角度θが後方に変化する場合には、ヘッドレストを前方に移動させて運転者の頭部を支え、運転者の頚椎角度θが後方に６０度以上変化しないようにする。
【００１９】
自車両の衝突に伴って運転者が前傾する場合には、シートベルト制御装置１０８は、上述した各車両デバイスの応答遅れ時間を加味した信号出力タイミングになったときに、シートベルトのテンションを上述した運転者の頚椎角度θの変化速度に合わせて徐々に緩める。例えば、運転者の頚椎角度θの変化速度と、シートベルトのテンションとを微小な時間間隔で検出を繰り返し、検出結果に基づいて、運転者の頚椎角度θが閾値として設定した６０度を超えないように、シートベルトのテンションを徐々に緩めていく。
【００２０】
なお、シートベルトのテンションを緩めるに当たっては、運転者の体部の移動速度が頭部の移動速度よりも若干遅くなるように制御することで、頚椎角度θが急激に変化した際の頚椎の過屈曲による靭帯組織の損傷を防止することができる。また、運転者の上体を保護するというシートベルト本来の役割を損なわないよう、ある一定のテンションを緩められる上限として設定しておき、それ以上は緩めないようにする。
【００２１】
また、自車両の衝突に伴って運転者が後傾する場合には、ヘッドレスト制御装置１０９は、運転者の頚椎角度θが後方に６０度変化した位置に相当するヘッドレスト位置を推定し、上述した各車両デバイスの応答遅れ時間を加味した信号出力タイミングになったときに、ヘッドレストの位置をこの推定位置まで移動させる。これによって、運転者の頚椎角度θが後方に６０度以上変化しないようにする。
【００２２】
このために、運転者の頭部とヘッドレストとの間の距離を算出して運転者の頭部とヘッドレストの位置関係を検出し、この位置関係に基づいて、現在のヘッドレスト位置から、上述した推定位置に相当する位置までの距離を推定して、その距離だけヘッドレストを前方に移動させる。
【００２３】
まず、運転者の頭部とヘッドレストとの画像上での位置関係、すなわち距離を検出するために、次のように処理を行う。すなわち、制御装置１０６は、カメラ１０１の露光タイミング、すなわちカメラ１０１による撮像タイミングと、投光装置１０３による発光タイミングとを図５に示すように制御して画像の撮像を開始する。この図５に示す例では、投光装置１０３を周期Ｔで発光した場合に、カメラ１０１による撮像周期を周期Ｔよりも短くし、例えばＴ／２とする。これによって、カメラ１０１の撮像タイミングの２回に１回の割合で、撮像と発光とが一致するタイミングと一致しないタイミングとが交互に発生するようになる。
【００２４】
また、本実施の形態では、投光装置１０３の光量レベルを、例えば低、中、高の３段階に変化させることができ、図５に示した発光タイミング５ａごとに、低→中→高の順で光量レベルを変化させるようにする。そして、光量レベルが低→中→高と変化する時間３Ｔ（３周期分）を１サイクルとして、自車両の走行中はこれを繰り返し行うようにする。
【００２５】
なお、この低、中、および高の各光量レベルは、次のような光量とする。光量レベルが低の場合の光量は、基準光量として定義され、この基準光量で光を照射した状態で撮像した撮像画像内から後述する処理で本実施の形態で基準位置とするヘッドレストの画像内での位置が検出できるような光量とする。すなわち、撮像画像内からヘッドレストの輪郭が検出できる程度の十分な明るさが得られる光量とする。
【００２６】
そして、光量レベルが中または高の場合の光量は、基準光量で検出可能なヘッドレストの輪郭に加えて、基準位置に対してその相対位置を検出したい対象物体の輪郭を検出することができるような光量とする。すなわち、本実施の形態では、対象物体を運転者の頭部とし、ヘッドレスト位置と運転者の頭部との位置関係を検出できるように、撮像画像内からヘッドレストの輪郭および運転者の頭部の輪郭が検出できる程度の十分な明るさが得られる光量とする。
【００２７】
このように、発光装置１０３から照射する光の光量を変化させながら画像を撮像することによって、発光タイミング５ａの１サイクル期間中（３周期中）には、次の画像Ａ〜画像Ｆの６枚の画像がカメラ１０１によって撮像されることになる。
画像Ａ：光量レベル低で発光時の画像
画像Ｂ：発光なし状態時の画像
画像Ｃ：光量レベル中で発光時の画像
画像Ｄ：発光なし状態時の画像
画像Ｅ：光量レベル高で発光時の画像
画像Ｆ：発光なし状態時の画像
【００２８】
このように撮像した各画像において、任意の発光タイミング５ａで撮像した画像とその次のタイミングで撮像した発光なし状態の画像を算出する。これによって、例えば、画像Ａと画像Ｂとの差分画像を算出した場合には、画像Ａは画像内にヘッドレストの輪郭で囲まれる領域とそれ以外の背景領域とを含む画像であり、画像Ｂは背景領域のみを含む画像であることから、これらの差分画像を算出することによって、背景を除去してヘッドレストの輪郭領域のみを含む画像を得ることができる。
【００２９】
また、画像Ｃと画像Ｄとの差分画像を算出した場合には、画像Ｃは画像内にヘッドレストの輪郭で囲まれる領域、運転者の頭部の輪郭で囲まれる領域、およびそれ以外の背景領域とを含む画像であり、画像Ｄは背景領域のみを含む画像であることから、これらの差分画像を算出することによって、背景を除去してヘッドレストの輪郭領域、および運転者の頭部の輪郭領域を含む画像を得ることができる。なお、画像Ｅと画像Ｆとの差分画像を算出した場合については、画像Ｃと画像Ｄとの差分画像を算出した場合と同様のため説明を省略する。
【００３０】
そして、このように算出した各差分画像に対して、エッジ抽出用のフィルタを適用し二値化して、各差分画像に含まれる輪郭領域を抽出し、抽出した輪郭領域の面積値を算出する。すなわち、画像Ａと画像Ｂとの差分画像においては、ヘッドレストの輪郭領域を抽出して面積値を算出し、画像Ｃと画像Ｄとの差分画像においては、ヘッドレストの輪郭領域、および運転者の東部の輪郭領域を抽出して面積値を算出する。
【００３１】
上述した輪郭領域の面積値算出処理を各差分画像に対して実行し、連続して算出される差分画像間の面積値の変化量が所定の閾値以上となるか否かを判定していく。ここで、所定の閾値には、連続して算出される差分画像において、各差分画像に含まれる輪郭の数が変化したと判定可能な値が設定される。例えば、本実施の形態では、画像Ａと画像Ｂとの差分画像においてはヘッドレストの輪郭領域の輪郭領域のみが抽出されたのに対して、画像Ｃと画像Ｄとの差分画像においては、ヘッドレストの輪郭領域、および運転者の頭部の輪郭領域が抽出されているため、これらの抽出された輪郭領域数の変化を検出することができるような閾値が設定される。
【００３２】
そして、連続して算出される差分画像間の面積値の変化量が所定の閾値以上になったと判定した場合には、差分画像に含まれる輪郭の数が変化した、すなわち、その差分画像内には、基準位置とするヘッドレストの輪郭と、基準位置との位置関係を判定する対象物体としての運転者の頭部の輪郭とが含まれるようになったと判断する。そして、このヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを含む差分画像に対して、次に説明する領域間最近接距離算出処理を行って、運転者の頭部とヘッドレストとの間の距離を算出する。
【００３３】
領域間最近接距離算出処理では、差分画像内で抽出された２つの輪郭、すなわち図３に示すようなヘッドレストの輪郭および運転者の頭部の輪郭が最も近接している部分の距離３ｂを算出する。図６は、画像内に存在する２つの輪郭間の距離の算出方法を模式的に示した図である。この図６に示す処理をヘッドレストの輪郭および運転者の頭部の輪郭に対して行うことによって、ヘッドレストの輪郭および運転者の頭部の輪郭が最も近接している部分の距離３ｂを算出することが可能になる。
【００３４】
この図６では、図６（ａ）に示すように、差分画像内に輪郭６ａおよび６ｂとが存在しており、この輪郭６ａと輪郭６ｂとの間の距離を算出する場合の具体例を示している。まず、図６（ａ）に示す差分画像内から抽出された２つの輪郭のそれぞれをその輪郭で囲まれる範囲が１画素に縮退するまで縮小させていく。これによって、図６（ｂ）に示す縮退後の画像を得ることができる。
【００３５】
そして、この縮退後の画像内において、アクティブな画素を抽出し、その抽出したアクティブな画素の数を縮退前の差分画像内に含まれていた輪郭で囲まれた領域の数、すなわち輪郭数として検出する。これによって、図６（ｂ）に示す縮退後の画像により縮退前の図６（ａ）に示す差分画像内における輪郭数（領域数）は２つであると検出することができる。
【００３６】
次に、図６（ａ）に示した差分画像に対して、差分画像内に含まれる各輪郭を１画素膨張させる。すなわち図６（ｃ）に示すように、輪郭６ａおよび６ｂを輪郭の外側に向けて１画素分拡大する。そして、この輪郭を１画素膨張させた後の画像に対して、図６（ｂ）で上述したように、各輪郭を１画素に縮退するまで縮小させていく。これによって、図６（ｄ）に示すように、各輪郭を１画素膨張させた差分画像の縮退後の画像を得ることができ、このときのアクティブな画素を抽出することによって、各輪郭を１画素膨張させた差分画像内に存在する輪郭数を検出することができる。
【００３７】
この処理を、各輪郭を１画素ずつ膨張させながら繰り返し行い、差分画像内から検出される輪郭数の数が変化するまで継続する。例えば、図６（ｅ）に示す各画素をｎ−１画素膨張させた差分画像においては、図６（ｆ）に示すように輪郭数が２つであったときに、図６（ｇ）に示す各画素をｎ画素膨張させた差分画像においては、図６（ｈ）に示すように輪郭数が１つに変化した場合には、その時点で輪郭数の検出処理を終了する。この図６（ｇ）および（ｈ）に示す例では、差分画像内に存在する輪郭６ａと輪郭６ｂとを１画素ずつ膨張させていき、その結果、ｎ画素膨張させた時点で、２つの輪郭が接して結合したことによって、縮退後の画像において輪郭数は１と検出されていることを示している。
【００３８】
したがって、２つの輪郭６ａおよび６ｂをｎ画素ずつ拡大したことによって、２つの輪郭が接したことから、各輪郭のそれぞれの膨張させた画素の合計、すなわち２ｎ画素を２つの輪郭間の距離として算出することができる。
【００３９】
上述した処理をヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを含む差分画像に対して実行することによって、２つの輪郭間の距離を算出することができる。そして、算出したヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭との間の距離に基づいて、運転者の頚椎角度θが後方に６０度変化する位置に相当するヘッドレスト位置を推定して、その位置までヘッドレスト位置を移動させることによって、運転者の頚椎角度θが後方に６０度以上変化しないようにすることができ、運転者の頚椎への負荷を低減することができる。
【００４０】
図７は、本実施の形態における車両デバイス制御装置１００の処理を示すフローチャートである。図７に示す処理は、車速センサ１０５からの出力に基づいて、自車両が走行を開始したと判断した場合に起動するプログラムとして制御装置１０６により実行される。
【００４１】
ステップＳ１０において、画像メモリ１０２からの画像の読み込みを開始してステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、撮像画像に対してエッジ抽出用のフィルタを適用し二値化して、撮像画像に含まれる物体の輪郭を抽出する。その後、ステップＳ３０へ進み、上述したように二値化画像上に、監視領域３ａを設定し、さらに監視領域３ａを運転者の頭部が含まれる頭部監視領域４ａと運転者の体部が含まれる体部監視領域４ｂとに分割する。そして、頭部監視領域４ａおよび体部監視領域４ｂのそれぞれから、頭部領域の傾きθｈおよび体部領域の傾きθｂを算出して、運転者の頚椎角度θを算出する。その後、ステップＳ４０へ進む。
【００４２】
ステップＳ４０では、衝突検出装置１０３によって自車両の衝突が検出されたか否かを判断する。その結果、自車両の衝突が検出されたと判断した場合には、ステップＳ５０へ進む。ステップＳ５０では、頚椎角度記憶メモリ１０７に記憶されている運転者の頚椎角度θの時系列データを読み込んで、フレーム間での頚椎角度θの変化速度を算出する。その後、ステップＳ６０へ進み、上述したように、自車両の衝突を検出した時点の運転者の頚椎角度θが、算出した変化速度で変化した場合に、所定の角度を超えるまでの余裕時間Ｔを式（１）および（２）により算出する。また、シートベルト装置、ヘッドレスト装置の応答遅れ時間Ｔｄを算出する。その後、ステップＳ７０へ進む。
【００４３】
ステップＳ７０では、運転者の頚椎角度の変化方向に基づいて、運転者が衝突に伴って前傾を開始しているか、あるいは後傾を開始しているかを判断する。その結果、運転者が前傾を開始していると判断した場合には、ステップＳ８０へ進んで、シートベルト制御装置１０８を制御し、図８で後述するシートベルト制御処理を実行して処理を終了する。一方、運転者が後傾を開始していると判断した場合には、ステップＳ９０へ進んで、ヘッドレスト制御装置１０９を制御し、図９で後述するヘッドレスト制御処理を実行して処理を終了する。
【００４４】
図８は、図７のステップＳ８０で実行されるシートベルト制御処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ８１において、上述したシートベルト装置の応答遅れ時間を加味した信号出力タイミングになったか否かを判断する。信号出力タイミングになったと判断した場合には、ステップＳ８２へ進む。ステップＳ８２では、上述したように、運転者の頚椎角度θの変化速度に合わせて、シートベルトのテンションを徐々に緩める。その後、ステップＳ８３へ進む。
【００４５】
ステップＳ８３では、上述したように、シートベルトのテンションが、運転者の上体を保護するというシートベルト本来の役割を損なわないように設定された、一定の上限に到達したか否かを判断する。その結果、シートベルトのテンションが上限まで緩められたと判断した場合には、ステップＳ８４へ進む。ステップＳ８４では、上限まで緩められたシートベルトのテンションを保持して、図７に示す処理に復帰する。
【００４６】
図９は、図７のステップＳ９０で実行されるヘッドレスト制御処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ９１において、上述したヘッドレスト装置の応答遅れ時間を加味した信号出力タイミングになったか否かを判断する。信号出力タイミングになったと判断した場合には、ステップＳ９２へ進む。ステップＳ９２では、上述したように、カメラ１０１による撮像タイミングと、投光装置１０３による発光タイミングとを図５に示すように制御して、画像の撮像を開始する。その後、ステップＳ９３へ進む。
【００４７】
ステップＳ９３では、上述したように、任意の発光タイミング５ａで撮像した画像とその次のタイミングで撮像した発光なし状態の画像を算出する。その後、ステップＳ９４へ進み、差分画像内からヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを抽出したか否かを判断する。その結果、ヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを抽出したと判断した場合には、ステップＳ９５へ進む。
【００４８】
ステップＳ９５では、図６で上述したように、差分画像内に含まれるヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを１画素に縮退するまで縮小させ、差分画像内に存在する輪郭（領域）の数を検出する。その後、ステップＳ９６へ進み、上述したように、検出した輪郭数が、各領域を１画素膨張させる前の輪郭数から変化したか否かを判断する。その結果、輪郭数が変化しないと判断した場合には、ステップＳ９７へ進み、差分画像内に含まれる各輪郭を１画素膨張させて、ステップＳ９５へ戻る。これに対して、輪郭数が変化したと判断した場合には、ステップＳ９８へ進む。
【００４９】
ステップＳ９８では、上述した領域間最近接距離算出処理を実行して、輪郭数が変化した時点における各輪郭のそれぞれの膨張させた画素の合計、すなわち２ｎ画素を２つの輪郭間の距離として算出する。その後、ステップＳ９９へ進み、算出したヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭との間の距離に基づいて、運転者の頚椎角度θが後方に６０度変化する位置に相当するヘッドレスト位置を推定する。その後、ステップＳ１００へ進み、推定した位置までヘッドレスト位置を移動させて、運転者の頚椎角度θが後方に６０度以上変化しないように制御し、図７に示す処理に復帰する。
【００５０】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）運転者の側方から撮像した画像に基づいて運転者の頚椎角度θを算出し、自車両の衝突が検出された場合に、運転者の頚椎角度θが、±６０度の範囲を超えないように、シートベルトおよびヘッドレストを制御するようにした。これによって、自車両が衝突したときでも、運転者の頚椎角度θが一般的な人間の首の動く範囲である６０度以上変化しないようにすることができ、運転者の頚椎への負荷を低減することができる。
【００５１】
（２）衝突によって運転者が前傾する場合には、運転者の頚椎角度θの変化速度に合わせてシートベルトのテンションを徐々に緩めるようにした。これによって、運転者はシートベルトに押さえつけられることなく体部を前傾させることができ、頭部のみが前傾して頚椎を損傷することを防止することができる。
【００５２】
（３）また、シートベルトのテンションは、ある一定のテンションを上限として、それ以上は緩めないようにした。これによって、運転者の上体を保護するというシートベルと本来の役割を損なうことなく、運転者の頚椎への負荷を低減することができる。
【００５３】
（４）衝突によって運転者が後傾する場合には、運転者の頚椎角度θが後方に６０度変化する位置に相当するヘッドレスト位置を推定し、当該推定位置にヘッドレストを移動するようにした。これによって、運転者の頭部をヘッドレストで支えて、運転者の頚椎が後方に６０度変化するのを防ぐことができ、運転者の頚椎への負荷を低減することができる。
【００５４】
（５）差分画像内における運転者の頭部の輪郭とヘッドレストの輪郭との間の距離を算出するために、差分画像内に含まれる各輪郭を１画素に縮退するまで縮小して、そのときのアクティブな画素の数を差分画像内に存在する輪郭数として検出した。そして、差分画像に含まれる各輪郭を１画素ずつ膨張させて、検出される輪郭数が変化した時点の膨張させた画素数に基づいて、差分画像内における運転者の頭部の輪郭とヘッドレストの輪郭との間の距離を算出するようにした。これによって、車両内に運転者の頭部とヘッドレストとの間の距離を計測する特別な計測機器を設置する必要がなく、コスト的に有利となる。
【００５５】
（６）自車両の衝突を検出した時点の運転者の頚椎角度θが、算出した変化速度で変化した場合に±６０度を超えるまでの余裕時間Ｔを算出し、さらにシートベルト装置およびヘッドレスト装置の各車両デバイスへ指示を出してから、これらの車両デバイスが応答するまでの応答遅れ時間を加味して、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９への制御信号の出力タイミングを決定するようにした。これによって、運転者の頚椎角度の変化速度および各車両デバイスの応答遅れ時間を加味して、最適な信号出力のタイミングを決定することができる。
【００５６】
―変形例―
なお、上述した実施の形態の車両デバイス制御装置は、以下のように変形することもできる。
（１）上述した実施の形態では、運転者の頭部領域の傾きθｈおよび体部領域の傾きθｂを算出するに当たって、転者の頭部の輪郭の長手方向、および運転者の体部の輪郭の長手方向をそれぞれの主軸とし、その傾きを算出する例について説明した。しかしこれに限定されず、例えば、上述した図６（ｂ）の各輪郭を１画素に縮退するまで縮小したときのアクティブな画素を、各輪郭の重心として検出し、重心を原点としたときのｘ軸およびｙ軸についての２次モーメントμ１１、μ２０、μ０２に基づいて、主軸の傾きを算出してもよい。
【００５７】
すなわち、μ１１、μ２０、μ０２は、次式（３）〜（５）で算出され、このときの原点（重心）を通る慣性主軸の傾きθは、式（６）によって算出される。なお、次式（３）〜（５）において、f（ｉ，ｊ）は座標（ｉ，ｊ）における画素値を表す。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【００５８】
（２）上述した実施の形態では、上述した図６に示す方法により、差分画像内に存在する２つの輪郭間の距離を算出する例について説明した。しかしこれに限定されず、例えば、図１０に示すように、上述した変形例（１）と同様に、各輪郭の重心１０ａおよび１０ｂを算出し、それぞれの重臣１０ａおよび１０ｂを直線と、それぞれの輪郭の交点間距離１０ｃを２つの輪郭菅野距離として算出してもよい。
【００５９】
（３）上述した実施の形態では、自車両の衝突を検出した場合に、運転者の頚椎に負荷をかけないように乗員保護装置、すなわちシートベルトあるいはヘッドレストを制御する例について説明した。しかしこれに限定されず、衝突を検出しなくても、車両が大幅に揺れたことを検出した場合や、急ブレーキや急加速を検出した場合など、運転者の頚椎に負荷がかかる状況を検出した場合に、上述した処理を実行してシートベルトあるいはヘッドレストを制御するようにしてもよい。また、車両の挙動に関わらず、車両の走行中は常に運転者の頚椎角度の変化の状況を監視して、シートベルトあるいはヘッドレストを制御するようにしてもよい。
【００６０】
（４）上述した実施の形態では、車間デバイス制御装置１００を車両に搭載する例について説明したが、これに限定されず、その他の移動体に搭載するようにしてもよい。
【００６１】
なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。
【００６２】
特許請求の範囲の構成要素と実施の形態との対応関係について説明する。カメラ１０１は撮像手段に、制御装置１０６は頚椎角度算出手段、変化速度算出手段、および制御手段に相当する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施の形態における車両デバイス制御装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】カメラ１０１および投光装置１０３の設置例を示す図である。
【図３】撮像画像内から運転席のシート、および運転者の輪郭を抽出して、監視領域３ａを設定した場合の具体例を示す図である。
【図４】運転者の頚椎角度θの算出例を模式的に示す図である。
【図５】カメラ１０１による撮像タイミングと投光装置１０３の発光タイミングの具体例を示す図である。
【図６】画像内に存在する２つの輪郭間の距離の算出方法を模式的に示した図である。
【図７】車両デバイス制御装置１００の処理を示すフローチャート図である。
【図８】シートベルト制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】ヘッドレスト制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１０】変形例（２）における画像内に存在する２つの輪郭間の距離の算出方法を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００ 車両デバイス制御装置１００
１０１ カメラ
１０２ 画像メモリ
１０３ 投光装置
１０４ 衝突検出装置
１０５ 車速センサ
１０６ 制御装置
１０７ 頚椎角度記憶メモリ
１０８ シートベルト制御装置
１０９ ヘッドレスト制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されたシートベルトやヘッドレストの動作を制御する車両デバイス制御装置、および車両デバイス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次のような車両デバイス制御装置が特許文献１によって知られている。この車両デバイス制御装置によれば、車両の衝突時に、乗員の体格に応じてエアバッグやシートベルトなどのデバイスを制御する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３８５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置においては、乗員の体格に応じてエアバッグやシートベルトの動作を制御していたため、各乗員の体格に応じたデバイス制御を行う必要があり、処理が重くなるという問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、撮像手段によって乗員の側方から複数フレーム撮像された各々の画像に基づいて、乗員の頚椎角度を算出し、算出した乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化の状況を検出し、検出した乗員の頚椎角度の変化の状況に応じて、乗員保護装置を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、乗員の頚椎角度の変化の状況に応じて、乗員保護装置を制御するようにした。これによって、乗員保護装置の制御を行うために乗員の頚椎角度の変化の状況を検出するだけでよく、処理の負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本実施の形態における車両デバイス制御装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。車両デバイス制御装置１００は車両に搭載され、車両室内に設置され運転者の側部から運転者の頭部および体部を撮像するカメラ１０１と、カメラ１０１で撮像した画像を格納する画像メモリ１０２と、カメラ１０１による撮像範囲に光を照射する投光装置１０３と、車両Ｇセンサなどの車両の衝突を検出する衝突検出装置１０４と、自車両の車速を検出する車速センサ１０５と、ＣＰＵ、メモリ、およびその他周辺回路を含み、後述する種々の処理を実行する制御装置１０６と、制御装置１０４によって、後述する処理で算出される運転者の頚椎角度の時系列データを記憶する頚椎角度記憶メモリ１０７と、運転席のシートベルトのテンション（張力）を制御するシートベルト制御装置１０８と、運転席のヘッドレストの傾きを制御するヘッドレスト制御装置１０９とを備えている。
【０００８】
カメラ１０１は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を有した高速カメラであり、図２に示すように、運転車側部の例えばドアトリムに運転者側に光軸が向くように設置され、自車両の走行中に連続的に運転者の側部から運転者の頭部および体部を撮像して、各フレームごとに画像メモリ１０２に出力する。投光装置１０３は、照射する光量を複数段階に変化させることができ、図２に示すように、カメラ１０１の近傍に設置され、カメラ１０１による撮像範囲に光を照射する。
【０００９】
なお、本実施の形態では説明の簡略化のため、カメラ１０１および投光装置１０３を運転手の側部に設置して、運転者に対してシートベルトやヘッドレストといった乗員保護装置、すなわち車両デバイスの制御を行う例について説明するが、運転者以外の乗員、例えば助手席の乗員や後部座席の乗員に対しても同様に乗員保護装置の制御を行うことが可能である。
【００１０】
制御装置１０６は、車速センサ１０５からの出力に基づいて自車両が走行を開始したと判断した場合には、画像メモリ１０２から撮像画像の読み込みを開始し、各撮像画像に対してエッジ抽出用のフィルタを適用し二値化して、撮像画像に含まれる物体の輪郭を抽出する。これによって、例えば図３に示すように、撮像画像内から運転席のシート、および運転者の輪郭を抽出することができる。このように撮像画像内に存在する対象の輪郭を抽出した二値化画像上に、監視領域３ａを設定する。この監視領域３ａは、あらかじめカメラ１０１の設置位置や設置角度などに基づいて決定された、撮像画像内における運転者の頭部および体部が含まれる領域に対して設定される。
【００１１】
さらに、図４（ａ）に示すように、この監視領域３ａを運転者の頭部が含まれる頭部監視領域４ａと運転者の体部が含まれる体部監視領域４ｂとに分割する。そして、頭部監視領域４ａ内で抽出された運転者の頭部の輪郭（頭部領域）の長手方向の主軸の角度を運転者の頭部領域の傾きとして算出する。すなわち、図４（ａ）に示すように、画像水平方向に対する頭部領域の傾きθｈを算出する。また、体部監視領域４ｂ内で抽出されている運転者の体部の輪郭（体部領域）の長手方向の主軸の角度を運転者の体部領域の傾きとして算出する。すなわち、図４（ｂ）に示すように、画像水平方向に対する体部領域の傾きθｂを算出する。
【００１２】
そして、図４（ｃ）に示すように、算出した頭部領域の傾きθｈと体部領域の傾きθｂとの差分を算出することによって、運転者の頭部と体部とのなす角、すなわち運転者の頚椎角度θを算出して、算出した頚椎角度θを頚椎角度記憶メモリ１０７に記憶する。この処理をカメラ１０１で連続して撮像される複数フレームの画像に対して実行することによって、運転者の頚椎角度θの時系列データを得ることができる。
【００１３】
次に、衝突検出装置１０３によって自車両の衝突が検出された場合には、上述した処理で算出した運転者の頚椎角度θの衝突に伴う変化を検出し、運転者の頚椎への負荷を軽減するように、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９を制御する。具体的には次のように処理する。
【００１４】
まず、頚椎角度記憶メモリ１０７に記憶されている運転者の頚椎角度θの時系列データを読み込んで、フレーム間での頚椎角度θの変化速度を算出する。すなわち、頚椎角度記憶メモリ１０７に記憶されている頚椎角度θのフレーム間での変化量を、カメラ１０１のフレームレートで割ることによって、フレーム間での頚椎角度θの変化速度を算出する。
【００１５】
そして、自車両の衝突を検出した場合の、このフレーム間での頚椎角度θの変化速度に基づいて、運転者の頚椎角度θが所定の角度を超えて運転者の頚椎に負荷がかかるのを防止するために、次のようにシートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９を制御する。なお、本実施の形態では、人間の首（頚部）の動きの範囲は、一般的に前後方向ともに６０度程度であることを加味して、運転者の運転者の頚椎角度θが±６０度を超えないように、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９を制御するようにする。
【００１６】
このために、自車両の衝突を検出した時点の運転者の頚椎角度θが、上述した変化速度で変化した場合に、所定の角度、すなわち±６０度を超えるまでに要する時間を余裕時間Ｔとして次式（１）および（２）により算出する。なお、次式（２）において、θｔｈは閾値としての所定の角度を表し、本実施の形態では、θｔｈ＝６０°とする。
∂θ／∂ｔ＝∂（θｈ−θｂ）／∂ｔ ・・・（１）
Ｔ＝（θｔｈ−｜θｈ−θｂ｜）∂θ／∂ｔ ・・・（２）
【００１７】
さらに、シートベルト装置およびヘッドレスト装置へ指示を出してから、これらの機器が応答するまでの推定遅れ時間を加味して、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９への制御信号を出力するようにする。すなわち、推定遅れ時間がＴｄである場合には、自車両の衝突を検出した時点から余裕時間Ｔの推定遅れ時間Ｔｄ前、すなわち自車両の衝突を検出した時点からＴ−Ｔｄが経過した時点で、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９への制御信号を出力する。これによって、各車両デバイスの応答遅れ時間を加味した制御を行うことができる。
【００１８】
次に、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９のそれぞれによる、シートベルトおよびヘッドレストの動作制御方法について説明する。本実施の形態では、自車両の衝突に伴って運転者が前傾する場合、すなわち運転者の頚椎角度θが前方に変化する場合には、シートベルトのテンションを緩めて運転者の頚椎角度θが前方に６０度以上変化しないようにする。また、自車両の衝突に伴って、運転者が後傾する場合、すなわち運転者の頚椎角度θが後方に変化する場合には、ヘッドレストを前方に移動させて運転者の頭部を支え、運転者の頚椎角度θが後方に６０度以上変化しないようにする。
【００１９】
自車両の衝突に伴って運転者が前傾する場合には、シートベルト制御装置１０８は、上述した各車両デバイスの応答遅れ時間を加味した信号出力タイミングになったときに、シートベルトのテンションを上述した運転者の頚椎角度θの変化速度に合わせて徐々に緩める。例えば、運転者の頚椎角度θの変化速度と、シートベルトのテンションとを微小な時間間隔で検出を繰り返し、検出結果に基づいて、運転者の頚椎角度θが閾値として設定した６０度を超えないように、シートベルトのテンションを徐々に緩めていく。
【００２０】
なお、シートベルトのテンションを緩めるに当たっては、運転者の体部の移動速度が頭部の移動速度よりも若干遅くなるように制御することで、頚椎角度θが急激に変化した際の頚椎の過屈曲による靭帯組織の損傷を防止することができる。また、運転者の上体を保護するというシートベルト本来の役割を損なわないよう、ある一定のテンションを緩められる上限として設定しておき、それ以上は緩めないようにする。
【００２１】
また、自車両の衝突に伴って運転者が後傾する場合には、ヘッドレスト制御装置１０９は、運転者の頚椎角度θが後方に６０度変化した位置に相当するヘッドレスト位置を推定し、上述した各車両デバイスの応答遅れ時間を加味した信号出力タイミングになったときに、ヘッドレストの位置をこの推定位置まで移動させる。これによって、運転者の頚椎角度θが後方に６０度以上変化しないようにする。
【００２２】
このために、運転者の頭部とヘッドレストとの間の距離を算出して運転者の頭部とヘッドレストの位置関係を検出し、この位置関係に基づいて、現在のヘッドレスト位置から、上述した推定位置に相当する位置までの距離を推定して、その距離だけヘッドレストを前方に移動させる。
【００２３】
まず、運転者の頭部とヘッドレストとの画像上での位置関係、すなわち距離を検出するために、次のように処理を行う。すなわち、制御装置１０６は、カメラ１０１の露光タイミング、すなわちカメラ１０１による撮像タイミングと、投光装置１０３による発光タイミングとを図５に示すように制御して画像の撮像を開始する。この図５に示す例では、投光装置１０３を周期Ｔで発光した場合に、カメラ１０１による撮像周期を周期Ｔよりも短くし、例えばＴ／２とする。これによって、カメラ１０１の撮像タイミングの２回に１回の割合で、撮像と発光とが一致するタイミングと一致しないタイミングとが交互に発生するようになる。
【００２４】
また、本実施の形態では、投光装置１０３の光量レベルを、例えば低、中、高の３段階に変化させることができ、図５に示した発光タイミング５ａごとに、低→中→高の順で光量レベルを変化させるようにする。そして、光量レベルが低→中→高と変化する時間３Ｔ（３周期分）を１サイクルとして、自車両の走行中はこれを繰り返し行うようにする。
【００２５】
なお、この低、中、および高の各光量レベルは、次のような光量とする。光量レベルが低の場合の光量は、基準光量として定義され、この基準光量で光を照射した状態で撮像した撮像画像内から後述する処理で本実施の形態で基準位置とするヘッドレストの画像内での位置が検出できるような光量とする。すなわち、撮像画像内からヘッドレストの輪郭が検出できる程度の十分な明るさが得られる光量とする。
【００２６】
そして、光量レベルが中または高の場合の光量は、基準光量で検出可能なヘッドレストの輪郭に加えて、基準位置に対してその相対位置を検出したい対象物体の輪郭を検出することができるような光量とする。すなわち、本実施の形態では、対象物体を運転者の頭部とし、ヘッドレスト位置と運転者の頭部との位置関係を検出できるように、撮像画像内からヘッドレストの輪郭および運転者の頭部の輪郭が検出できる程度の十分な明るさが得られる光量とする。
【００２７】
このように、発光装置１０３から照射する光の光量を変化させながら画像を撮像することによって、発光タイミング５ａの１サイクル期間中（３周期中）には、次の画像Ａ〜画像Ｆの６枚の画像がカメラ１０１によって撮像されることになる。
画像Ａ：光量レベル低で発光時の画像
画像Ｂ：発光なし状態時の画像
画像Ｃ：光量レベル中で発光時の画像
画像Ｄ：発光なし状態時の画像
画像Ｅ：光量レベル高で発光時の画像
画像Ｆ：発光なし状態時の画像
【００２８】
このように撮像した各画像において、任意の発光タイミング５ａで撮像した画像とその次のタイミングで撮像した発光なし状態の画像を算出する。これによって、例えば、画像Ａと画像Ｂとの差分画像を算出した場合には、画像Ａは画像内にヘッドレストの輪郭で囲まれる領域とそれ以外の背景領域とを含む画像であり、画像Ｂは背景領域のみを含む画像であることから、これらの差分画像を算出することによって、背景を除去してヘッドレストの輪郭領域のみを含む画像を得ることができる。
【００２９】
また、画像Ｃと画像Ｄとの差分画像を算出した場合には、画像Ｃは画像内にヘッドレストの輪郭で囲まれる領域、運転者の頭部の輪郭で囲まれる領域、およびそれ以外の背景領域とを含む画像であり、画像Ｄは背景領域のみを含む画像であることから、これらの差分画像を算出することによって、背景を除去してヘッドレストの輪郭領域、および運転者の頭部の輪郭領域を含む画像を得ることができる。なお、画像Ｅと画像Ｆとの差分画像を算出した場合については、画像Ｃと画像Ｄとの差分画像を算出した場合と同様のため説明を省略する。
【００３０】
そして、このように算出した各差分画像に対して、エッジ抽出用のフィルタを適用し二値化して、各差分画像に含まれる輪郭領域を抽出し、抽出した輪郭領域の面積値を算出する。すなわち、画像Ａと画像Ｂとの差分画像においては、ヘッドレストの輪郭領域を抽出して面積値を算出し、画像Ｃと画像Ｄとの差分画像においては、ヘッドレストの輪郭領域、および運転者の東部の輪郭領域を抽出して面積値を算出する。
【００３１】
上述した輪郭領域の面積値算出処理を各差分画像に対して実行し、連続して算出される差分画像間の面積値の変化量が所定の閾値以上となるか否かを判定していく。ここで、所定の閾値には、連続して算出される差分画像において、各差分画像に含まれる輪郭の数が変化したと判定可能な値が設定される。例えば、本実施の形態では、画像Ａと画像Ｂとの差分画像においてはヘッドレストの輪郭領域の輪郭領域のみが抽出されたのに対して、画像Ｃと画像Ｄとの差分画像においては、ヘッドレストの輪郭領域、および運転者の頭部の輪郭領域が抽出されているため、これらの抽出された輪郭領域数の変化を検出することができるような閾値が設定される。
【００３２】
そして、連続して算出される差分画像間の面積値の変化量が所定の閾値以上になったと判定した場合には、差分画像に含まれる輪郭の数が変化した、すなわち、その差分画像内には、基準位置とするヘッドレストの輪郭と、基準位置との位置関係を判定する対象物体としての運転者の頭部の輪郭とが含まれるようになったと判断する。そして、このヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを含む差分画像に対して、次に説明する領域間最近接距離算出処理を行って、運転者の頭部とヘッドレストとの間の距離を算出する。
【００３３】
領域間最近接距離算出処理では、差分画像内で抽出された２つの輪郭、すなわち図３に示すようなヘッドレストの輪郭および運転者の頭部の輪郭が最も近接している部分の距離３ｂを算出する。図６は、画像内に存在する２つの輪郭間の距離の算出方法を模式的に示した図である。この図６に示す処理をヘッドレストの輪郭および運転者の頭部の輪郭に対して行うことによって、ヘッドレストの輪郭および運転者の頭部の輪郭が最も近接している部分の距離３ｂを算出することが可能になる。
【００３４】
この図６では、図６（ａ）に示すように、差分画像内に輪郭６ａおよび６ｂとが存在しており、この輪郭６ａと輪郭６ｂとの間の距離を算出する場合の具体例を示している。まず、図６（ａ）に示す差分画像内から抽出された２つの輪郭のそれぞれをその輪郭で囲まれる範囲が１画素に縮退するまで縮小させていく。これによって、図６（ｂ）に示す縮退後の画像を得ることができる。
【００３５】
そして、この縮退後の画像内において、アクティブな画素を抽出し、その抽出したアクティブな画素の数を縮退前の差分画像内に含まれていた輪郭で囲まれた領域の数、すなわち輪郭数として検出する。これによって、図６（ｂ）に示す縮退後の画像により縮退前の図６（ａ）に示す差分画像内における輪郭数（領域数）は２つであると検出することができる。
【００３６】
次に、図６（ａ）に示した差分画像に対して、差分画像内に含まれる各輪郭を１画素膨張させる。すなわち図６（ｃ）に示すように、輪郭６ａおよび６ｂを輪郭の外側に向けて１画素分拡大する。そして、この輪郭を１画素膨張させた後の画像に対して、図６（ｂ）で上述したように、各輪郭を１画素に縮退するまで縮小させていく。これによって、図６（ｄ）に示すように、各輪郭を１画素膨張させた差分画像の縮退後の画像を得ることができ、このときのアクティブな画素を抽出することによって、各輪郭を１画素膨張させた差分画像内に存在する輪郭数を検出することができる。
【００３７】
この処理を、各輪郭を１画素ずつ膨張させながら繰り返し行い、差分画像内から検出される輪郭数の数が変化するまで継続する。例えば、図６（ｅ）に示す各画素をｎ−１画素膨張させた差分画像においては、図６（ｆ）に示すように輪郭数が２つであったときに、図６（ｇ）に示す各画素をｎ画素膨張させた差分画像においては、図６（ｈ）に示すように輪郭数が１つに変化した場合には、その時点で輪郭数の検出処理を終了する。この図６（ｇ）および（ｈ）に示す例では、差分画像内に存在する輪郭６ａと輪郭６ｂとを１画素ずつ膨張させていき、その結果、ｎ画素膨張させた時点で、２つの輪郭が接して結合したことによって、縮退後の画像において輪郭数は１と検出されていることを示している。
【００３８】
したがって、２つの輪郭６ａおよび６ｂをｎ画素ずつ拡大したことによって、２つの輪郭が接したことから、各輪郭のそれぞれの膨張させた画素の合計、すなわち２ｎ画素を２つの輪郭間の距離として算出することができる。
【００３９】
上述した処理をヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを含む差分画像に対して実行することによって、２つの輪郭間の距離を算出することができる。そして、算出したヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭との間の距離に基づいて、運転者の頚椎角度θが後方に６０度変化する位置に相当するヘッドレスト位置を推定して、その位置までヘッドレスト位置を移動させることによって、運転者の頚椎角度θが後方に６０度以上変化しないようにすることができ、運転者の頚椎への負荷を低減することができる。
【００４０】
図７は、本実施の形態における車両デバイス制御装置１００の処理を示すフローチャートである。図７に示す処理は、車速センサ１０５からの出力に基づいて、自車両が走行を開始したと判断した場合に起動するプログラムとして制御装置１０６により実行される。
【００４１】
ステップＳ１０において、画像メモリ１０２からの画像の読み込みを開始してステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、撮像画像に対してエッジ抽出用のフィルタを適用し二値化して、撮像画像に含まれる物体の輪郭を抽出する。その後、ステップＳ３０へ進み、上述したように二値化画像上に、監視領域３ａを設定し、さらに監視領域３ａを運転者の頭部が含まれる頭部監視領域４ａと運転者の体部が含まれる体部監視領域４ｂとに分割する。そして、頭部監視領域４ａおよび体部監視領域４ｂのそれぞれから、頭部領域の傾きθｈおよび体部領域の傾きθｂを算出して、運転者の頚椎角度θを算出する。その後、ステップＳ４０へ進む。
【００４２】
ステップＳ４０では、衝突検出装置１０３によって自車両の衝突が検出されたか否かを判断する。その結果、自車両の衝突が検出されたと判断した場合には、ステップＳ５０へ進む。ステップＳ５０では、頚椎角度記憶メモリ１０７に記憶されている運転者の頚椎角度θの時系列データを読み込んで、フレーム間での頚椎角度θの変化速度を算出する。その後、ステップＳ６０へ進み、上述したように、自車両の衝突を検出した時点の運転者の頚椎角度θが、算出した変化速度で変化した場合に、所定の角度を超えるまでの余裕時間Ｔを式（１）および（２）により算出する。また、シートベルト装置、ヘッドレスト装置の応答遅れ時間Ｔｄを算出する。その後、ステップＳ７０へ進む。
【００４３】
ステップＳ７０では、運転者の頚椎角度の変化方向に基づいて、運転者が衝突に伴って前傾を開始しているか、あるいは後傾を開始しているかを判断する。その結果、運転者が前傾を開始していると判断した場合には、ステップＳ８０へ進んで、シートベルト制御装置１０８を制御し、図８で後述するシートベルト制御処理を実行して処理を終了する。一方、運転者が後傾を開始していると判断した場合には、ステップＳ９０へ進んで、ヘッドレスト制御装置１０９を制御し、図９で後述するヘッドレスト制御処理を実行して処理を終了する。
【００４４】
図８は、図７のステップＳ８０で実行されるシートベルト制御処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ８１において、上述したシートベルト装置の応答遅れ時間を加味した信号出力タイミングになったか否かを判断する。信号出力タイミングになったと判断した場合には、ステップＳ８２へ進む。ステップＳ８２では、上述したように、運転者の頚椎角度θの変化速度に合わせて、シートベルトのテンションを徐々に緩める。その後、ステップＳ８３へ進む。
【００４５】
ステップＳ８３では、上述したように、シートベルトのテンションが、運転者の上体を保護するというシートベルト本来の役割を損なわないように設定された、一定の上限に到達したか否かを判断する。その結果、シートベルトのテンションが上限まで緩められたと判断した場合には、ステップＳ８４へ進む。ステップＳ８４では、上限まで緩められたシートベルトのテンションを保持して、図７に示す処理に復帰する。
【００４６】
図９は、図７のステップＳ９０で実行されるヘッドレスト制御処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ９１において、上述したヘッドレスト装置の応答遅れ時間を加味した信号出力タイミングになったか否かを判断する。信号出力タイミングになったと判断した場合には、ステップＳ９２へ進む。ステップＳ９２では、上述したように、カメラ１０１による撮像タイミングと、投光装置１０３による発光タイミングとを図５に示すように制御して、画像の撮像を開始する。その後、ステップＳ９３へ進む。
【００４７】
ステップＳ９３では、上述したように、任意の発光タイミング５ａで撮像した画像とその次のタイミングで撮像した発光なし状態の画像を算出する。その後、ステップＳ９４へ進み、差分画像内からヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを抽出したか否かを判断する。その結果、ヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを抽出したと判断した場合には、ステップＳ９５へ進む。
【００４８】
ステップＳ９５では、図６で上述したように、差分画像内に含まれるヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭とを１画素に縮退するまで縮小させ、差分画像内に存在する輪郭（領域）の数を検出する。その後、ステップＳ９６へ進み、上述したように、検出した輪郭数が、各領域を１画素膨張させる前の輪郭数から変化したか否かを判断する。その結果、輪郭数が変化しないと判断した場合には、ステップＳ９７へ進み、差分画像内に含まれる各輪郭を１画素膨張させて、ステップＳ９５へ戻る。これに対して、輪郭数が変化したと判断した場合には、ステップＳ９８へ進む。
【００４９】
ステップＳ９８では、上述した領域間最近接距離算出処理を実行して、輪郭数が変化した時点における各輪郭のそれぞれの膨張させた画素の合計、すなわち２ｎ画素を２つの輪郭間の距離として算出する。その後、ステップＳ９９へ進み、算出したヘッドレストの輪郭と運転者の頭部の輪郭との間の距離に基づいて、運転者の頚椎角度θが後方に６０度変化する位置に相当するヘッドレスト位置を推定する。その後、ステップＳ１００へ進み、推定した位置までヘッドレスト位置を移動させて、運転者の頚椎角度θが後方に６０度以上変化しないように制御し、図７に示す処理に復帰する。
【００５０】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）運転者の側方から撮像した画像に基づいて運転者の頚椎角度θを算出し、自車両の衝突が検出された場合に、運転者の頚椎角度θが、±６０度の範囲を超えないように、シートベルトおよびヘッドレストを制御するようにした。これによって、自車両が衝突したときでも、運転者の頚椎角度θが一般的な人間の首の動く範囲である６０度以上変化しないようにすることができ、運転者の頚椎への負荷を低減することができる。
【００５１】
（２）衝突によって運転者が前傾する場合には、運転者の頚椎角度θの変化速度に合わせてシートベルトのテンションを徐々に緩めるようにした。これによって、運転者はシートベルトに押さえつけられることなく体部を前傾させることができ、頭部のみが前傾して頚椎を損傷することを防止することができる。
【００５２】
（３）また、シートベルトのテンションは、ある一定のテンションを上限として、それ以上は緩めないようにした。これによって、運転者の上体を保護するというシートベルと本来の役割を損なうことなく、運転者の頚椎への負荷を低減することができる。
【００５３】
（４）衝突によって運転者が後傾する場合には、運転者の頚椎角度θが後方に６０度変化する位置に相当するヘッドレスト位置を推定し、当該推定位置にヘッドレストを移動するようにした。これによって、運転者の頭部をヘッドレストで支えて、運転者の頚椎が後方に６０度変化するのを防ぐことができ、運転者の頚椎への負荷を低減することができる。
【００５４】
（５）差分画像内における運転者の頭部の輪郭とヘッドレストの輪郭との間の距離を算出するために、差分画像内に含まれる各輪郭を１画素に縮退するまで縮小して、そのときのアクティブな画素の数を差分画像内に存在する輪郭数として検出した。そして、差分画像に含まれる各輪郭を１画素ずつ膨張させて、検出される輪郭数が変化した時点の膨張させた画素数に基づいて、差分画像内における運転者の頭部の輪郭とヘッドレストの輪郭との間の距離を算出するようにした。これによって、車両内に運転者の頭部とヘッドレストとの間の距離を計測する特別な計測機器を設置する必要がなく、コスト的に有利となる。
【００５５】
（６）自車両の衝突を検出した時点の運転者の頚椎角度θが、算出した変化速度で変化した場合に±６０度を超えるまでの余裕時間Ｔを算出し、さらにシートベルト装置およびヘッドレスト装置の各車両デバイスへ指示を出してから、これらの車両デバイスが応答するまでの応答遅れ時間を加味して、シートベルト制御装置１０８およびヘッドレスト制御装置１０９への制御信号の出力タイミングを決定するようにした。これによって、運転者の頚椎角度の変化速度および各車両デバイスの応答遅れ時間を加味して、最適な信号出力のタイミングを決定することができる。
【００５６】
―変形例―
なお、上述した実施の形態の車両デバイス制御装置は、以下のように変形することもできる。
（１）上述した実施の形態では、運転者の頭部領域の傾きθｈおよび体部領域の傾きθｂを算出するに当たって、転者の頭部の輪郭の長手方向、および運転者の体部の輪郭の長手方向をそれぞれの主軸とし、その傾きを算出する例について説明した。しかしこれに限定されず、例えば、上述した図６（ｂ）の各輪郭を１画素に縮退するまで縮小したときのアクティブな画素を、各輪郭の重心として検出し、重心を原点としたときのｘ軸およびｙ軸についての２次モーメントμ１１、μ２０、μ０２に基づいて、主軸の傾きを算出してもよい。
【００５７】
すなわち、μ１１、μ２０、μ０２は、次式（３）〜（５）で算出され、このときの原点（重心）を通る慣性主軸の傾きθは、式（６）によって算出される。なお、次式（３）〜（５）において、f（ｉ，ｊ）は座標（ｉ，ｊ）における画素値を表す。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【００５８】
（２）上述した実施の形態では、上述した図６に示す方法により、差分画像内に存在する２つの輪郭間の距離を算出する例について説明した。しかしこれに限定されず、例えば、図１０に示すように、上述した変形例（１）と同様に、各輪郭の重心１０ａおよび１０ｂを算出し、それぞれの重臣１０ａおよび１０ｂを直線と、それぞれの輪郭の交点間距離１０ｃを２つの輪郭菅野距離として算出してもよい。
【００５９】
（３）上述した実施の形態では、自車両の衝突を検出した場合に、運転者の頚椎に負荷をかけないように乗員保護装置、すなわちシートベルトあるいはヘッドレストを制御する例について説明した。しかしこれに限定されず、衝突を検出しなくても、車両が大幅に揺れたことを検出した場合や、急ブレーキや急加速を検出した場合など、運転者の頚椎に負荷がかかる状況を検出した場合に、上述した処理を実行してシートベルトあるいはヘッドレストを制御するようにしてもよい。また、車両の挙動に関わらず、車両の走行中は常に運転者の頚椎角度の変化の状況を監視して、シートベルトあるいはヘッドレストを制御するようにしてもよい。
【００６０】
（４）上述した実施の形態では、車間デバイス制御装置１００を車両に搭載する例について説明したが、これに限定されず、その他の移動体に搭載するようにしてもよい。
【００６１】
なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。
【００６２】
特許請求の範囲の構成要素と実施の形態との対応関係について説明する。カメラ１０１は撮像手段に、制御装置１０６は頚椎角度算出手段、変化速度算出手段、および制御手段に相当する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施の形態における車両デバイス制御装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】カメラ１０１および投光装置１０３の設置例を示す図である。
【図３】撮像画像内から運転席のシート、および運転者の輪郭を抽出して、監視領域３ａを設定した場合の具体例を示す図である。
【図４】運転者の頚椎角度θの算出例を模式的に示す図である。
【図５】カメラ１０１による撮像タイミングと投光装置１０３の発光タイミングの具体例を示す図である。
【図６】画像内に存在する２つの輪郭間の距離の算出方法を模式的に示した図である。
【図７】車両デバイス制御装置１００の処理を示すフローチャート図である。
【図８】シートベルト制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】ヘッドレスト制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１０】変形例（２）における画像内に存在する２つの輪郭間の距離の算出方法を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００ 車両デバイス制御装置１００
１０１ カメラ
１０２ 画像メモリ
１０３ 投光装置
１０４ 衝突検出装置
１０５ 車速センサ
１０６ 制御装置
１０７ 頚椎角度記憶メモリ
１０８ シートベルト制御装置
１０９ ヘッドレスト制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段によって乗員の側方から複数フレーム撮像された各々の画像に基づいて、乗員の頚椎角度を算出する頚椎角度算出手段と、
前記頚椎角度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化の状況を検出する頚椎角度変化検出手段と、
前記頚椎角度変化検出手段で検出した前記乗員の頚椎角度の変化の状況に応じて、乗員保護装置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両デバイス制御装置において、
前記頚椎角度変化検出手段は、前記乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化の状況として、前記乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化速度を算出する変化速度算出手段を含み、
前記制御手段は、前記変化速度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度の変化速度に基づいて、前記頚椎角度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度が所定角度を超えないように、乗員保護装置を制御することを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両デバイス制御装置において、
前記乗員保護装置はシートベルトであり、
前記制御手段は、前記頚椎角度変化検出手段で検出した前記乗員の頚椎角度の変化の状況に基づいて、乗員が前傾することを検出した場合には、前記変化速度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度の変化速度に応じて、前記シートベルトの張力を緩めることを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の車両デバイス制御装置において、
前記乗員保護装置はヘッドレストであり、
前記制御手段は、前記頚椎角度変化検出手段で検出した前記乗員の頚椎角度の変化の状況に基づいて、乗員が後傾することを検出した場合には、前記変化速度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度の変化速度に基づいて、前記乗員の頚椎角度が所定角度となる位置を推定し、その推定位置に前記ヘッドレストの位置を移動することを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の車両デバイス制御装置において、
前記制御手段は、前記変化速度算出手段で算出された前記乗員の頚椎角度の変化速度に基づいて、乗員の頚椎角度が前記所定角度となるまでに要する余裕時間、および前記乗員保護装置の応答遅れ時間を算出し、算出した前記余裕時間、および前記応答遅れ時間を加味して、前記乗員保護装置を制御することを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両デバイス制御装置において、
自車両の衝突を検出する衝突検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記衝突検出手段で自車両の衝突を検出した場合に、前記乗員保護装置を制御することを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項７】
撮像手段によって乗員の側方から複数フレーム撮像された各々の画像に基づいて、乗員の頚椎角度を算出し、
算出した前記乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化の状況を検出し、
検出した前記乗員の頚椎角度の変化の状況に応じて、乗員保護装置を制御することを特徴とする車両デバイス制御方法。
【請求項１】
撮像手段によって乗員の側方から複数フレーム撮像された各々の画像に基づいて、乗員の頚椎角度を算出する頚椎角度算出手段と、
前記頚椎角度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化の状況を検出する頚椎角度変化検出手段と、
前記頚椎角度変化検出手段で検出した前記乗員の頚椎角度の変化の状況に応じて、乗員保護装置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両デバイス制御装置において、
前記頚椎角度変化検出手段は、前記乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化の状況として、前記乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化速度を算出する変化速度算出手段を含み、
前記制御手段は、前記変化速度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度の変化速度に基づいて、前記頚椎角度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度が所定角度を超えないように、乗員保護装置を制御することを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両デバイス制御装置において、
前記乗員保護装置はシートベルトであり、
前記制御手段は、前記頚椎角度変化検出手段で検出した前記乗員の頚椎角度の変化の状況に基づいて、乗員が前傾することを検出した場合には、前記変化速度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度の変化速度に応じて、前記シートベルトの張力を緩めることを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の車両デバイス制御装置において、
前記乗員保護装置はヘッドレストであり、
前記制御手段は、前記頚椎角度変化検出手段で検出した前記乗員の頚椎角度の変化の状況に基づいて、乗員が後傾することを検出した場合には、前記変化速度算出手段で算出した前記乗員の頚椎角度の変化速度に基づいて、前記乗員の頚椎角度が所定角度となる位置を推定し、その推定位置に前記ヘッドレストの位置を移動することを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の車両デバイス制御装置において、
前記制御手段は、前記変化速度算出手段で算出された前記乗員の頚椎角度の変化速度に基づいて、乗員の頚椎角度が前記所定角度となるまでに要する余裕時間、および前記乗員保護装置の応答遅れ時間を算出し、算出した前記余裕時間、および前記応答遅れ時間を加味して、前記乗員保護装置を制御することを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両デバイス制御装置において、
自車両の衝突を検出する衝突検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記衝突検出手段で自車両の衝突を検出した場合に、前記乗員保護装置を制御することを特徴とする車両デバイス制御装置。
【請求項７】
撮像手段によって乗員の側方から複数フレーム撮像された各々の画像に基づいて、乗員の頚椎角度を算出し、
算出した前記乗員の頚椎角度の複数フレーム間における変化の状況を検出し、
検出した前記乗員の頚椎角度の変化の状況に応じて、乗員保護装置を制御することを特徴とする車両デバイス制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２２４２８（Ｐ２００７−２２４２８Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０９９７７（Ｐ２００５−２０９９７７）
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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