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JP4264944B2 - Human state estimation system, human state estimation method, and human state estimation program - Google Patents
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate the intention of a human being in order to properly support the action of the human being. <P>SOLUTION: The state of a human being is estimated by using a plurality of dispersed feeling intelligences comprising a sensor and a process operation unit. That is, as the sensor for acquiring the action result of the human being, cameras 21, 24, 31 and 32, and a vehicle velocity detecting device 25 are arranged. As the process operation unit, a vehicle position information calculating unit 202, a first face direction information calculating unit 203 and a second face direction information calculating unit 204 are arranged. An intention recognizing unit 207 performs an intention inference based on environmental information such as vehicle position information V<SB>L</SB>, face direction information &theta;<SB>D</SB>, and vehicle velocity information V<SB>v</SB>acquired from a plurality of the dispersed feeling intelligences, and an intention recognition result is acquired. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、人間の行動を支援するために人間の意図を把握する人間状態推定システム、人間状態推定方法及び人間状態推定プログラムに関する。   The present invention relates to a human state estimation system, a human state estimation method, and a human state estimation program for grasping a human intention in order to support human behavior.

情報通信技術の急速な進展に伴い、情報インフラストラクチャの整備が進められ、一般家庭や移動体にまでネットワークと情報システムが浸透しつつある。一方、利用者側からこれらのネットワーク情報システムを見る限りでは、ネットワークにより形成された空間に生活する利用者でありながら、形成している空間システムが有効に利用者に作用して人間に支援しているとは言い難いのが現状である。   With the rapid development of information and communication technology, the development of information infrastructure is being promoted, and networks and information systems are spreading to ordinary homes and mobiles. On the other hand, as far as these network information systems are viewed from the user side, even though they are users who live in the space formed by the network, the formed spatial system effectively acts on the user and supports humans. It is hard to say that it is.

また、日々の生活でその恩恵を受ける人が増える一方で、病院や家庭内の高齢者・機能障害者に代表される、情報技術から疎外され、その恩恵を十分に受けられていない情報弱者と呼ばれる人々との格差が相対的に進んでいるのも現状である。   In addition, while the number of people who benefit from daily life increases, information weak people who are alienated from information technology, such as the elderly and functionally disabled people in hospitals and households, and are not fully receiving the benefits It is the current situation that the disparity with the called people is relatively advanced.

一方、このような情報処理技術を用いて運輸省の先端安全自動車推進検討会により、エレクトロニクス技術等の新技術により自動車を高知能化して安全性を格段に高めるための予防安全技術が提案されている(非特許文献1)。この予防安全技術は、通常走行時における運転者の危険状態、走行環境の危険状況等を各種センサにより検知し運転者に警報すること、運転者の負担を軽減すること等により自己の未然防止を図るために考案されている。しかしながら、危険状況の直前に危険を報知することはできても、危険状況に陥るより前の状況は知らせることができない。また、危険状況の直前に危険を突然表示すると、その直前の表示が視界に入ることにより、周辺の視野が極端に見えにくくなるという特性が顕著に見られることが知られている。   On the other hand, the Ministry of Transport's Advanced Safety Vehicle Promotion Study Group has proposed preventive safety technology for improving the safety of automobiles by using new technologies such as electronics technology and using this information processing technology. (Non-Patent Document 1). This preventive safety technology detects the driver's dangerous condition during normal driving, the dangerous situation of the driving environment, etc. with various sensors and alerts the driver, reducing the driver's burden, etc. It is designed for illustration purposes. However, even if the danger can be notified immediately before the dangerous situation, the situation before the dangerous situation cannot be notified. Further, it is known that when a danger is suddenly displayed immediately before a dangerous situation, the display immediately before that enters the field of view, so that the peripheral visual field becomes extremely difficult to see.

このように、例えば都市空間において歩行者、車両の存在を検出し、存在を提示することはできたが、情報過多になってしまい、かえって運転者に対し混乱を招き支障となってしまう。
先端安全自動車推進検討会事務局 運輸省自動車交通局技術安全部“先端安全自動車”平成9年10月発行
In this manner, for example, the presence of pedestrians and vehicles can be detected and presented in an urban space, but the information becomes excessive, which causes confusion and hinders the driver.
Secretariat for the Promotion of Advanced Safety Vehicles Promotion Ministry of Transportation

このように、例えば都市空間において歩行者、車両の存在を検出し、存在を提示することはできたが、情報過多になってしまい、かえって運転者に対し混乱を招き支障となってしまう。   In this manner, for example, the presence of pedestrians and vehicles can be detected and presented in an urban space, but the information becomes excessive, which causes confusion and hinders the driver.

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、適切に人間の行動を支援するために人間の意図を推論する人間状態推定システム、人間状態推定方法及び人間状態推定プログラムを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to provide a human state estimation system, a human state estimation method, and a human state that infer human intentions in order to appropriately support human behavior. To provide an estimation program.

上記目的を達成するためにこの発明の一観点は、車両が予め設定した目標地点に到達したときに当該車両の運転者が行うであろう運転行動を事前に推定する際に、上記目標地点に対する上記車両の位置情報を算出すると共に上記車両の速度情報を検出し、さらに上記車両に搭載されたカメラにより上記運転者の顔画像データを得、この顔画像データから画像認識処理により顔の特定領域の重心を検出することにより上記運転者の顔の方向を表す情報を検出する。そして、車両の位置、速度及び運転者の顔の方向の各々について予め設定された入力メンバーシップ関数と、想定される複数の運転意図の各々について予め設定された出力メンバーシップ関数と、上記各入力メンバーシップ関数と上記各出力メンバーシップ関数との間をマトリクス状に関連付ける複数の個性データをそれぞれ記憶する連想メモリを用意して、この連想メモリに、上記算出された車両の位置情報、上記検出された速度情報、及び上記検出された運転者の顔の方向を表す情報を入力パラメータとして入力し、この連想メモリを用いて正方向及び逆方向の行列演算を予め定められた回数だけ繰り返し実行することにより収束した複数の出力メンバーシップ関数を得、この出力された複数の出力メンバーシップ関数にそれぞれ対応する運転意図グレードの中から値が最も大きいものを選択して、この選択された運転意図グレードに対応する意図を上記運転者の意図認識結果として出力するようにしたものである。   In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is to estimate the driving behavior that the driver of the vehicle will perform when the vehicle reaches a preset target point. The vehicle position information is calculated, the vehicle speed information is detected, the driver's face image data is obtained by a camera mounted on the vehicle, and a face identification area is obtained from the face image data by image recognition processing. By detecting the center of gravity of the vehicle, information indicating the direction of the driver's face is detected. An input membership function preset for each of the vehicle position, speed, and driver's face direction, an output membership function preset for each of a plurality of assumed driving intentions, and each of the above inputs An associative memory for storing a plurality of individuality data for associating a membership function and each of the output membership functions in a matrix is prepared, and the calculated vehicle position information and the detected vehicle position are detected in the associative memory. Speed information and information indicating the detected driver's face direction are input as input parameters, and forward and backward matrix operations are repeatedly executed a predetermined number of times using this associative memory. To obtain a plurality of output membership functions that have converged, and respectively correspond to the output membership functions that have been output. Select the one value from the driver's intention grade greatest, the intention corresponding to the selected driving intention grade is obtained so as to output as intended result of recognition of the driver.

またこの発明の別の観点は、車両位置情報を算出する際に、上記目標地点に複数のカメラを配置して、これらのカメラにより車両を互いに異なる方向から撮像してその画像データを当該車両に向け送信する。そして、車両に設けた車両位置情報算出部において、上記複数のカメラから送られた複数の車両画像データを受信し、この受信された複数の車両画像データをもとにステレオ視機能を用いて三次元座標により表される車両の位置情報を算出するものである。   Another aspect of the present invention is that, when calculating vehicle position information, a plurality of cameras are arranged at the target point, the vehicles are picked up from different directions by these cameras, and the image data is transferred to the vehicle. Send to. And in the vehicle position information calculation part provided in the vehicle, a plurality of vehicle image data sent from the plurality of cameras is received, and a tertiary view function is used using the stereo vision function based on the received plurality of vehicle image data. The position information of the vehicle represented by the original coordinates is calculated.

またこの発明のさらに別の観点は、顔方向を算出する際に、カメラにより得られた顔画像データから画像認識処理により運転者の口領域の重心座標を検出する。そして、上記カメラと運転者頭部の中心とを結んだ直線Lo とカメラと上記検出された口領域の重心座標とを結んだ直線Lx とにより形成される角度をθ 、運転者頭部の中心と上記検出された口領域の重心座標とを結んだ直線と上記直線Lxとにより形成される角度をθ とし、かつカメラと運転者頭部の中心までの距離をd、運転者の頭部モデルにより求められる頭部半径をr、カメラの画角をφとしたとき、運転者の顔の方向θD2を、
r/sinθ=d/sinθ
sinθ=(d/r)・sinθ
θ=180−arcsin(sinθ)・180/π
θD2=180−(θ+θ
により算出するようにしたものである。
According to still another aspect of the present invention, when calculating the face direction, the center-of-gravity coordinates of the driver's mouth area are detected from the face image data obtained by the camera by image recognition processing. An angle formed by a straight line Lo connecting the camera and the center of the driver's head and a straight line Lx connecting the camera and the center of gravity coordinates of the detected mouth area is θ A , An angle formed by a straight line connecting the center and the center of gravity coordinates of the detected mouth area and the straight line Lx is θ B , and a distance from the camera to the center of the driver's head is d, and the driver's head When the head radius determined by the part model is r and the angle of view of the camera is φ, the direction θ D2 of the driver's face is
r / sin θ A = d / sin θ B
sin θ B = (d / r) · sin θ A
θ B = 180−arcsin (sin θ B ) · 180 / π
θ D2 = 180− (θ A + θ B )
It is made to calculate by.

本発明によれば、人間の意図を適切に推論することができる。   According to the present invention, it is possible to appropriately infer human intentions.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る人間状態推定システムが適用される都市空間における分散感覚知能空間の一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a distributed sensory intelligence space in an urban space to which a human state estimation system according to an embodiment of the present invention is applied.

図1は、車両2が道路41を進行している状況を示している。この道路41と道路42との交差点には、2つのカメラ31及び32が配置されている。これらカメラ31及び32は、道路41を通行する車両2を撮像する。このカメラ31及び32の撮像画像の一例は102で示される。また、車両2には、運転者10の動作を取得するための車両搭載カメラ24が搭載され、運転者10を撮像する。この運転者撮像画像の一例は101で示される。さらに、車両2には、車両速度検出装置25が搭載されている。検出された車両速度情報Vは、例えば103で示される撮像画像として表示される。 FIG. 1 shows a situation where the vehicle 2 is traveling on a road 41. Two cameras 31 and 32 are arranged at the intersection of the road 41 and the road 42. These cameras 31 and 32 image the vehicle 2 passing through the road 41. An example of images captured by the cameras 31 and 32 is indicated by 102. Further, the vehicle 2 is equipped with a vehicle-mounted camera 24 for acquiring the operation of the driver 10 and images the driver 10. An example of this driver captured image is indicated by 101. Furthermore, a vehicle speed detection device 25 is mounted on the vehicle 2. Detected vehicle speed information V v is displayed as a captured image indicated by the example 103.

このように、車両搭載カメラ24で撮像された運転者画像に基づき算出された運転者10の動作と、カメラ31及び32で取得された車両画像に基づき算出された車両位置情報Vと、車両速度検出装置25から得られた車両速度情報Vとに基づき、運転者10の意図を推論する。 Thus, the operation of the driver 10 calculated based on the driver image captured by the vehicle-mounted camera 24, the vehicle position information V L calculated based on the vehicle images acquired by the cameras 31 and 32, and the vehicle based on the vehicle speed information V v obtained from the speed detector 25, to infer the driver's intention 10.

この分散感覚知能空間において、分散感覚知能は、各車両2や、カメラ31,32などからなる車両位置検出機構などである。これら分散感覚知能は、感覚部と知能部からなる。感覚部は、例えばCCDカメラなどのセンサで実装される。知能部は、CPUなどの処理を実行する処理演算装置で実装される。分散感覚知能モデルの感覚部は、環境中における色情報や動き情報、形状情報といった物理量を取得し前処理を行う。この物理量は、単純に速度や位置などの物理的な値のみならず、複合的な物理量も含まれる。例えば、画像情報も、環境の色や動き、形状を示す物理量といえる。知能部は、感覚部で得られた物理量に基づき、人間の行動結果を表す環境情報を生成し、情報を出力するなど知的処理を行う。分散感覚知能空間では、複数の感覚知能を空間全体に分散的に配置することで、空間全体があたかも高知能を持つかのように情報を共有し、補い合う。   In this distributed sensory intelligence space, the distributed sensory intelligence is a vehicle position detection mechanism including each vehicle 2 and cameras 31 and 32. These distributed sensory intelligence consists of a sensory part and an intelligent part. The sensory part is implemented by a sensor such as a CCD camera. The intelligence unit is implemented by a processing arithmetic device that executes processing such as a CPU. The sensory part of the distributed sensory intelligence model acquires physical quantities such as color information, motion information, and shape information in the environment and performs preprocessing. This physical quantity includes not only physical values such as speed and position but also complex physical quantities. For example, the image information is also a physical quantity indicating the color, movement, and shape of the environment. Based on the physical quantity obtained by the sensory part, the intelligence part performs environmental processing such as generating environmental information representing a human action result and outputting the information. In the distributed sensory intelligence space, multiple sensory intelligences are distributed throughout the space to share and supplement information as if the entire space had high intelligence.

本実施形態では、分散感覚知能区間において各カメラセンサから送られてくる物理量の取得に、一例としてI−Spaceというソフトウェアを用いる。このI−Spaceは、カメラから送られてくる画像から検出したい色彩のある部分をウィンドウによって保持し、その中から検出した画素の重心を算出するという方法で座標データを取り出す。また、ウィンドウは一定時間ごとに保持している色の、画素の集団の動きを追尾するので、検出したい部分のトラッキングが可能となる。   In the present embodiment, software called I-Space is used as an example for obtaining physical quantities sent from each camera sensor in the distributed sensory intelligence section. In this I-Space, coordinate data is extracted by a method in which a portion having a color desired to be detected from an image sent from a camera is held by a window, and the center of gravity of the detected pixel is calculated therefrom. In addition, since the window tracks the movement of a group of pixels of a color that is held at regular intervals, it is possible to track a portion that is desired to be detected.

図2は上記人間状態推定システムの各構成の一例を示す図である。図2に示すように、A点及びB点から撮像した2つの車両画像データを車両2の通信制御手段201を介してカメラ31及び32から受信する。車両位置情報算出部202は、これらA点及びB点から撮像した2つの車両画像データに基づき車両位置情報Vを算出する。この車両位置情報Vの算出は、ステレオ視に基づく算出手法で求められる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of each configuration of the human state estimation system. As shown in FIG. 2, two vehicle image data captured from the points A and B are received from the cameras 31 and 32 via the communication control means 201 of the vehicle 2. The vehicle position information calculation unit 202 calculates vehicle position information VL based on the two vehicle image data captured from these points A and B. The calculation of the vehicle position information V L is obtained by a calculation method based on stereo vision.

また、車両2に設けられた車両速度検出装置25は、車両2のモータ2cの回転数などから車両速度情報Vを算出する。また、第1顔方向情報算出部203は、車両搭載カメラ24で得られた運転者10の運転行動を含む車内カメラ画像データに基づき第1顔方向情報θD1を算出する。また、第2顔方向情報算出部204は、視野画像取得カメラ21で得られた運転者10の視野の画像データに基づき第2顔方向情報θD2を算出する。情報再構成部205は、得られた顔方向情報θD1及びθD2に基づき、情報の再構成処理を行い顔方向暫定情報θを得る。ニュートン法補正部206は、顔方向暫定情報θをニュートン法により補正し、顔方向情報θを得る。意図認識部207は、車両位置情報Vと、車両速度情報Vと、顔方向情報θとに基づき意図認識処理を行い運転者10の意図を示す意図認識結果を生成する。得られた意図認識結果は車両2に設けられた表示部22に表示される。もちろん、表示部22は車両2とは別に配置された分散感覚知能に設けられており、無線により意図認識結果がその分散感覚知能に送信されその表示部22に表示されても良い。 Further, the vehicle speed detecting device 25 provided in the vehicle 2 calculates the vehicle speed information V v from the number of revolutions of the vehicle 2 motor 2c. The first face direction information calculation unit 203 calculates first face direction information θ D1 based on in-vehicle camera image data including the driving action of the driver 10 obtained by the vehicle-mounted camera 24. The second face direction information calculation unit 204 calculates the second face direction information θ D2 based on the image data of the driver's 10 visual field obtained by the visual field image acquisition camera 21. The information reconstruction unit 205 performs information reconstruction processing based on the obtained face direction information θ D1 and θ D2 to obtain temporary face direction information θ P. Newton's method correction section 206, a face direction provisional information theta P corrected by Newton's method to obtain the face direction information theta D. The intention recognition unit 207 generates an intention recognition result indicating the intention of the driver 10 by performing an intention recognition process based on the vehicle position information V L , the vehicle speed information V v, and the face direction information θ D. The obtained intention recognition result is displayed on the display unit 22 provided in the vehicle 2. Of course, the display unit 22 is provided in the distributed sensory intelligence arranged separately from the vehicle 2, and the intention recognition result may be transmitted to the distributed sensory intelligence wirelessly and displayed on the display unit 22.

図2において、カメラ31、32、車両位置情報算出部202により分散感覚知能が構成される。カメラ31及び32がセンサ部として機能し、車両位置情報算出部202が処理演算部として機能する。また、車両速度検出装置25が1つの分散感覚知能として機能する。また、視野画像取得カメラ21、車両搭載カメラ24、第1顔方向情報算出部203、第2顔方向情報算出部204、情報再構成部205及びニュートン法補正部206により分散感覚知能が構成される。視野画像取得カメラ21及び車両搭載カメラ24がセンサ部として機能し、第1顔方向情報算出部203、第2顔方向情報算出部204、情報再構成部205及びニュートン法補正部206が処理演算部として機能する。   In FIG. 2, the distributed sensory intelligence is configured by the cameras 31 and 32 and the vehicle position information calculation unit 202. The cameras 31 and 32 function as a sensor unit, and the vehicle position information calculation unit 202 functions as a processing calculation unit. Further, the vehicle speed detection device 25 functions as one distributed sensory intelligence. Further, the visual field image acquisition camera 21, the vehicle mounted camera 24, the first face direction information calculation unit 203, the second face direction information calculation unit 204, the information reconstruction unit 205, and the Newton method correction unit 206 constitute a distributed sensory intelligence. . The field-of-view image acquisition camera 21 and the vehicle-mounted camera 24 function as a sensor unit, and the first face direction information calculation unit 203, the second face direction information calculation unit 204, the information reconstruction unit 205, and the Newton method correction unit 206 are processing calculation units. Function as.

また、各構成での処理データや、各構成を実行するためのプログラムは、車両2に設けられた記憶装置39に格納され、必要に応じて各構成から読み出される。   Further, processing data in each configuration and a program for executing each configuration are stored in the storage device 39 provided in the vehicle 2 and read from each configuration as necessary.

次に、図3を用いて、カメラ31及び32を用いた車両位置情報Vの算出手法を説明する。 Next, a method for calculating the vehicle position information VL using the cameras 31 and 32 will be described with reference to FIG.

図3は車両位置情報Vの検出に、I−Spaceのステレオ視機能を用いている。これは、I−Spaceを2台使用し、それぞれが得た座標データを計算することにより、3次元座標の位置を獲得する。図3において、目標物である車両2の座標をP(x,y,z)、車両2に対して左側のカメラ32の座標をOL、車両2に対して右側のカメラ31の座標をORとし、カメラ32により撮像された画像中の車両2の像面の座標をP(X,Y)とし、カメラ31により撮像された画像中の車両2の像面の座標をP(X,Y)とする。これら座標P及びPは、撮像面での画像中の座標を示している。 FIG. 3 uses the stereo view function of I-Space to detect the vehicle position information VL . In this method, two I-Spaces are used, and the coordinate data obtained by each is calculated to obtain the position of the three-dimensional coordinate. In FIG. 3, the coordinates of the target vehicle 2 is P (x, y, z), the coordinates of the left camera 32 with respect to the vehicle 2 are OL, and the coordinates of the right camera 31 with respect to the vehicle 2 are OR. The coordinates of the image plane of the vehicle 2 in the image captured by the camera 32 are P L (X L , Y L ), and the coordinates of the image plane of the vehicle 2 in the image captured by the camera 31 are P R (X R 1 , Y R ). These coordinates P L and P R are the coordinates in the image on the imaging surface.

左側のカメラ32の画像の中心をOL、右側のカメラ31の画像の中心をORとした場合、dは、これら中心OLとORとの距離である。fはカメラ31及び32の焦点距離である。   When the center of the image of the left camera 32 is OL and the center of the image of the right camera 31 is OR, d is the distance between these centers OL and OR. f is the focal length of the cameras 31 and 32.

そして、目標物P(x,y,z)は、以下の式(1)〜(3)により算出される。
x=d・X/(X−X) …(1)
y=d・Y/(X−X) …(2)
z=d・f/(X−X) …(3)
図4は車両2の概観図であり、図5は車両2の機能を模式的に示した図である。
The target P (x, y, z) is calculated by the following equations (1) to (3).
x = d · X L / (X L −X R ) (1)
y = d · Y L / (X L −X R ) (2)
z = d · f / (X L −X R ) (3)
FIG. 4 is an overview diagram of the vehicle 2, and FIG. 5 is a diagram schematically illustrating functions of the vehicle 2.

図4に示すように、車両2の車輪2aの回転数と、ハンドル2bの回転角を検出する車両速度検出装置25が設けられている。図5に示すように、外部端末2fや2gと無線LAN2mや無線LAN2nにより通信可能に制御コンピュータ2eが車両2に設けられている。外部端末2fや2gは、他の分散感覚知能に実装されるもので、例えば別の車両に設けられた制御コンピュータや、歩行者の有する携帯端末等が該当する。   As shown in FIG. 4, a vehicle speed detection device 25 that detects the rotation speed of the wheel 2 a of the vehicle 2 and the rotation angle of the handle 2 b is provided. As shown in FIG. 5, the control computer 2e is provided in the vehicle 2 so that it can communicate with the external terminals 2f and 2g via the wireless LAN 2m and the wireless LAN 2n. The external terminals 2f and 2g are implemented in other distributed sensory intelligence, and correspond to, for example, a control computer provided in another vehicle, a portable terminal held by a pedestrian, or the like.

制御コンピュータ2eからの速度指令及びハンドル角指令を例えば有線で車両制御用マイコンPP7などの制御部2dが受信し、この制御部2dが車両2内に設けられたモータ2c及びハンドル2bを制御する。これにより、所望の車両速度及びハンドルの回転による車両2の運転が可能となる。   The control unit 2d such as the vehicle control microcomputer PP7 receives the speed command and the handle angle command from the control computer 2e, for example, by wire, and the control unit 2d controls the motor 2c and the handle 2b provided in the vehicle 2. Thereby, the driving | operation of the vehicle 2 by rotation of a desired vehicle speed and a handle | steering-wheel is attained.

一方、モータ2cの回転数とハンドル2bの回転角を制御部2dが検出する。制御部2dで検出されたモータ回転数から得られた車輪速度及びハンドル回転角は制御コンピュータ2eに送信される。制御コンピュータ2eに設けられた車両速度検出装置25は、受信した車輪速度に基づき車両速度情報Vを算出し、ハンドル回転角とともに外部端末2fや2gに送信する。 On the other hand, the control unit 2d detects the rotation speed of the motor 2c and the rotation angle of the handle 2b. The wheel speed and the steering wheel rotation angle obtained from the motor rotation speed detected by the control unit 2d are transmitted to the control computer 2e. Control computer 2e vehicle speed detecting device 25 provided calculates the vehicle speed information V v based on the wheel speed received and transmitted with the wheel turning angle to the external terminal 2f and 2g.

図6は顔方向情報の取得を説明するための図である。図6に示すように、車両2内に、頭上に固定された視野画像を取得するためのCCDカメラ等からなる視野画像取得カメラ21と、この視野画像取得カメラ21に接続された制御コンピュータ2hとを備える。また、車両2内に、運転者10の正面の車両2に設置されたCCDカメラ等からなる車両搭載カメラ24と、この車両搭載カメラ24に接続された制御コンピュータ2iとを備える。さらに、運転者10の視野に含まれる例えばフロントガラスの近傍などに、カラーボールなどの3点のカラーマーカ2j〜2lが配置されている。   FIG. 6 is a diagram for explaining acquisition of face direction information. As shown in FIG. 6, in the vehicle 2, a field-of-view image acquisition camera 21 composed of a CCD camera or the like for acquiring a field-of-view image fixed above the head, and a control computer 2 h connected to the field-of-view image acquisition camera 21. Is provided. In addition, the vehicle 2 includes a vehicle-mounted camera 24 made up of a CCD camera or the like installed in the vehicle 2 in front of the driver 10, and a control computer 2 i connected to the vehicle-mounted camera 24. Further, three color markers 2j to 2l such as color balls are arranged in the visual field of the driver 10, for example, in the vicinity of the windshield.

視野画像取得カメラ21は、運転者の視野画像を取得し制御コンピュータ2hに出力する。制御コンピュータ2hはI−Spaceの機能を備えており、視野画像データから3点のカラーマーカ2j〜2lを検出する。   The visual field image acquisition camera 21 acquires a driver's visual field image and outputs it to the control computer 2h. The control computer 2h has an I-Space function, and detects three color markers 2j to 2l from the visual field image data.

一方、車両搭載カメラ24は、車内カメラ画像(運転者画像)を取得し制御コンピュータ2iに出力する。制御コンピュータ2iは、車内カメラ画像データから運転者10の顔及び唇を検出する。   On the other hand, the vehicle-mounted camera 24 acquires an in-vehicle camera image (driver image) and outputs it to the control computer 2i. The control computer 2i detects the face and lips of the driver 10 from the in-vehicle camera image data.

これら制御コンピュータ2h及び2iで得られた検出データに基づき、後述する計算式を用いて顔方向情報θD1及びθD2を算出し、注意機能を備えた情報再構成部205により情報の再構成を行い顔方向暫定情報θを算出する。さらに、ニュートン法補正部206により補正を行い顔方向情報θを算出する。これにより、ロバスト性及び精度の高い検出を行う。これら顔方向情報θD1及びθD2の算出、顔方向暫定情報θの算出、顔方向情報θの算出は、制御コンピュータ2hまたは2iのいずれかが行ってもよいし、別のコンピュータが実行してもよい。具体的には、制御コンピュータ2hで得られたデータを制御コンピュータ2iに送信し、制御コンピュータ2i内で顔方向情報θの算出までの処理を行ってもよいし、これとは逆に制御コンピュータ2i側にデータを集約し、制御コンピュータ2i側で行ってもよい。 Based on the detection data obtained by these control computers 2h and 2i, face direction information θ D1 and θ D2 are calculated using a calculation formula described later, and the information reconstruction unit 205 having an attention function reconstructs the information. to calculate the conduct face direction provisional information θ P. Moreover, to calculate the face direction information theta D corrects the Newton method correction section 206. Thereby, detection with high robustness and high accuracy is performed. The calculation of the face direction information θ D1 and θ D2 , the calculation of the face direction provisional information θ P , and the calculation of the face direction information θ D may be performed by either the control computer 2h or 2i, or executed by another computer. May be. Specifically, the control data obtained by a computer 2h transmits to the control computer 2i, the control computer also may perform the processing up to the calculation of the face direction information theta D within 2i, contrary to the control computer to this Data may be aggregated on the 2i side and performed on the control computer 2i side.

図7は第1顔方向情報θD1の算出例を説明するための模式図である。図7は、運転者10の頭部に固定された視野画像取得カメラ21の角度2φの画像取得範囲に、車両2に固定されたマーカ2j〜2lのうちの2jが含まれている場合を示している。マーカ2j〜2lは、車両2の他の部材とは異なる部材等により形成された部分であってもよい。 FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an example of calculating the first face direction information θ D1 . FIG. 7 shows a case where 2j of the markers 2j to 2l fixed to the vehicle 2 is included in the image acquisition range of the angle 2φ of the visual field image acquisition camera 21 fixed to the head of the driver 10. ing. The markers 2j to 2l may be portions formed by members or the like different from other members of the vehicle 2.

視野画像取得カメラ21とその画像取得範囲の中心とを結んだ直線lに平行にz軸が示され、このz軸に垂直な方向にx軸及びy軸が示されている。視野画像取得カメラ21からマーカ2jまでの距離はdである。マーカ2jの位置は、周知の画像認識技術により検出される。この場合、視野画像内のマーカ2jの像面71におけるx座標が測定された場合、マーカ2jの車両2における視線方向からの距離d、視野角φが既知であるとすると、運転者10の第1顔方向情報θD1は以下の式(4)〜(6)により求められる。ここで、φは画角により求められる。 Field image obtaining camera 21 and the image acquisition range parallel to the z-axis to the straight line l o that connects the center of is shown, x-axis and y-axis is shown in a direction perpendicular to the z-axis. Distance from view the image acquisition camera 21 to the marker 2j is d z. The position of the marker 2j is detected by a known image recognition technique. In this case, when the x coordinate on the image plane 71 of the marker 2j in the field image is measured, if the distance d x from the line-of-sight direction of the marker 2j in the vehicle 2 and the field angle φ are known, the driver 10 The first face direction information θ D1 is obtained by the following equations (4) to (6). Here, φ is obtained from the angle of view.

=dtanφ|x−x|/x …(4)
tanθD1=d/d …(5)
θD1=arctan(tanθD1)・180/π …(6)
は、直線lの像面71におけるx座標である。
d x = d z tanφ | x−x 0 | / x 0 (4)
tan θ D1 = d x / d z (5)
θ D1 = arctan (tan θ D1 ) · 180 / π (6)
x 0 is an x coordinate on the image plane 71 of the straight line l o .

次に、図8及び図9を用いて車両搭載カメラ24を用いた第2顔方向情報θD2の算出手法を説明する。 Next, a method for calculating the second face direction information θ D2 using the vehicle-mounted camera 24 will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

図8は、y座標から求められる運転者10と車両搭載カメラ24との距離dの算出手法を説明するための図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining a method for calculating the distance d between the driver 10 and the vehicle-mounted camera 24 obtained from the y-coordinate.

図8において、hは地面81からの車両搭載カメラ24の高さ、Hは地面81から運転者10の頭頂部までの高さである。Lは車両搭載カメラ24の撮像の中心位置を結ぶ直線とすると、この直線Lと運転者10の頭頂部とを結んだ直線Lとの角度がθで表される。また、φは車両搭載カメラ24の視野角である。車両搭載カメラ24から距離Z離れた像面における運転者10の頭頂部の位置をy、また視野角φの境界線Lと像面との交点をyとすると、距離dは以下の式(7)〜(9)により求められる。 In FIG. 8, h is the height of the vehicle-mounted camera 24 from the ground 81, and H is the height from the ground 81 to the top of the driver 10. If L 0 is a straight line connecting the center positions of the images taken by the vehicle-mounted camera 24, the angle between the straight line L 0 and the straight line L 1 connecting the top of the driver 10 is represented by θ y . Φ is the viewing angle of the on-vehicle camera 24. When the position of the parietal region of the driver 10 at a distance Z y away the image plane from the vehicle mounted camera 24 y, and also the intersection of the boundary line L 2 and the image plane of the viewing angle φ and y 0, the distance d is less It calculates | requires by Formula (7)-(9).

=ytanφ …(7)
θ=arctan(Z/(y−y)) …(8)
d=(H−h)/tanθ …(9)
図9は、図8に基づき求められた距離dを用いたx座標から第2顔方向情報θD2の算出手法を説明するための図である。図9(a)は運転者10及び車両搭載カメラ24を上面から見た模式図を、図9(b)は像面の一例を示す図である。
Z y = y 0 tanφ (7)
θ y = arctan (Z y / (y−y 0 )) (8)
d = (H−h) / tan θ y (9)
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of calculating the second face direction information θ D2 from the x coordinate using the distance d obtained based on FIG. FIG. 9A is a schematic view of the driver 10 and the vehicle-mounted camera 24 as viewed from above, and FIG. 9B is a diagram illustrating an example of the image plane.

図9(a)は、車両搭載カメラ24の角度2φの画像取得範囲に、検出の対象とする運転者10の頭部10aが含まれている場合を示している。一例として、運転者10の頭部10aのうち、運転者10の口、すなわち図9(a)の口領域10bをマーカとして用いる。運転者頭部10aは、半径rの円形の使用者頭部モデルで近似してあるが、他の形状で近似してもよい。車両搭載カメラ24と運転者頭部10aの中心Cとを結んだ直線に平行にZ軸が示され、このZ軸に垂直な方向にX軸及びY軸が示されている。車両搭載カメラ24から運転者頭部10aの中心Cまでの距離はdである。口領域10bの重心は、周知の画像認識技術により検出される。この場合、像面91における位置xが測定された場合、d、rおよびφが既知であるとすると、運転者10の第2顔方向情報θD2は以下の式(10)〜(13)により求められる。ここで、φは画角により、rは使用者頭部モデルにより求められる。 FIG. 9A shows a case where the head 10 a of the driver 10 to be detected is included in the image acquisition range of the angle 2φ of the vehicle-mounted camera 24. As an example, among the head 10a of the driver 10, the mouth of the driver 10, that is, the mouth region 10b of FIG. 9A is used as a marker. The driver's head 10a is approximated by a circular user head model having a radius r, but may be approximated by other shapes. A Z axis is shown parallel to a straight line connecting the vehicle-mounted camera 24 and the center C of the driver's head 10a, and an X axis and a Y axis are shown in a direction perpendicular to the Z axis. The distance from the vehicle-mounted camera 24 to the center C of the driver's head 10a is d. The center of gravity of the mouth region 10b is detected by a known image recognition technique. In this case, when the position x on the image plane 91 is measured and the d, r, and φ are known, the second face direction information θ D2 of the driver 10 is expressed by the following equations (10) to (13). Desired. Here, φ is obtained from the angle of view, and r is obtained from the user's head model.

r/sinθ=d/sinθ …(10)
sinθ=(d/r)・sinθ …(11)
θ=180−arcsin(sinθ)・180/π …(12)
θD2=180−(θ+θ) …(13)
は、図9(b)に示すように、車両搭載カメラ24と運転者頭部10aの中心Cとを結んだ直線Lと、像面91との交わる位置、すなわち像面91の中心のx座標である。なお、像面91の中心のy座標はyで示される。θは、口領域10bの重心と車両搭載カメラ24とを結んだ直線Lが、直線Lとなす角度である。θは、中心Cと口領域10bの重心とを結んだ直線が直線Lとなす角度であり、θ≧90とする。
r / sin θ A = d / sin θ B (10)
sin θ B = (d / r) · sin θ A (11)
θ B = 180−arcsin (sin θ B ) · 180 / π (12)
θ D2 = 180− (θ A + θ B ) (13)
As shown in FIG. 9B, x 0 is a position where a straight line Lo connecting the vehicle-mounted camera 24 and the center C of the driver's head 10a intersects the image plane 91, that is, the center of the image plane 91. X coordinate. Incidentally, y coordinates of the center of the image plane 91 is represented by y 0. θ A is an angle formed by a straight line L x connecting the center of gravity of the mouth area 10b and the vehicle-mounted camera 24 with the straight line L o . θ B is an angle formed by a straight line connecting the center C and the center of gravity of the mouth region 10b with the straight line L x, and θ B ≧ 90.

図10は情報再構成部205の再構成処理を説明するための概念図である。   FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining the reconstruction process of the information reconstruction unit 205.

人間の認識や意識などに係わる脳の記憶系の1つに海馬系をモデル化したものが図10の注意機能による再構成モデルである。この情報再構成モデルは、複数の属性パターン(図10ではn個)からの認識及び学習を行うのに非常に有効である。このモデルは、パターン層101とシンボル層102の2層からなる。パターン層101は、色属性、動き属性、形状属性といった属性を表現するもので、各属性は属性パターン101a〜101nで表現される。シンボル層102は、人間、ボール、車といった独立したシンボルを表現する。ある物事や概念が想起されると、パターン層101とシンボル層102の両方の細胞群が興奮する。このとき、注意機能は属性パターン101a〜101nの一部のみを使用するようにパターン層101を制御し、シンボル層102の一部の想起を阻害する。人間の注意機能はこのほかにもいろいろあるが、本実施形態における注意機能の場合、情報の再構成を行う際に、多くの属性パターン101a〜101nのどの属性にどの程度注目するかを決定する制御である。   A model of the hippocampal system modeled as one of the brain memory systems related to human recognition and consciousness is the reconstruction model based on the attention function shown in FIG. This information reconstruction model is very effective for recognition and learning from a plurality of attribute patterns (n in FIG. 10). This model consists of two layers, a pattern layer 101 and a symbol layer 102. The pattern layer 101 expresses attributes such as a color attribute, a motion attribute, and a shape attribute, and each attribute is expressed by attribute patterns 101a to 101n. The symbol layer 102 represents independent symbols such as a human, a ball, and a car. When a certain thing or concept is recalled, the cell groups of both the pattern layer 101 and the symbol layer 102 are excited. At this time, the attention function controls the pattern layer 101 so as to use only a part of the attribute patterns 101a to 101n, and inhibits a part of the symbol layer 102 from being recalled. There are various other human attention functions. In the case of the attention function according to the present embodiment, the degree of attention to which attribute of many attribute patterns 101a to 101n is determined when information is reconstructed. Control.

注意機能による情報の再構成は、図10におけるシンボル層102を構成するシンボル要素の数をl個、各属性の内部状態数をm個、属性パターンをn個とすると、以下の式(14)により表現される。   Information is reconstructed by the attention function when the number of symbol elements constituting the symbol layer 102 in FIG. 10 is 1, the number of internal states of each attribute is m, and the number of attribute patterns is n. It is expressed by

=attn1e+attn2e+…+attnne …(14)
ここで、attn∈[0,1]である。ただし、M1e,M2e,…,Mne∈Rl×mnは各属性シンボル間における正規化連想マトリクスであり、M∈Rl×mnは注意機能により再構成される正規化連想マトリクスである。また、attn,attn,…attn∈[0,1]は属性別に注意を制御する変数である。
M e = attn 1 M 1e + attn 2 M 2e +... + Attn n M ne (14)
Here, attn i ε [0, 1]. Here, M 1e , M 2e ,..., M ne ∈R 1 × mn is a normalized association matrix between attribute symbols, and M e ∈R 1 × mn is a normalized association matrix reconstructed by the attention function. is there. Also, attn 1 , attn 2 ,... Attn n ∈ [0, 1] are variables for controlling attention for each attribute.

図10において、注意機能により複数の属性パターンから情報の再構成を行うことで1つのシンボルが想起され、結果となる情報を得ることができる。例えば、属性パターン101aが色属性、属性パターン101bが動き属性、属性パターン101cが形状属性とする。この時、色属性のみに注目したい場合、attnの値を1に近づけ、他の属性attn(j≠1)の値を0に近づければよい。このように、注意機能によってattnの値を0から1の間の値に適切に設定し、それぞれの属性への注目度を制御することで、各分散感覚知能の情報を再構成することができる。 In FIG. 10, by reconstructing information from a plurality of attribute patterns by the attention function, one symbol is recalled, and the resulting information can be obtained. For example, the attribute pattern 101a is a color attribute, the attribute pattern 101b is a motion attribute, and the attribute pattern 101c is a shape attribute. At this time, if it is desired to focus only on the color attribute, the value of attn 1 may be brought close to 1, and the values of other attributes attn j (j ≠ 1) may be brought closer to 0. As described above, the information of each distributed sensory intelligence can be reconfigured by appropriately setting the value of attni i to a value between 0 and 1 by the attention function and controlling the degree of attention to each attribute. it can.

この手法を用いて視野画像取得カメラ21の情報、すなわち第1顔方向情報θD1を属性パターン101a、車両搭載カメラ24の情報、すなわち第2顔方向情報θD2を属性パターン101bとして情報の再構成を行う。この場合、予め属性パターン101aとシンボル層102とを関連づける連想マトリクスMと、属性パターン101bとシンボル層102とを関連づける連想マトリクスMとを実験などを通して記憶装置に記憶しておき、これを読み出し演算することにより、シンボル層102の値、すなわち顔方向暫定情報θが得られる。連想マトリクスの算出手法は、後述の意図認識部207における連想マトリクスの算出と同様である。いずれかの情報がトラッキングに失敗したときなどに、attnの値を変化させることにより、より正確な角度検出を行うことができる。得られた情報を顔方向暫定情報θとする。なお、このような連想マトリクスを用いた連想記憶システムの処理詳細は、後述の意図認識部207と同様である。 Using this technique, the information of the field-of-view image acquisition camera 21, that is, the first face direction information θ D1 is attribute pattern 101a, and the information of the vehicle-mounted camera 24, that is, the second face direction information θ D2 is the attribute pattern 101b. I do. In this case, the association matrix M 1 for correlating the advance attribute pattern 101a and the symbol layer 102, stores the association matrix M 2 that associates the attribute pattern 101b and the symbol layer 102 in the storage device through an experiment or the like, reads out this by calculating the value of the symbol layer 102, that is, the face direction provisional information theta P obtained. The calculation method of the association matrix is the same as the calculation of the association matrix in the intention recognition unit 207 described later. More accurate angle detection can be performed by changing the value of attn when any information fails to be tracked. The resulting information is referred to as face direction provisional information θ P. The details of processing of the associative storage system using such an associative matrix are the same as those of the intention recognition unit 207 described later.

ニュートン法補正部206は、顔方向暫定情報θに対してニュートン法による補正を行い顔方向情報θを生成する。補正が必要な場合として、例えば、視野画像取得カメラ21の撮像画像に基づき算出される第1顔方向情報θD1の方が、車両搭載カメラ24の撮像画像に基づき算出される第2顔方向情報θD2よりも正確な顔方向であることが分かった場合を想定する。この場合、視野画像取得カメラ21の画像に基づき得られる第2顔方向情報θD2の値に近づくように、車両搭載カメラ24の画像に基づき得られる第1顔方向情報θD1の算出に当たり与えられる、車両搭載カメラ24と運転者10との距離dを、ニュートン法により補正して補正距離値d’を得る。得られた補正距離値d’に距離dを置き換えて補正顔方向情報θD1’を得る。得られた補正顔方向情報θD1’と既に取得された第2顔方向情報θD2とに基づき、再度情報再構成部205で情報の再構成を行い、得られた値を顔方向情報θとする。 Newton correction unit 206 generates the face direction information theta D corrects by Newton's method with respect to the face direction provisional information theta P. As a case where correction is necessary, for example, the first face direction information θ D1 calculated based on the captured image of the field-of-view image acquisition camera 21 is calculated based on the captured image of the vehicle-mounted camera 24. Assume that the face direction is found to be more accurate than θD2 . In this case, it is given when calculating the first face direction information θ D1 obtained based on the image of the on-vehicle camera 24 so as to approach the value of the second face direction information θ D2 obtained based on the image of the visual field image acquisition camera 21. The distance d between the vehicle-mounted camera 24 and the driver 10 is corrected by the Newton method to obtain a corrected distance value d ′. The corrected face direction information θ D1 ′ is obtained by replacing the distance d with the obtained correction distance value d ′. Based on the obtained corrected face direction information θ D1 ′ and the already acquired second face direction information θ D2 , the information reconstruction unit 205 reconstructs the information again, and the obtained value is used as the face direction information θ D. And

意図認識部207は、顔方向情報θと、車両速度情報Vと、車両位置情報Vとに基づき、意図認識処理を行い意図認識結果を生成する。以下、意図認識結果の生成処理について説明する。なお、以下における意図認識部207における処理は、予め格納したデータを読み出し入力された車両位置情報V、速度情報V、顔方向情報θに基づき意図認識処理を実行し意図認識結果を生成する。 Intention recognizing section 207, the face direction information theta D, and the vehicle speed information V v, based on the vehicle position information V L, to generate the intended recognition result performed intention recognizing process. The intention recognition result generation process will be described below. In the following processing in the intention recognition unit 207, intention recognition processing is executed based on vehicle position information V L , speed information V v , and face direction information θ D that are read out and input in advance, and an intention recognition result is generated. To do.

ある運転行動を起こそうとするとき、一般に運転者はある程度決まった順序で動作を行うことが確認されている。この運転動作時の顔の動作を検出し、その顔方向情報θと、車両速度情報V及び車両位置情報Vから運転意図を認識する。運転意図は、例えば右折、左折、直進などに分類される。 When attempting to take a certain driving action, it is generally confirmed that the driver operates in a certain order. Detecting the operation of the face of the driving operation, it recognizes its face direction information theta D, the driver's intention from the vehicle speed information V v and the vehicle position information V L. Driving intention is classified into, for example, right turn, left turn, and straight ahead.

本実施形態では、あいまいな概念である人間の意図に関する知識構築の手法として概念ファジイ集合(Conceptual Fuzzy Sets:以下ではCFSと称する)の知識表現を利用する。CFSは次の2つの性質を備える。
a)現実世界の数値データと人間が思考する記号を融合処理できる。
b)物理量から高次概念へのボトムアップ処理と、高次概念から物理量へのトップダウン処理を融合できる。
In the present embodiment, a knowledge representation of a concept fuzzy set (Conceptual Fuzzy Sets: hereinafter referred to as CFS) is used as a technique for constructing knowledge about a human intention that is an ambiguous concept. CFS has the following two properties.
a) The real-world numerical data and human-thinking symbols can be fused.
b) It is possible to fuse bottom-up processing from a physical quantity to a higher-order concept and top-down processing from a higher-order concept to a physical quantity.

以下に、顔方向情報θ、車両速度情報V及び車両位置情報Vから、運転意図の直進、右折、左折の3つの基本運転行動意図の認識を行う意図認識モデルについて説明する。 Hereinafter, an intention recognition model for recognizing three basic driving action intentions of straight driving, right turn, and left turn of driving intention from face direction information θ D , vehicle speed information V v, and vehicle position information V L will be described.

図11は意図認識モデルの概念図である。意図認識モデルは、その一例として、メンバーシップ関数51及びファジイラベル52で示される下位層と、中位層53と、上位層54とにより表現される。下位層のファジイラベル52(ファジイ集合)は、角度ラベル521、位置ラベル522及び速度ラベル523からなる。角度ラベル521はネガティブ521a“N”、ゼロ521b“Z”、ポジティブ521c“P”の3種類のラベルからなる。位置ラベル522はネガティブ522a“N”、ゼロ522b“Z”、ポジティブ522c“P”の3種類のラベルからなる。速度ラベル523はネガティブ523a“N”、ゼロ523b“Z”、ポジティブ523c“P”の3種類のラベルからなる。   FIG. 11 is a conceptual diagram of the intention recognition model. For example, the intention recognition model is represented by a lower layer, a middle layer 53, and an upper layer 54 indicated by a membership function 51 and a fuzzy label 52. The lower layer fuzzy label 52 (fuzzy set) includes an angle label 521, a position label 522, and a velocity label 523. The angle label 521 includes three types of labels: negative 521a “N”, zero 521b “Z”, and positive 521c “P”. The position label 522 is composed of three types of labels: negative 522a “N”, zero 522b “Z”, and positive 522c “P”. The speed label 523 includes three types of labels: negative 523a “N”, zero 523b “Z”, and positive 523c “P”.

これら9種類のファジイラベルは、それぞれメンバーシップ関数51で表現される。511a〜511cはそれぞれ角度ラベル521のネガティブ521a“N”、ゼロ521b“Z”、ポジティブ521c“P”の3種類のラベルに対応する関数を示している。512a〜512cはそれぞれ位置ラベル522のネガティブ522a“N”、ゼロ522b“Z”、ポジティブ522c“P”の3種類のラベルに対応する関数を示している。513a〜513cはそれぞれ速度ラベル523のネガティブ523a“N”、ゼロ523b“Z”、ポジティブ523c“P”の3種類のラベルに対応する関数を示している。   These nine types of fuzzy labels are represented by membership functions 51, respectively. Reference numerals 511a to 511c denote functions corresponding to three types of labels of the negative label 521a “N”, zero 521b “Z”, and positive 521c “P” of the angle label 521, respectively. Reference numerals 512a to 512c respectively denote functions corresponding to three types of labels of the position label 522: negative 522a “N”, zero 522b “Z”, and positive 522c “P”. Reference numerals 513a to 513c denote functions corresponding to three types of labels of negative 523a “N”, zero 523b “Z”, and positive 523c “P” of the speed label 523, respectively.

中位層53は、学習過程で使用する事例である事例ノードを表している。例えばN個の事例に対し、3基本運転行動を学習するので、合計3Nパターン学習する。N個の事例は、一人の運転者についての事例のみではなく、例えば別個のN人の運転者の事例が採用されるのが望ましい。これにより、例えばN人分の運転の癖、すなわち個性を反映したデータとして登録することができる。この事例ノードは、このように、個性を反映したデータであるので、個性データともいうべきものである。運転行動は、人によってその癖が異なる。したがって、運転支援の際にこの個性を反映した事例ノードを用い、最も癖が似通った事例ノードのデータを参照することで、その人の癖を適格に見極めた運転支援が可能となる。さらには、ある一人の運転行動を複数の場合に分けて登録しておくのが望ましい。同一人の運転行動であっても、例えばいらいらしている時や、のんびりしている時など、その人の気分によって異なる。したがって、同一人の運転行動をその運転している際の運転者の状態に応じて複数登録しておく。これにより、その人の気分までを含めさらにきめの細かい運転支援が可能となる。   The middle layer 53 represents a case node which is a case used in the learning process. For example, since three basic driving behaviors are learned for N cases, a total of 3N patterns are learned. It is desirable that the N cases are not limited to the case of one driver, but, for example, the case of separate N drivers is adopted. Thereby, for example, it can be registered as data reflecting the habit of driving for N people, that is, individuality. Since this case node is data reflecting individuality in this way, it should also be referred to as individuality data. Driving habits vary from person to person. Therefore, by using a case node reflecting this individuality in driving support and referring to the data of the case node with the most similar wrinkles, it is possible to provide driving support that properly identifies the person's wrinkles. Furthermore, it is desirable to register a single driver's behavior separately for a plurality of cases. Even the driving behavior of the same person varies depending on the person's mood, for example, when he / she is irritated or relaxed. Therefore, a plurality of driving actions of the same person are registered according to the state of the driver when driving. This makes it possible to provide more detailed driving assistance including the person's mood.

このように、事例を平均化し、その平均値との間で比較するのではなく、各個性を反映した個性データをそのまま残しておき、各個性データと運転行動を比較することで、精度の高い運転支援が可能となる。   In this way, instead of averaging the cases and comparing them with the average value, the individuality data reflecting each individuality is left as it is, and the individuality data and the driving behavior are compared, thereby achieving high accuracy. Driving assistance is possible.

事例ノードは、角度については左折、直進、右折の各基本運転行動に対して531〜533の3種類与えられ、これら各々の事例ノード531〜533はラベル521a〜521cに対応付けられたノードA,B,Cと、これらノードA,B,Cと上位層54のノード541,542及び543との結合関係で表現される。   As for the case nodes, three types of 531 to 533 are given to the basic driving behaviors of left turn, straight ahead, and right turn with respect to the angles, and each of these case nodes 531 to 533 is associated with the nodes A, 521a to 521c, B, C, and the nodes A, B, C and the nodes 541, 542, and 543 of the upper layer 54 are represented by a coupling relationship.

位置については左折、直進、右折の各基本運転行動に対して534〜536の3種類与えられ、これら各々の事例ノード534〜536はラベル522a〜522cに対応付けられたノードA,B,Cと、これらノードA,B,Cと上位層54のノード541,542及び543との結合関係で表現される。   As for the position, three types of 534 to 536 are given to the basic driving behaviors of left turn, straight ahead, and right turn, and each of these case nodes 534 to 536 are nodes A, B, and C associated with labels 522a to 522c. These nodes A, B, and C are expressed by a connection relationship between the nodes 541, 542, and 543 of the upper layer 54.

速度については左折、直進、右折の各基本運転行動に対して537〜539の3種類与えられ、これら各々の事例ノード537〜539はラベル523a〜523cに対応付けられたノードA,B,Cと、これらノードA,B,Cと上位層54のノード541,542及び543との結合関係で表現される。   As for speed, three types of 537 to 539 are given to the basic driving behaviors of left turn, straight ahead, and right turn. Each of these case nodes 537 to 539 is associated with nodes A, B, and C associated with labels 523a to 523c. These nodes A, B, and C are expressed by a connection relationship between the nodes 541, 542, and 543 of the upper layer 54.

中位層53の事例ノードを531〜533、534〜536、537〜539のように角度、位置、速度に分けて配置する理由は、運転行動の意図が一定パターンとして表現されるのではなく、角度、位置、速度の多様なパターンの組合せから構成されるからである。   The reason why the case nodes of the middle layer 53 are arranged by dividing into angles, positions, and speeds like 531 to 533, 534 to 536, and 537 to 539 is that the intention of driving behavior is not expressed as a fixed pattern, This is because it is composed of a combination of various patterns of angle, position and speed.

上位層54は、運転意図を示す層であり、左折541、直進542、右折543の3種類のノードからなる。   The upper layer 54 is a layer indicating driving intention, and is composed of three types of nodes: a left turn 541, a straight advance 542, and a right turn 543.

角度、位置、速度の特徴値が入力されると、中位層53では最も近い特徴を持つノードが最も強く活性化される。この活性化の度合いを活性値分布として得た場合、各パターン毎にどの事例が近いか分かる。   When angle, position, and velocity feature values are input, the node having the closest feature in the middle layer 53 is most strongly activated. When the degree of activation is obtained as an activity value distribution, it can be seen which case is close for each pattern.

しかしながら、中位層53に現れる活性値分布のみでは運転行動を特定することはできない。この問題は、コンテクストの導入により解決される。上位層54は、運転行動を表す層であり、中位層53のすべての事例ノード531〜539と結合している。   However, the driving behavior cannot be specified only by the activity value distribution appearing in the middle layer 53. This problem is solved by introducing a context. The upper layer 54 is a layer representing driving behavior, and is coupled to all the case nodes 531 to 539 of the middle layer 53.

学習データをファジイラベル52とメンバーシップ関数51で示される下位層に与え、その結果中位層53にはこの特徴値と事例ノード531〜539との活性値分布が得られる。さらに、この中位層53の活性値分布に基づき、上位層54には教師として運転意図“右折”、“直進”、“左折”の別が与えられる。これらに基づきヘブ学習により上記中位層53と上位層54との結合関係が得られる。この意図認識モデルでは、事例から運転行動をファジイ集合として記憶した後、入力を与えると、下位層と中位層53との間、中位層53と上位層54との間で反響動作を繰り返し、活性値分布がコンテクストに矛盾しない状態に収束することで認識結果を得る。ここで、コンテクストとは、各運転行動の事例から得られた標準パターンであり、パターンに似た角度、位置、速度の特徴値の組合せは促進されるのに対し、パターンに合わない特徴値の組合せは抑制される。   The learning data is given to the lower layer indicated by the fuzzy label 52 and the membership function 51. As a result, the middle layer 53 obtains the active value distribution of the feature values and the case nodes 531 to 539. Further, on the basis of the activity value distribution of the middle layer 53, the upper layer 54 is given a driving intention of “right turn”, “straight forward”, and “left turn” as a teacher. Based on these, a connection relationship between the middle layer 53 and the upper layer 54 is obtained by Heb learning. In this intention recognition model, driving behavior is stored as a fuzzy set from an example, and when an input is given, echo action is repeated between the lower layer and the middle layer 53, and between the middle layer 53 and the upper layer 54. The recognition result is obtained by the convergence of the activity value distribution to a state consistent with the context. Here, the context is a standard pattern obtained from each driving action example, and a combination of feature values of angles, positions, and speeds similar to the pattern is promoted, while feature values that do not match the pattern are The combination is suppressed.

次に、CFS(概念ファジイ集合)の概念を図12を用いて説明する。
概念ファジイ61は、連想メモリ上にファジイ知識が分散的に表現されているだけでなく、連想メモリの想起過程を用いてファジイ知識処理も行う機構も持ち合わせている。また、概念ファジイ61は連想メモリで実現されていることから、状況依存性の扱いや多層結合による複雑な処理などのメリットが得られる。
Next, the concept of CFS (concept fuzzy set) will be described with reference to FIG.
The concept fuzzy 61 not only has fuzzy knowledge expressed in a distributed manner on an associative memory, but also has a mechanism for performing fuzzy knowledge processing using an associative memory recall process. Further, since the concept fuzzy 61 is realized by an associative memory, it is possible to obtain merits such as handling of situation dependency and complicated processing by multi-layer coupling.

ファジイ集合のファジイラベル62や63は概念の名前を、ファジイ集合の形は概念の意味を表現している。意味使用説にしたがえば、言葉の意味は他の言葉によって表現されるが、その意味は使用時によって変化する。したがって、使用時の注意範囲を言葉に付随する活性値で表現すれば、あいまいな言葉の意味を他の言葉によって形つくられるファジイ集合によって表現することができる。この分散的知識表現が概念ファジイ61と呼ばれる。   The fuzzy labels 62 and 63 of the fuzzy set express the name of the concept, and the form of the fuzzy set expresses the meaning of the concept. According to the meaning usage theory, the meaning of a word is expressed by other words, but its meaning changes depending on the time of use. Therefore, if the attention range at the time of use is expressed by an active value associated with a word, the meaning of an ambiguous word can be expressed by a fuzzy set formed by another word. This distributed knowledge representation is called a concept fuzzy 61.

この活性値の分布は、様々な状況に依存して変化するため、状況による意味の変化を表現することができる。また、概念ファジイ61は論理表現に限らずに知識表現が可能である。したがって、論理的には明示的知識表現が不可能なものも明示的に表現することができる。   Since the distribution of the activity values changes depending on various situations, it is possible to express a change in meaning depending on the situation. The concept fuzzy 61 is not limited to a logical expression, and can represent a knowledge. Therefore, what is logically impossible to express explicitly can be expressed explicitly.

概念ファジイ61の活性値、すなわちメンバーシップ値は、連想メモリによって制御される。そこでノードは概念を表し、リンクは概念間の関係の強さに対応する。図12では、ノードは各ファジイラベル62や63で表され、リンクは各矢印で表される。意味表現されるべき概念のノードとして、例えば図12でファジイラベル62を活性化すると、予め構築されたネットワークを経由して、活性値が伝搬し反響動作が起こる。この反響動作はシステムエネルギが最小になったところで停止し、その結果として意味を表現する側の概念ノードが、あるグレードで活性化される形で想起される。ここに現れる活性値の分布がファジイ集合である。   The activation value of the concept fuzzy 61, that is, the membership value is controlled by the associative memory. Nodes represent concepts, and links correspond to the strength of relationships between concepts. In FIG. 12, nodes are represented by fuzzy labels 62 and 63, and links are represented by arrows. For example, when the fuzzy label 62 in FIG. 12 is activated as a concept node to be expressed semantically, an activation value is propagated through a network constructed in advance, and an echo operation occurs. This reverberation stops when the system energy is at a minimum, and as a result, the conceptual node on the side that expresses the meaning is recalled in a form that is activated with a certain grade. The distribution of activity values appearing here is a fuzzy set.

概念ファジイ61は、ニューラルネットワークの学習則を用いて機能的に構築される。すなわち、概念表現の事例に従い、以下の式(21)のHebb学習則を用いてノード間のリンクが修正される。

Figure 0004264944
The concept fuzzy 61 is functionally constructed using a neural network learning rule. That is, according to the concept expression example, the link between nodes is corrected using the Hebb learning rule of the following equation (21).
Figure 0004264944

ここで、mijは後述するi列およびj行の連想マトリクスMの行列要素を示し、aはレイヤLの各ノードを、bはレイヤLの各ノードに対応している。 Here, m ij denotes the matrix element of the associative matrix M of i rows and j row below, a i is the respective nodes of the layer L A, b j corresponds to each node of layer L B.

概念ファジイ集合において、概念の説明に不要な他の概念は活性化されない。したがって、冗長な説明要素からでも、ノードの選択を含めた構造的学習を行っていることになる。また、概念ファジイ集合では、通常人間が概念を形成していくときのように、別々に形成された個々の概念を逐次的に組合せながら全体的概念を形成してゆく。すなわち、複数の概念ファジイ集合を以下の式(22)に従い合成することができる。   In the concept fuzzy set, other concepts that are not necessary to explain the concept are not activated. Therefore, structural learning including node selection is performed even from redundant explanation elements. Moreover, in the concept fuzzy set, the general concept is formed by sequentially combining the individual concepts formed separately, as in the case where a person usually forms a concept. That is, a plurality of conceptual fuzzy sets can be synthesized according to the following equation (22).

M=Norm(M+M+…+M) …(22)
〜Mは個別の概念ファジイを、Mは合成された概念ファジイ集合を示す。Normは規格化を示している。一般のニューラルネットワークでは、学習結果には明示的な知識表現が行われていないが、本実施形態の方法では明示的な表現が得られる。
M = Norm (M 1 + M 2 +... + M n ) (22)
M 1 to M n denote individual concept fuzzy, and M denotes a synthesized concept fuzzy set. Norm indicates normalization. In a general neural network, an explicit knowledge expression is not performed on the learning result, but an explicit expression is obtained by the method of the present embodiment.

次に、意図認識部207で用いられるファジイ連想記憶システムの基礎となるファジイ連想推論について説明する。   Next, fuzzy associative reasoning that is the basis of the fuzzy associative memory system used in the intention recognition unit 207 will be described.

ファジイ連想推論は、連想記憶ニューラルネットワークの一種である双方向連想記憶(BAM:Bi-directional Associative Memory)を複数個用いたネットワークを構成し、活性値の伝搬を繰り返す反響動作によって推論を行うものである。ここでは、まず連想推論の基本となる双方向連想記憶を説明して、続いてこれをシステム化したファジイ連想記憶システムについて説明する。   Fuzzy associative reasoning is a network that uses multiple bi-directional associative memories (BAMs), which is a type of associative memory neural network, and infers by echoing that repeats the propagation of active values. is there. Here, the bidirectional associative memory, which is the basis of associative reasoning, will be described first, and then the fuzzy associative memory system in which this is systemized will be described.

図13は双方向連想記憶(BAM)の概念を説明するための図である。図13に示すように、レイヤLとレイヤLが構成されるネットワークがあり、レイヤLには複数のノードa,a,…,aが存在し、レイヤLには複数のノードb,b,…,bが存在する。ノード間の結合の重みは、連想マトリクスM∈Rn×pによって表現される。この連想マトリクスMがレイヤLとレイヤLに対してパターンA∈R、B∈Rのペアを銘記しているとすると、レイヤLにノイズを含んだA’∈Rを与えたとしても、レイヤLとレイヤLとの間で反響動作をさせることにより、パターンBが想起される。逆に、レイヤLにノイズを含んだパターンB’∈Rを与えてもパターンAが想起される。この双方向連想記憶における連想は、以下の式(23.1)、式(23.2)によって行われる。

Figure 0004264944
FIG. 13 is a diagram for explaining the concept of bidirectional associative memory (BAM). As shown in FIG. 13, the layer L A and layer L B is has a network of the layer L plurality of nodes to A a 1, a 2, ... , there is a n, a plurality in layers L B Nodes b 1 , b 2 ,..., B p exist. The connection weight between nodes is expressed by an association matrix MεR n × p . Pattern A∈R n for this association matrix M Layer L A and layer L B, when to be noted the pair B∈R p, given A'∈R n containing noise to the layer L A as also, by the echo operation between layers L a and layer L B, the pattern B is recalled. Conversely, the pattern A will occur can give a pattern B'∈R p containing noise to the layer L B. Association in this bidirectional associative memory is performed by the following equations (23.1) and (23.2).
Figure 0004264944

ここで、a(t)、b(t)は、ステップtにおける各ノードの活性値ベクトルであり、区分[0,1]に属する値をとる。{0,1}の値としてもよい。φは各ノードA(t)=(a(t),a(t),…,a(t))、B(t)=(b(t),b(t),…,b(t))が持つ関数であり、例えばシグモイド関数が用いられる。また、連想マトリクスMは、銘記したいパターンペアが(A,B),…,(A,B)とすると、以下の式(24.1)、式(24.2)で求められる。

Figure 0004264944
Here, a i (t) and b j (t) are active value vectors of the respective nodes in step t and take values belonging to the section [0, 1]. It may be a value of {0, 1}. φ represents each node A (t) = (a 1 (t), a 2 (t),..., a n (t)), B (t) = (b 1 (t), b 2 (t),. , B p (t)), for example, a sigmoid function is used. The association matrix M is obtained by the following equations (24.1) and (24.2) when the pattern pairs to be recorded are (A 1 , B 1 ),..., (A m , B m ). .
Figure 0004264944

ここで、βは連想係数である。Koskoの手法では、連想マトリクスMを求めるとき、{0,1}のパターンペアをバイポーラ変換したパターンペアを用いている。しかしながら、このKoskoの手法で求められた連想マトリクスMを用いると、ネットワークが飽和状態を引き起こす可能性があるので調整が必要となる。この問題を解決するために、連想マトリクスMの正規化の手法が提案されている。そこで、本実施形態で用いるファジイ連想記憶システムでは、この正規化手法により求めた正規化連想マトリクスを用いる。 Here, β i is an associative coefficient. In the Kosko method, when an associative matrix M is obtained, a pattern pair obtained by bipolar conversion of a pattern pair of {0, 1} is used. However, if the associative matrix M obtained by the Kosko method is used, the network may cause saturation, and adjustment is necessary. In order to solve this problem, a method for normalizing the associative matrix M has been proposed. Therefore, in the fuzzy associative memory system used in the present embodiment, a normalized associative matrix obtained by this normalization method is used.

なお、双方向連想記憶(BAM)が銘記できるパターンペアには制約がある。1つは、パターンペア間の直交性が強く、かつ各レイヤ内でパターンとパターンのコンプリメントのハミング距離が十分離れている必要があるということである。もう1つは、連続性仮定が成立する必要があるということである。連続性仮定は、以下の式(25)で表される。

Figure 0004264944
There are restrictions on the pattern pairs that can be memorized by bidirectional associative memory (BAM). One is that the orthogonality between pattern pairs is strong and the Hamming distance between patterns and pattern complements must be sufficiently separated within each layer. Another is that the continuity assumption needs to hold. The continuity assumption is expressed by the following equation (25).
Figure 0004264944

ここで、Hはハミング距離である。すなわち、各レイヤで銘記したいパターンがハミング距離と同じくらい離れていないと銘記することが難しいといえる。   Here, H is a Hamming distance. That is, it can be said that it is difficult to record unless the pattern to be recorded in each layer is as far as the Hamming distance.

次に、ファジイ連想記憶システムの構築手法について説明する。   Next, a method for constructing a fuzzy associative memory system will be described.

図14はファジイルールを連想記憶ネットワークを用いて表現した模式図である。レイヤの設定は、ファジイルールの前件部を代表するレイヤをIf(X)レイヤ、後件部を代表するレイヤをThen(Y)レイヤとする。If(X)レイヤ内のノードは前件部のファジイ集合(メンバーシップ関数)を、Then(Y)レイヤ内のノードは後件部のファジイ集合(メンバーシップ関数)、あるいは入出力関数を代表する。また、前件部と後件部の相関はBAMの記憶できる制約を越えているので、1つのノードが1つのルールを代表するRule(R)レイヤを設定する。したがって、ファジイルールはIf(X)レイヤとRule(R)レイヤ間(連想マトリクスMxr)にBAMを構成することで表現できる。さらに、Rule(R)レイヤには、あいまいさの爆発を防ぐために、他のノードの活性化を抑制する働きをもつコーディネータ結合(Mrr)を設定する。コーディネータ結合とは、同一レイヤ内の任意のノードにおいて、自分に対しては正の重みで結合し、他のノードに対しては負の重みで結合することである。 FIG. 14 is a schematic diagram expressing fuzzy rules using an associative memory network. In setting the layers, the layer representing the antecedent part of the fuzzy rule is the If (X) layer, and the layer representing the consequent part is the Then (Y) layer. A node in the If (X) layer represents a fuzzy set (membership function) of the antecedent part, and a node in the Then (Y) layer represents a fuzzy set (membership function) of the consequent part or an input / output function. . Further, since the correlation between the antecedent part and the consequent part exceeds the limit that BAM can store, one node sets a Rule (R) layer representing one rule. Therefore, the fuzzy rule can be expressed by configuring a BAM between the If (X) layer and the Rule (R) layer (associative matrix M xr ). Furthermore, in the Rule (R) layer, in order to prevent the explosion of ambiguity, a coordinator combination (M rr ) having a function of suppressing activation of other nodes is set. Coordinator coupling means coupling to a node with a positive weight at an arbitrary node in the same layer and coupling to another node with a negative weight.

次に、図14のネットワーク構成を例にメモリ上への構築の概念を説明する。図15は連想記憶をネットワークを構築する際に必要な知識である。まず、各々のレイヤ間の連想マトリクスを求めるため、ファジイルールの相関を区間[0,1]に属する値に置き換える。場合により、{0,1}で示される0または1の2値に置き換えてもよい。その結果は以下の式(26)のようになる。

Figure 0004264944
Next, the concept of construction on the memory will be described by taking the network configuration of FIG. 14 as an example. FIG. 15 shows knowledge necessary for constructing a network of associative memory. First, in order to obtain an association matrix between each layer, the correlation of fuzzy rules is replaced with a value belonging to the interval [0, 1]. In some cases, a binary value of 0 or 1 indicated by {0, 1} may be substituted. The result is as shown in the following equation (26).
Figure 0004264944

この式(26)では、一例として相関を{0,1}で示される0と1の2値で示しているが、これに限定されるものではないことはもちろんである。   In this equation (26), as an example, the correlation is represented by binary values of 0 and 1 represented by {0, 1}, but it is needless to say that the present invention is not limited to this.

この算出結果を銘記すべきパターンペアとして、式(24)−1、式(24)−2により、各々のレイヤ間の連想マトリクスを求める。ただし、バイポーラ変換したパターンペアを用いて求めるKoskoの手法はとらない。   Using this calculation result as a pattern pair to be recorded, an associative matrix between each layer is obtained by Expression (24) -1 and Expression (24) -2. However, the Kosko method obtained using a pattern pair obtained by bipolar conversion is not used.

前述のとおり、本実施形態にて使用するファジイ連想記憶システムは、正規化連想マトリクスを推論時に用いる。よって、ここで求められた連想マトリクスは保存し、以下の式(27)により正規化連想マトリクスMを求める。 As described above, the fuzzy associative memory system used in the present embodiment uses the normalized associative matrix at the time of inference. Thus, where an associative matrix obtained saves obtains the normalized associative matrix M e by the following equation (27).

=a(M+B) …(27)
ここで、各パラメータは以下の通りである。

Figure 0004264944
M e = a (M + B) (27)
Here, each parameter is as follows.
Figure 0004264944

ただし、M,M,B∈Rm×n、mijはMの(i,j)要素とする。 Here, M, M e , BεR m × n , and m ij are M (i, j) elements.

ここで、複数のルールセットが定義されている場合、以上の処理をルールセットの数だけ繰り返し複数のネットワークを提案する。そして、ルールセット間の結合に関する情報をテキストファイルから読み込み、それぞれのネットワークを結合する。また、推論時は、定義したルールセット間の結合の重み(連想マトリクス)も正規化して用いる。ここから、ファジイルールRにより構築されたネットワークをネットワークRと表記する。   Here, when a plurality of rule sets are defined, the above processing is repeated by the number of rule sets to propose a plurality of networks. Then, information relating to the connection between the rule sets is read from the text file, and the respective networks are connected. At the time of inference, the weight (association matrix) of the connection between defined rule sets is also normalized. From here, the network constructed by the fuzzy rule R is referred to as a network R.

次に、ファジイ連想記憶システムの動作過程を説明する。
推論は、ネットワーク全体で同期をとりながら活性値の伝搬を繰り返すことによって行う。まず、入力をメンバーシップ関数で評価した値をIf(X)レイヤに入力する。そして、連想マトリクスMxr,Mrr,Mryを式(23.1),式(23.2)に適用することによって、設定した連想ステップ数だけ活性値の伝播を繰り返す。たとえば、複数のINrレイヤに連想マトリクスMでつながるOUTレイヤの各ノードの出力outは式(31)で求められる。

Figure 0004264944
Next, the operation process of the fuzzy associative memory system will be described.
Inference is performed by repeating the propagation of active values while maintaining synchronization throughout the network. First, a value obtained by evaluating the input with the membership function is input to the If (X) layer. Then, by applying the associative matrices M xr , M rr , and M ry to the expressions (23.1) and (23.2), the propagation of the active value is repeated for the set number of associative steps. For example, the output out j of each node OUT layers connected by associative matrix M r multiple INr layers is calculated by equation (31).
Figure 0004264944

提案された当初の連想推論は、推論結果の統合を行わないため、過度のあいまいさを引き起こす可能性がある。これを解決するために、式(32.1)〜(32.3)を用いてThen(Y)レイヤの活性値を正規化する。

Figure 0004264944
The proposed initial associative reasoning does not integrate reasoning results and can cause excessive ambiguity. In order to solve this, the active values of the Then (Y) layer are normalized using equations (32.1) to (32.3).
Figure 0004264944

ここでnはThen(Y)レイヤ内のノード数、γfはノードiの持つ活性値、γは寄与度である。 Here, n is the number of nodes in the Then (Y) layer, γf i is the activation value of node i, and γ i is the contribution.

これにより、寄与度γを得る。この寄与度で後件部のメンバーシップ関数、あるいは入出力関数の出力値を内挿し、得られた関数(値)をMAX結合(和)したものを推論結果とする。 Thereby, the contribution degree γ i is obtained. An inference result is obtained by interpolating the output value of the membership function of the consequent part or the input / output function with this contribution, and MAX functioning (summing) the obtained function (value).

次に、実際に構築されたファジイ連想記憶システムに基づいた意図認識部207による意図認識決定処理について図21及び図22のデータフロー図を用いて説明する。   Next, intention recognition determination processing by the intention recognition unit 207 based on the actually constructed fuzzy associative memory system will be described with reference to the data flow diagrams of FIGS. 21 and 22.

まず、意図認識決定処理を実行する前に、意図認識決定処理に用いられるメンバーシップ関数や、N個の個性データを予め記憶装置39に登録しておく。   First, before executing the intention recognition determination process, a membership function used for the intention recognition determination process and N individuality data are registered in the storage device 39 in advance.

より具体的には、速度メンバーシップ関数μvS,μvB、顔方向メンバーシップ関数μθS,μθB、位置メンバーシップ関数μLS,μLBを入力メンバーシップ関数として記憶装置39に格納する。また、N個の個性データとして、連想マトリクスMxr1, xr1〜MxrN, xrN、正規化マトリクスMrr、連想マトリクスMry1, ry1〜MryN, ryNを個性データとして記憶装置39に格納する。さらに、運転意図メンバーシップ関数μLS,μLB,μSS,μSB,μRS,μRB〜μLS,μLB,μSS,μSB,μRS,μRBを出力メンバーシップ関数として記憶装置39に格納する。 More specifically, the speed membership function mu vS, mu vB, face direction membership functions mu .theta.S, mu .theta.B, stored in the storage device 39 located membership function mu LS, a mu LB as input membership functions. Also, as the N personality data, associative matrix M xr1, M T xr1 ~M xrN , M T xrN, normalized matrix M rr, associative matrix M ry1, M T ry1 ~M ryN , the M T RYn as personality data It is stored in the storage device 39. Further, the driving intention membership functions μ LS , μ LB , μ SS , μ SB , μ RS , μ RB to μ LS , μ LB , μ SS , μ SB , μ RS , μ RB are stored as output membership functions. 39.

N個の個性データは、例えば以下の処理により登録可能である。   N individuality data can be registered, for example, by the following processing.

N人分の運転行動について、車両速度情報V、顔方向情報θ及び車両位置情報Vを算出し、その算出された値を入力ノードに設定する。そして、その運転行動の結果である左折、直進及び右折の別を、出力ノードに設定する。また、これら入力ノードと出力ノードのバッファとして、中間ノードを設定する。そして、入力ノードと中間ノードに対して式(23.1)、式(23.2)及び式(24.1)、式(24.2)を適用することにより、連想マトリクスMxr1, xr1〜MxrN, xrNを算出する。一方、中間ノードと出力ノードに対しても同様に式(23.1)、式(23.2)及び式(24.1)、式(24.2)を適用することにより連想マトリクスMry1, ry1〜MryN, ryNを算出する。
以上により、N個の個性データが連想マトリクスとして求められる。
For driving behavior for N persons, vehicle speed information V v , face direction information θ D and vehicle position information V L are calculated, and the calculated values are set as input nodes. Then, the left turn, straight ahead, and right turn, which are the results of the driving action, are set as output nodes. An intermediate node is set as a buffer for these input nodes and output nodes. Then, by applying the expressions (23.1), (23.2), (24.1), and (24.2) to the input node and the intermediate node, the associative matrix M xr1, M T xr1 ~M xrN, to calculate the M T xrN. On the other hand, by applying the expressions (23.1), (23.2), (24.1), and (24.2) to the intermediate node and the output node, the associative matrix M ry1, M T ry1 ~M ryN, to calculate the M T ryN.
As described above, N individuality data are obtained as an association matrix.

次に、以上のようにして得られた登録データを用いて以下のように意図認識決定処理を行う。
まず、意図認識部207は、入力された車両の速度V、顔方向θ、位置Vに基づき、それぞれ速度メンバーシップ関数μvs、μvB、顔方向メンバーシップ関数μθs、μθB、位置メンバーシップ関数μLS、μLBにより関数値(速度グレードμvs(V)、μvB(V)、顔方向グレードμθs(θ)、μθB(θ)、位置グレードμLS(V)、μLB(V))を算出する。
Next, intention recognition determination processing is performed as follows using the registration data obtained as described above.
First, the intention recognition unit 207, based on the input vehicle velocity V v , face direction θ p , and position V L , respectively, velocity membership functions μ vs , μ vB , face direction membership functions μ θs , μ θB , The function values (velocity grade μ vs (V v ), μ vB (V v ), face direction grade μ θsp ), μ θBp ), position grade μ LS are obtained from the position membership functions μ LS and μ LB. (V L ), μ LB (V L )) are calculated.

次に、連想メモリを用いた正方向の行列計算を行う。
具体的には、まず、μvs(V)、μvB(V)、顔方向グレードμθs(θ)、μθB(θ)、位置グレードμLS(V)、μLB(V)を連想メモリ入力INvs、INvB、INps、INpB、INLs、INLBとする。そして、これら連想メモリ入力に対して、N個の個性データに対応したマトリクスMxr1〜MxrNを用いてN個の行列計算を行い、それぞれ連想メモリ中間出力R〜Rを得る。この連想メモリ中間出力R〜Rは算出されるたびに、マトリクスMrrで正規化される。また、得られた連想メモリ中間出力R〜RはさらにそれぞれマトリクスMry1〜MryNを用いてN個の行列計算を行い、左折、直進、右折で表される連想メモリ出力OUTL1、OUTS1、OUTR1〜OUTLN、OUTSN、OUTRNを得る。連想メモリ出力OUTL1〜OUTLNは、運転意図“左折”に対応する出力値、連想メモリ出力OUTs1〜OUTsNは、運転意図“直進”に対応する出力値、連想メモリ出力OUTR1〜OUTRNは、運転意図“右折”に対応する出力値である。
Next, matrix calculation in the positive direction using associative memory is performed.
Specifically, first, μ vs (V v ), μ vB (V v ), face direction grades μ θsp ), μ θBp ), position grades μ LS (V L ), μ LB ( Let V L ) be associative memory inputs IN vs , IN vB , IN ps , IN pB , IN Ls , IN LB. Then, to these associative memory input, performs N number of matrix calculation using the matrix M xr1 ~M XRN corresponding to the N personality data, respectively obtained an associative memory intermediate output R 1 to R N. The associative memory intermediate outputs R 1 to R N are normalized by the matrix M rr every time they are calculated. Further, the obtained associative memory intermediate outputs R 1 to R N are further subjected to N matrix calculations using the matrices M ry1 to M ryN , respectively, and associative memory outputs OUT L1 , OUT L expressed as left turn, straight advance , and right turn S1 , OUT R1 to OUT LN , OUT SN , and OUT RN are obtained. The associative memory outputs OUT L1 to OUT LN are output values corresponding to the driving intention “left turn”, the associative memory outputs OUT s1 to OUT sN are output values corresponding to the driving intention “straight ahead”, and the associative memory outputs OUT R1 to OUT RN. Is an output value corresponding to the driving intention “right turn”.

次に、連想メモリを用いた逆方向の行列計算を行う。
得られた連想メモリ出力OUTL1、OUTS1、OUTR1〜OUTLN、OUTSN、OUTRNに基づき連想マトリクスM ry1〜M ryNを用いてN個の行列計算を行い、連想メモリ中間出力R〜Rを得る。この連想メモリ中間出力R〜Rの各々は、複数のノードについて得られる。そして、得られた連想メモリ中間出力R〜Rに対し、マトリクスM xr1〜M xrNを用いてN個の行列計算を行い、連想メモリ入力INvs、INvB、INps、INpB、INLs、INLBを得る。
Next, reverse matrix calculation using an associative memory is performed.
Based on the obtained associative memory outputs OUT L1 , OUT S1 , OUT R1 to OUT LN , OUT SN , and OUT RN , N matrix calculations are performed using the associative matrix M T ry1 to M T ryN , and the associative memory intermediate output R obtain 1 to R N. Each of the associative memory intermediate outputs R 1 to R N is obtained for a plurality of nodes. Then, N matrix calculations are performed on the obtained associative memory intermediate outputs R 1 to R N using the matrices M T xr1 to M T xrN , and associative memory inputs IN vs , IN vB , IN ps , IN pB , IN Ls , IN LB are obtained.

これら連想メモリを用いた正方向、逆方向の計算を予め定められた回数だけ繰り返し行う反響動作を実行し、その状態推移により連想メモリ出力OUTL1、OUTS1、OUTR1〜OUTLN、OUTSN、OUTRNを収束させる。そして、その収束した連想メモリ出力OUTL1、OUTS1、OUTR1〜OUTLN、OUTSN、OUTRNを正規化して正規化連想メモリ出力OUT L1、OUT S1、OUT R1〜OUT LN、OUT SN、OUT RNを得る。得られた正規化連想メモリ出力について運転意図メンバーシップ関数μLS,μLB,μSS,μSB,μRS,μRBを用いて運転意図グレードμLS1(OUT L1),μLB1(OUT L1),μSS1(OUT S1),μSB1(OUT S1),μRS1(OUT R1),μRB1(OUT R1)〜μLSN(OUT LN),μLBN(OUT LN),μSSN(OUT SN),μSBN(OUT SN),μRSN(OUT RN),μRBN(OUT RN)を得る。 A reverberation operation is performed in which forward and backward calculations using these associative memories are repeated a predetermined number of times, and associative memory outputs OUT L1 , OUT S1 , OUT R1 to OUT LN , OUT SN , Let OUT RN converge. Then, the converged associative memory outputs OUT L1 , OUT S1 , OUT R1 to OUT LN , OUT SN , OUT RN are normalized to normalize associative memory outputs OUT * L 1 , OUT * S 1 , OUT * R 1 to OUT * LN , OUT * SN and OUT * RN are obtained. Driving intention grades μ LS1 (OUT * L1 ), μ LB1 (OUT * ) using the driving intention membership functions μ LS , μ LB , μ SS , μ SB , μ RS , μ RB for the obtained normalized associative memory output L1), μ SS1 (OUT * S1), μ SB1 (OUT * S1), μ RS1 (OUT * R1), μ RB1 (OUT * R1) ~μ LSN (OUT * LN), μ LBN (OUT * LN) , ΜSSN (OUT * SN ), μSBN (OUT * SN ), μRSN (OUT * RN ), and μRBN (OUT * RN ) are obtained.

得られたN個の個性データについての運転意図グレードに基づき、判定手段207aが運転意図の判定を行い、意図認識結果(左折、直進、右折の別)を得る。判定手段207aの判定は、N個の運転意図グレードのうち、予め定められた判定条件(例えば最も運転意図グレードの値が大きいもの、すなわち最も強く想起されたものを選択する)に基づき、その選択された運転意図グレードに予め対応付けておいた意図(例えば右折)を意図認識結果として出力する。   Based on the driving intention grade for the obtained N individuality data, the determination means 207a determines the driving intention and obtains an intention recognition result (left turn, straight ahead, right turn). The determination of the determination means 207a is made based on a predetermined determination condition (for example, the one having the largest value of the driving intention grade, that is, the one recalled most strongly) is selected from the N driving intention grades. An intention (for example, a right turn) that is previously associated with the determined driving intention grade is output as an intention recognition result.

判定手段207aの判定条件は、上述したものに限定されない。例えば、最も運転意図グレードの大きいものと次に大きい運転意図グレードとの差が小さい場合などには、最も運転意図グレードの大きいものと、次に大きい運転意図グレードに対応する運転意図とを平均化してもよい。   The determination conditions of the determination unit 207a are not limited to those described above. For example, when the difference between the largest driving intention grade and the next largest driving intention grade is small, the driving intention grade with the largest driving intention grade and the driving intention corresponding to the next largest driving intention grade are averaged. May be.

次に、上述した実施形態に示す人間状態推定システムを適用して意図推論を行った例を説明する。   Next, an example in which intention inference is performed by applying the human state estimation system shown in the above-described embodiment will be described.

まず、運転者の顔方向情報の取得について説明する。
意図推論を行うための主要な情報として、運転者の顔の動作に着目した。正確かつロバスト性の高い情報を取得するため、運転者の頭上、正面に視野画像取得カメラ21を設置し、前述したI−Spaceを用いて、顔の動作情報を以下の工程により顔方向情報θとして取得した。
First, acquisition of driver's face direction information will be described.
We focused on the driver's face movement as the main information for intention inference. In order to acquire accurate and highly robust information, the field-of-view image acquisition camera 21 is installed above and in front of the driver, and using the above-described I-Space, the facial motion information is converted into the facial direction information θ by the following process. Obtained as D.

1)視野画像取得カメラ21で前方、右前方、左前方にトラッキングする定点を設置し、I−Spaceから送られてくる座標情報により第2顔方向情報θD2を取得する。 1) A fixed point to be tracked forward, right front, and left front is set by the field-of-view image acquisition camera 21, and the second face direction information θD2 is acquired from the coordinate information sent from the I-Space.

2)車両搭載カメラ24により、運転者の顔と唇をトラッキングし、第1顔方向情報θD1を取得する。 2) The driver's face and lips are tracked by the vehicle-mounted camera 24 to obtain the first face direction information θ D1 .

3)注意機能を用いた情報の再構成により、顔方向暫定情報θを得て、ロバスト性、精度の向上を図る。 3) by the reconstruction information using care function to obtain the face direction provisional information theta P, robustness, improve the accuracy.

4)ニュートン法を用いて、車両搭載カメラ24のパラメータの補正を行い、車両搭載カメラ24単体での精度の向上を図る。   4) The parameters of the vehicle-mounted camera 24 are corrected using the Newton method, and the accuracy of the vehicle-mounted camera 24 alone is improved.

5)利用時には、パラメータ補正した算出式を用いて、車両搭載カメラ24の画像に基づき、第1顔方向情報θD1を得て、得られた第1顔方向情報θD1を顔方向情報θに設定する。 5) At the time of use, the first face direction information θ D1 is obtained based on the image of the vehicle-mounted camera 24 using the parameter-corrected calculation formula, and the obtained first face direction information θ D1 is used as the face direction information θ D. Set to.

次に、意図推論について説明する。
カメラ31及び32を用いたステレオ視、運転者の顔方向情報θ、制御部2dからの環境情報を取得し意図推論を行う。より具体的には、図1に示すような、見通しの悪い道路41で実験を行った。
Next, intention inference will be described.
Stereo vision using the cameras 31 and 32, driver face direction information θ D , and environmental information from the control unit 2d are acquired, and intention inference is performed. More specifically, an experiment was conducted on a road 41 with poor visibility as shown in FIG.

車両2は道路41及び42が交差する交差点に向かって道路41を直進する。このときの車両2の車両位置情報Vは、交差点に設置されているカメラ31及び32からなるステレオ視システムによって取得する。同時に、運転者10の顔方向情報θ、車両速度情報Vを取得しファジイ連想記憶システムを用いて意図推論を行い運転者10が右に曲がろうとしているのか、直進しようとしているのか、左に曲がろうとしているのか、意図を認識する。また、学習事例を増やすことにより、認識率の向上を図る。本実施例では、図18に示すように、日本人7パターンの特徴ある基本運転行動データを用いて実験を行った。これらの事例を、図11に示す中位層53に蓄積した。 The vehicle 2 goes straight on the road 41 toward the intersection where the roads 41 and 42 intersect. The vehicle position information VL of the vehicle 2 at this time is acquired by a stereo vision system including the cameras 31 and 32 installed at the intersection. At the same time, the driver's 10 face direction information θ D and the vehicle speed information V v are acquired and intentional inference is performed using a fuzzy associative memory system, whether the driver 10 is going to turn right or straight ahead, Recognize whether you are going to turn left. In addition, the recognition rate is improved by increasing the number of learning cases. In this example, as shown in FIG. 18, an experiment was performed using basic driving behavior data having characteristics of seven Japanese patterns. These cases were accumulated in the middle layer 53 shown in FIG.

運転行動の学習されていないデータをこの意図認識モデルに入力したときに、コンテクストを用いずに得られた結果が図19である。図19において、各ファジイラベル521a〜521c、522a〜522c、523a〜523cでは、実際に与えられた入力パラメータに基づき得られたメンバーシップグレードの大小を表しており、また、各事例ノード531〜539は、既に得られている事例での活性値分布を示している。この図19の結果では、中位層53の活性値分布があいまいで、どの運転意図かを判断できない。これに対して、図20には、コンテクストを用いた結果を示している。各ファジイラベル521a〜521c、522a〜522c、523a〜523cと各事例ノード531〜539の表現は図19と同じである。図20の場合、さらに、上位層54のノード541〜543についても得られた値の大小が示されている。BAMの反響動作により、ノード活性値分布は“左”に収束する。このように入力値や最初の活性状態が曖昧な場合も、反響動作により活性値分布はコンテクストに依存した状態に収束する。   FIG. 19 shows the result obtained without using the context when data for which driving behavior has not been learned is input to the intention recognition model. In FIG. 19, each fuzzy label 521a to 521c, 522a to 522c, 523a to 523c represents the magnitude of the membership grade obtained based on the actually given input parameters, and each of the case nodes 531 to 539. Shows the activity value distribution in the already obtained cases. In the result of FIG. 19, the activity value distribution of the middle layer 53 is ambiguous, and it cannot be determined which driving intention. On the other hand, FIG. 20 shows a result using the context. The expressions of the fuzzy labels 521a to 521c, 522a to 522c, 523a to 523c and the case nodes 531 to 539 are the same as those in FIG. In the case of FIG. 20, the magnitudes of the values obtained for the nodes 541 to 543 of the upper layer 54 are also shown. The node activity value distribution converges to “left” by the BAM echo operation. Even when the input value or the initial active state is ambiguous in this way, the active value distribution converges to a context-dependent state by the echo operation.

このように、本実施形態の人間状態推定システムは、人間の動作に関連したナチュラルインタフェース、さらに、ネットワークに連携機能を付加し利用者との相互作用を重視した知的ネットワークシステムが構築される。そして、その都市モデルが図16に示される。この図16は福祉防災サイバー都市の概略図である。図16に示すように、駅の周辺の環境に、カメラ31,32が交差点や道路付近に複数配置されている。複数の車両2が駐車し、また交差点に向かって車両2が進入したり、駅周辺から歩行者1が出てくる場合に、これらカメラ31,32で撮像された画像に基づき人間の状態が推定される。   As described above, the human state estimation system according to the present embodiment is constructed as a natural interface related to human actions, and an intelligent network system that attaches a cooperation function to the network and places importance on interaction with the user. The city model is shown in FIG. FIG. 16 is a schematic diagram of a welfare disaster prevention cyber city. As shown in FIG. 16, a plurality of cameras 31 and 32 are arranged near an intersection or road in the environment around the station. When a plurality of vehicles 2 are parked, the vehicle 2 enters the intersection, or a pedestrian 1 comes out from the vicinity of the station, the human state is estimated based on images captured by these cameras 31 and 32. Is done.

より具体的には、図17に示すように、分散感覚知能としての2つのカメラ31,32と、別の分散感覚知能としての車両2aが互いに協調し、運転者の状態を推定することで、進行方向に障害物172や危険物171に近づいていることを車両2aに知らせたり、車両2aと別の分散感覚知能としての車両2bが協調し、運転者の状態を推定することで、車両2bに車両2aが接近していることを車両2bの運転者に知らせることができる。   More specifically, as shown in FIG. 17, the two cameras 31, 32 as the distributed sensory intelligence and the vehicle 2a as another distributed sensory intelligence cooperate with each other to estimate the driver's state. By informing the vehicle 2a that the obstacle 172 or the dangerous object 171 is approaching in the traveling direction, or the vehicle 2b as another distributed sensory intelligence cooperates with the vehicle 2a to estimate the driver's state. It is possible to inform the driver of the vehicle 2b that the vehicle 2a is approaching the vehicle.

このように、各種センサからなる感覚部と、CPU演算処理により実現される知能とを分散的に持った分散感覚知能を用い、それぞれの知的エージェントが自律的に協調し合うことにより、人間に対して適切なサポート及びガイドを提示する。このような分散感覚知能空間を人間の生活する都市空間へと広げ、日常生活から災害時の緊急支援までを視野に入れた、災害に強く、真の安心感を得る都市を実現できる。   In this way, by using distributed sensory intelligence that has a sensory part consisting of various sensors and intelligence realized by CPU arithmetic processing, each intelligent agent cooperates autonomously, Provide appropriate support and guides. By expanding such a distributed sensory intelligence space into a city space where people live, we can realize a city that is strong in disasters and has a real sense of security with a view from daily life to emergency assistance in the event of a disaster.

本発明は上記実施形態に限定されるものではない。図1に示した都市空間は本実施形態の人間状態推定システムが適用されるほんの一例を示したにすぎない。他の都市空間に分散感覚知能を配置してもよい。また、分散感覚知能は、上記実施形態に示されたものに限定されない。環境の物理量を検出するいかなるセンサも、またこのセンサの検出結果に基づき環境情報を生成するいかなる処理演算部も分散感覚知能として適用可能である。この場合、例えば顔方向などの人間の直接の行動結果のみならず、車両速度や、車両位置など、人間が車両を運転したその行動の結果として得られるいかなる物理量からも、人間の行動結果を表す環境情報を生成し意図認識に生かすことができる。   The present invention is not limited to the above embodiment. The city space shown in FIG. 1 is only an example to which the human state estimation system of this embodiment is applied. Distributed sensory intelligence may be placed in other urban spaces. Also, the distributed sensory intelligence is not limited to that shown in the above embodiment. Any sensor that detects a physical quantity of the environment, and any processing calculation unit that generates environment information based on the detection result of this sensor can be applied as the distributed sensory intelligence. In this case, for example, the human action result is expressed not only from the direct action result of the human such as the face direction but also from any physical quantity obtained as a result of the action of the human driving the vehicle such as the vehicle speed and the vehicle position. Environmental information can be generated and used for intention recognition.

また、図2の例に示すように、1つの分散感覚知能は、センサと処理演算部とが空間の同一位置に配置されている必要はない。例えば、第1顔方向情報θD1を算出する第1の分散感覚知能として、そのセンサとして機能する車両搭載カメラ24と、処理演算部として機能する第1顔方向情報算出部203が示されている。また、第2顔方向情報θD2を算出する第2の分散感覚知能として、そのセンサとして機能する視野画像取得カメラ21と、処理演算部として機能する第2顔方向情報算出部204が示されている。また、速度情報Vを算出する第3の分散感覚知能として、そのセンサ及び処理演算部として機能する車両速度検出装置25が示されている。これら第1乃至第3の分散感覚知能は、車両2にいずれも配置されており、空間的に分離されているものではない。これに対して、車両位置情報Vを算出する第4の分散感覚知能は、センサとして機能するカメラ31及び32が交差点に設置され、その処理演算部として機能する車両位置情報算出部202が車両2に配置される。このように、センサと処理演算部を別の位置に配置してもよい。もちろん、車両位置情報算出部202はカメラ31及び32とともに交差点側に設置してもよい。 Further, as shown in the example of FIG. 2, in one distributed sensory intelligence, the sensor and the processing calculation unit do not need to be arranged at the same position in the space. For example, as the first distributed sensory intelligence for calculating the first face direction information θ D1 , a vehicle-mounted camera 24 that functions as the sensor and a first face direction information calculation unit 203 that functions as a processing calculation unit are shown. . In addition, as the second distributed sensory intelligence for calculating the second face direction information θ D2 , a visual field image acquisition camera 21 that functions as a sensor and a second face direction information calculation unit 204 that functions as a processing calculation unit are shown. Yes. Further, as a third dispersion sensory intelligence for calculating the speed information V v, the vehicle speed detecting device 25 that functions as a sensor and processing operation section is shown. These first to third distributed sensory intelligences are all arranged in the vehicle 2 and are not spatially separated. On the other hand, in the fourth distributed sensory intelligence for calculating the vehicle position information VL , the cameras 31 and 32 that function as sensors are installed at the intersection, and the vehicle position information calculation unit 202 that functions as a processing calculation unit thereof is the vehicle. 2 is arranged. In this way, the sensor and the processing calculation unit may be arranged at different positions. Of course, the vehicle position information calculation unit 202 may be installed on the intersection side together with the cameras 31 and 32.

また、図2の例では、第1顔方向情報θD1と、第2顔方向情報θD2とに基づき情報再構成部205が情報の再構成を行い、ニュートン法補正部206がさらに補正した値に基づき意図認識部207が意図認識処理を行う例を示したが、これに限定されない。例えば、車両搭載カメラ24または視野画像取得カメラ21のいずれかのみを設置し、その一方から得られる顔方向情報に基づき意図認識部207が意図認識処理を行ってもよい。この場合、情報再構成部205を配置する必要がなくなる。さらに、ニュートン法補正部206を省略することもできる。また、ニュートン法補正部206以外に他の補正手法を行う補正部を配置し、その補正値に基づき意図認識部207が意図認識処理を行ってもよいことはもちろんである。 In the example of FIG. 2, the information reconstruction unit 205 reconstructs information based on the first face direction information θ D1 and the second face direction information θ D2, and the value further corrected by the Newton method correction unit 206 Although the example in which the intention recognizing unit 207 performs the intention recognition process based on the above is shown, the present invention is not limited to this. For example, only the vehicle-mounted camera 24 or the field-of-view image acquisition camera 21 may be installed, and the intention recognition unit 207 may perform intention recognition processing based on face direction information obtained from one of them. In this case, it is not necessary to arrange the information reconstruction unit 205. Further, the Newton method correction unit 206 can be omitted. In addition to the Newton method correction unit 206, a correction unit that performs another correction method may be arranged, and the intention recognition unit 207 may perform intention recognition processing based on the correction value.

また、上記実施形態では、車両速度情報V、車両位置情報V及び顔方向情報θとに基づき人間の意図認識処理を行う例を示したが、これに限定されない。例えば、他にもハンドル角情報を入力パラメータに加えて意図認識処理を行ってもよい。もちろん、他の環境情報を入力パラメータに加えてもよい。 In the above embodiment, an example in which human intention recognition processing is performed based on the vehicle speed information V v , the vehicle position information V L, and the face direction information θ D has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the intention recognition process may be performed by adding handle angle information to the input parameters. Of course, other environmental information may be added to the input parameters.

以上説明したようにこの発明は、情報インフラの整備された都市空間に生活する情報技術から疎外され、その恩恵を十分に得られていないお年寄りや身体障害者等を支援する人間支援システムで用いられる人間状態推定システム、人間状態推定方法及び人間状態推定プログラムの技術分野に有効である。   As described above, the present invention is used in a human support system that supports elderly people and persons with physical disabilities who have been marginalized from information technology living in an urban space with an information infrastructure and have not been able to fully benefit from it. The present invention is effective in the technical fields of human state estimation system, human state estimation method, and human state estimation program.

本発明の一実施形態に係る人間状態推定システムが適用される都市空間における分散感覚知能空間の一例を示す図。The figure which shows an example of the distributed sensory intelligence space in the city space where the human state estimation system which concerns on one Embodiment of this invention is applied. 同実施形態に係る人間状態推定システムの各構成の一例を示す図。The figure which shows an example of each structure of the human state estimation system which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る車両位置Vの算出手法を説明するための図。The figure for demonstrating the calculation method of the vehicle position VL which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る車両の概観図。FIG. 2 is an overview diagram of a vehicle according to the embodiment. 同実施形態に係る車両の機能の一部を模式的に示した図。The figure which showed typically a part of function of the vehicle which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る顔方向情報の取得を説明するための図。The figure for demonstrating acquisition of the face direction information which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る顔方向情報θD1の算出例を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the example of calculation of the face direction information (theta) D1 which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る顔方向情報θD2の算出手法を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the calculation method of face direction information (theta) D2 which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る顔方向情報θD2の算出手法を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the calculation method of face direction information (theta) D2 which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る情報再構成部の再構成処理を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the reconstruction process of the information reconstruction part which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る意図認識モデルの概念図。The conceptual diagram of the intention recognition model which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るCFS(概念ファジイ集合)の概念を示す図。The figure which shows the concept of CFS (concept fuzzy set) which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る双方向連想記憶(BAM)の概念を説明するための図。The figure for demonstrating the concept of the bidirectional associative memory (BAM) which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るファジイルールを連想記憶ネットワークを用いて表現した模式図。The schematic diagram which expressed the fuzzy rule which concerns on the embodiment using the associative memory network. 同実施形態に係る連想記憶をネットワークを構築する際に必要な知識を示す図。The figure which shows the knowledge required when constructing | assembling the network of the associative memory which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る人間状態推定システムが適用される都市モデルの一例を示す図。The figure which shows an example of the city model to which the human state estimation system which concerns on the embodiment is applied. 同実施形態に係る人間状態推定システムの機能例を示す図。The figure which shows the function example of the human condition estimation system which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る日本人7パターンの特徴ある基本運転行動データを用いて実験を行った事例を示す図。The figure which shows the example which experimented using the characteristic basic driving action data of the Japanese 7 pattern which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る運転行動の学習されていないデータを意図認識モデルに入力したときに、コンテクストを用いずに得られた結果を示す図。The figure which shows the result obtained without using a context, when the data from which the driving action which concerns on the embodiment is not learned are input into the intention recognition model. 同実施形態に係るコンテクストを用いて得られた意図認識結果を示す図。The figure which shows the intention recognition result obtained using the context which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る実際に構築されたファジイ連想記憶システムに基づいた意図認識部による意図認識決定処理を説明するための図。The figure for demonstrating the intention recognition determination process by the intention recognition part based on the fuzzy associative memory system actually constructed | assembled based on the embodiment. 同実施形態に係る実際に構築されたファジイ連想記憶システムに基づいた意図認識部による意図認識決定処理を説明するための図。The figure for demonstrating the intention recognition determination process by the intention recognition part based on the fuzzy associative memory system actually constructed | assembled based on the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

2…車両、10…運転者、21…視野画像取得カメラ、22…表示部、24…車両搭載カメラ、31,32…カメラ、41,42…道路、201…通信制御手段、202…車両位置情報算出部、203…第1顔方向情報算出部、204…第2顔方向情報算出部、205…情報再構成部、206…ニュートン法補正部、207…意図認識部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Vehicle, 10 ... Driver, 21 ... Visual field image acquisition camera, 22 ... Display part, 24 ... Vehicle mounted camera, 31, 32 ... Camera, 41, 42 ... Road, 201 ... Communication control means, 202 ... Vehicle position information Calculation unit, 203 ... first face direction information calculation unit, 204 ... second face direction information calculation unit, 205 ... information reconstruction unit, 206 ... Newton method correction unit, 207 ... intention recognition unit

Claims (5)

車両が予め設定した目標地点に到達したときに当該車両の運転者が行うであろう運転行動を、前記車両が前記目標地点に到達する前に推定する人間状態推定システムであって、
前記目標地点に対する前記車両の位置情報を算出する車両位置算出装置と、
前記車両の速度情報を検出する速度情報検出装置と、
前記車両に搭載されたカメラにより前記運転者の顔画像データを得、この顔画像データから画像認識処理により顔の特定領域の重心を検出することにより前記運転者の顔の方向を表す情報を検出する顔方向算出装置と、
車両の位置、速度及び運転者の顔の方向の各々について予め設定された入力メンバーシップ関数と、想定される複数の運転意図の各々について予め設定された出力メンバーシップ関数と、前記各入力メンバーシップ関数と前記各出力メンバーシップ関数との間をマトリクス状に関連付ける複数の個性データをそれぞれ記憶する連想メモリを備え、前記車両位置算出装置により算出された車両の位置情報、前記速度検出装置により検出された速度情報、及び前記顔方向算出装置により検出された前記運転者の顔の方向を表す情報を前記連想メモリに入力パラメータとして入力し、この連想メモリを用いて正方向及び逆方向の行列演算を予め定められた回数だけ繰り返し実行することにより収束した複数の出力メンバーシップ関数を得、この出力された複数の出力メンバーシップ関数にそれぞれ対応する運転意図グレードの中から値が最も大きいものを選択して、この選択された運転意図グレードに対応する意図を前記運転者の意図認識結果として出力する意図認識部と
を具備することを特徴とする人間状態推定システム。
A human state estimation system that estimates driving behavior that a driver of a vehicle will perform when the vehicle reaches a preset target point before the vehicle reaches the target point,
A vehicle position calculating device for calculating position information of the vehicle with respect to the target point;
A speed information detecting device for detecting speed information of the vehicle;
The driver's face image data is obtained by a camera mounted on the vehicle, and information representing the driver's face direction is detected from the face image data by detecting the center of gravity of a specific area of the face by image recognition processing. A face direction calculating device,
An input membership function preset for each of the vehicle position, speed and direction of the driver's face, an output membership function preset for each of a plurality of assumed driving intentions, and each of the input memberships An associative memory that stores a plurality of individuality data for associating a function with each output membership function in a matrix, and the vehicle position information calculated by the vehicle position calculation device is detected by the speed detection device. Speed information and information indicating the driver's face direction detected by the face direction calculation device are input to the associative memory as input parameters, and the associative memory is used to perform forward and reverse matrix calculations. Multiple output membership functions converged by repeatedly executing a predetermined number of times, and this output A driving intention grade corresponding to each of the plurality of output membership functions is selected, and the intention corresponding to the selected driving intention grade is output as the driver's intention recognition result. A human state estimation system comprising an intention recognition unit.
前記車両位置算出装置は、
前記目標地点に配置され、前記車両を互いに異なる方向から撮像してその画像データを当該車両に向け送信する複数のカメラと、
前記車両に設置され、前記複数のカメラから送られた複数の車両画像データを受信し、この受信された複数の車両画像データをもとにステレオ視機能を用いて三次元座標により表される前記車両の位置情報を算出する車両位置情報算出部と
を備えることを特徴とする請求項1記載の人間状態推定システム。
The vehicle position calculation device includes:
A plurality of cameras arranged at the target point, imaging the vehicle from different directions and transmitting the image data to the vehicle;
The vehicle is installed in the vehicle, receives a plurality of vehicle image data sent from the plurality of cameras, and is represented by three-dimensional coordinates using a stereo vision function based on the received vehicle image data. The human state estimation system according to claim 1, further comprising a vehicle position information calculation unit that calculates position information of the vehicle.
前記顔方向算出装置は、
前記カメラにより得られた顔画像データから画像認識処理により運転者の口領域の重心座標を検出する手段と、
前記カメラと運転者頭部の中心とを結んだ直線Lo と前記カメラと前記検出された口領域の重心座標とを結んだ直線Lx とにより形成される角度をθ 、前記運転者頭部の中心と前記検出された口領域の重心座標とを結んだ直線と前記直線Lxとにより形成される角度をθ とし、かつ前記カメラと運転者頭部の中心までの距離をd、運転者の頭部モデルにより求められる頭部半径をr、カメラの画角をφとしたとき、前記運転者の顔の方向θD2を、
r/sinθ=d/sinθ
sinθ=(d/r)・sinθ
θ=180−arcsin(sinθ)・180/π
θD2=180−(θ+θ
により算出する手段と
を備えることを特徴とする請求項1記載の人間状態推定システム。
The face direction calculation device includes:
Means for detecting the center-of-gravity coordinates of the mouth region of the driver by image recognition processing from the face image data obtained by the camera;
An angle formed by a straight line Lo connecting the camera and the center of the driver's head and a straight line Lx connecting the camera and the center of gravity coordinates of the detected mouth area is θ A , An angle formed by a straight line connecting the center and the center-of-gravity coordinates of the detected mouth area and the straight line Lx is θ B , and a distance between the camera and the center of the driver's head is d, When the head radius determined by the head model is r and the angle of view of the camera is φ, the driver's face direction θ D2 is
r / sin θ A = d / sin θ B
sin θ B = (d / r) · sin θ A
θ B = 180−arcsin (sin θ B ) · 180 / π
θ D2 = 180− (θ A + θ B )
The human state estimation system according to claim 1, further comprising:
車両が予め設定した目標地点に到達したときに当該車両の運転者が行うであろう運転行動を、前記車両が前記目標地点に到達する前に推定する人間状態推定方法であって、
前記目標地点に対する前記車両の位置情報を算出する過程と、
前記車両の速度情報を検出する過程と、
前記車両に搭載されたカメラにより前記運転者の顔画像データを得、この顔画像データから画像認識処理により顔の特定領域の重心を検出することにより前記運転者の顔の方向を表す情報を検出する過程と、
車両の位置、速度及び運転者の顔の方向の各々について予め設定された入力メンバーシップ関数と、想定される複数の運転意図の各々について予め設定された出力メンバーシップ関数と、前記各入力メンバーシップ関数と前記各出力メンバーシップ関数との間をマトリクス状に関連付ける複数の個性データをそれぞれ記憶する連想メモリに、前記算出された車両の位置情報、前記検出された速度情報、及び前記検出された運転者の顔の方向を表す情報を入力パラメータとして入力し、この連想メモリを用いて正方向及び逆方向の行列演算を予め定められた回数だけ繰り返し実行することにより収束した複数の出力メンバーシップ関数を得、この出力された複数の出力メンバーシップ関数にそれぞれ対応する運転意図グレードの中から値が最も大きいものを選択して、この選択された運転意図グレードに対応する意図を前記運転者の意図認識結果として出力する過程と
を具備することを特徴とする人間状態推定方法。
A human state estimation method for estimating a driving action that a driver of a vehicle will perform when the vehicle reaches a preset target point before the vehicle reaches the target point,
Calculating position information of the vehicle relative to the target point;
Detecting the vehicle speed information;
The driver's face image data is obtained by a camera mounted on the vehicle, and information representing the driver's face direction is detected from the face image data by detecting the center of gravity of a specific area of the face by image recognition processing. The process of
An input membership function preset for each of the vehicle position, speed and direction of the driver's face, an output membership function preset for each of a plurality of assumed driving intentions, and each of the input memberships An associative memory for storing a plurality of individuality data for associating a function with each output membership function in a matrix, the calculated vehicle position information, the detected speed information, and the detected driving A plurality of output membership functions that have converged by inputting information representing the face direction of the person as an input parameter and repeatedly executing matrix operations in the forward direction and the reverse direction a predetermined number of times using this associative memory. The value is the highest among the driving intention grades corresponding to the output membership functions. Select heard what the human state estimation method characterized by comprising the steps of outputting the intent corresponding to the selected driving intention grade as intended recognition result of the driver.
車両が予め設定した目標地点に到達したときに当該車両の運転者が行うであろう運転行動を、前記車両が前記目標地点に到達する前に推定するために用いられる人間状態推定プログラムであって、
前記目標地点に対する前記車両の位置情報を算出する処理と、
前記車両の速度情報を検出する処理と、
前記車両に搭載されたカメラにより前記運転者の顔画像データを得、この顔画像データから画像認識処理により顔の特定領域の重心を検出することにより前記運転者の顔の方向を表す情報を検出する処理と、
車両の位置、速度及び運転者の顔の方向の各々について予め設定された入力メンバーシップ関数と、想定される複数の運転意図の各々について予め設定された出力メンバーシップ関数と、前記各入力メンバーシップ関数と前記各出力メンバーシップ関数との間をマトリクス状に関連付ける複数の個性データをそれぞれ記憶する連想メモリに、前記算出された車両の位置情報、前記検出された速度情報、及び前記検出された運転者の顔の方向を表す情報を入力パラメータとして入力し、この連想メモリを用いて正方向及び逆方向の行列演算を予め定められた回数だけ繰り返し実行することにより収束した複数の出力メンバーシップ関数を得、この出力された複数の出力メンバーシップ関数にそれぞれ対応する運転意図グレードの中から値が最も大きいものを選択して、この選択された運転意図グレードに対応する意図を前記運転者の意図認識結果として出力する過程と
を、前記車両に設けられたコンピュータに実行させることを特徴とする人間状態推定プログラム。
A human condition estimation program used to estimate a driving action that a driver of a vehicle will perform when the vehicle reaches a preset target point before the vehicle reaches the target point. ,
Processing for calculating position information of the vehicle with respect to the target point;
Processing for detecting speed information of the vehicle;
The driver's face image data is obtained by a camera mounted on the vehicle, and information representing the driver's face direction is detected from the face image data by detecting the center of gravity of a specific area of the face by image recognition processing. Processing to
An input membership function preset for each of the vehicle position, speed and direction of the driver's face, an output membership function preset for each of a plurality of assumed driving intentions, and each of the input memberships An associative memory for storing a plurality of individuality data for associating a function with each output membership function in a matrix, the calculated vehicle position information, the detected speed information, and the detected driving A plurality of output membership functions that have converged by inputting information representing the face direction of the person as an input parameter and repeatedly executing matrix operations in the forward direction and the reverse direction a predetermined number of times using this associative memory. The value is the highest among the driving intention grades corresponding to the output membership functions. Selecting a threshold and causing a computer provided in the vehicle to execute a process of outputting an intention corresponding to the selected driving intention grade as an intention recognition result of the driver. Estimation program.
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