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눈 개폐의 빈도수를 통한 운전자의 졸음판단 분석
Sleepiness Determination of Driver through the Frequency Analysis of the Eye Opening and Shutting 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.26 no.6, 2016년, pp.464 - 470  

공도현 (조선대학교 제어계측공학과) ,  곽근창 (조선대학교 제어계측공학과)

초록
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본 논문은 개선된 얼굴검출 알고리즘과 눈의 개폐 빈도수로부터 운전자의 졸음을 판단하는 방법을 제안한다. 이를 위해 기존의 Viola-Jones 알고리즘과 얼굴의 공간적 상관관계를 이용하여 얼굴, 눈, 코, 입을 검출한다. 여기서, 얼굴의 공간적 상관관계는 7가지 특징에 기반한 DFP(Detect Face Part)에 의해 수행된다. Caltect 얼굴 데이터베이스에 실험을 한 결과, 특히 코 영역에 대한 검출률은 기존 Viola-Jones 알고리즘과 비교하여 13.78% 증가된 검출률을 보여주고 있다. 그리고, SVM(Support Vector Machine)과 PERCLOS(Percentage Closure of Eyes)을 사용해 시간에 따른 눈 개폐상태의 누적 값으로 운전자의 졸음 판단을 분석한다. 실험결과 93.28%의 운전자 졸음판단률을 얻어 제안된 방법의 유용성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose an improved face detection algorithm and determination method for drowsiness status of driver from the opening and closing frequency of the detected eye. For this purpose, face, eyes, nose, and mouth are detected based on conventional Viola-Jones face detection algorithm an...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 눈 영역 안에서의 동공 영역뿐만 아니라 눈꺼풀의 영역을 이용해 좀 더 넓은 검출 범위와 임계 값을 가지게 하여 검출의 정확도를 향상시킨다. 실험을 위해 1300만화소의 G2카메라 영상을 이용하여 운전자의 운행 및 졸음상태를 파악하며, 얼굴검출과 눈의 검출을 위해서일반적으로 많이 사용되는 알고리즘인 Viola-Jones 알고리즘과 얼굴의 공간적 상관관계를 근거로 하여 기존보다 더 좋은 검출영상을 얻고, Adaboost 알고리즘의 연산속도와 정확도의 향상을 위해 종속형태의 구조로 생성한다.
  • 본 논문에서는 얼굴의 공간적 상관관계 방법에 기반 한 Viola Jones 알고리즘을 통해 효과적인 얼굴검출과 지역적인 눈, 코, 입을 검출하고, 운전자의 졸음판단 요인 중 하나인 눈의 개폐에 대한 졸음판단 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 얼굴 검출방법에 얼굴모양에 대한 공간적 상관관계를 추가하여 눈, 코, 입, 얼굴에 인식률을 향상 시켰다.
  • 그림 5는 위에서 설명한 DFP 방법과 Haar-like 특징을 통해 얼굴 전체 이미지에서 눈과 코, 그리고 입을 검출하고 추출한 이미지를 보여준다. 본 논문에서는 운전자의 눈 개폐를 통한 졸음판단 분석을 위해 눈 영역에 대한 부분을 따로 검출하고, 검출된 눈 영역에서 왼쪽과 오른쪽 눈 영역을 각각 검출하여 분석한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
졸음이란 무엇인가? 졸음은 각성과 수면의 중간상태에서 의식이 사라지면서 수면으로 진행되는 것을 정의한다. 특히 운전과 같이 항상 정확한 판단과 빠른 반응속도를 요구하는 상황에서는 상당한 위험 요인들 중에 하나로 판단된다.
한국에서 졸음운전으로 인한 교통사고는 어느 정도 일어나는가? 특히 운전과 같이 항상 정확한 판단과 빠른 반응속도를 요구하는 상황에서는 상당한 위험 요인들 중에 하나로 판단된다. 실제로 졸음운전으로 인한 교통사고는 한국에서는 1년 동안 총 3219건이 발생하였으며, 이는 하루 평균 약 7건의 졸음운전으로 인한 교통사고가 발생하는 것을 나타내고, 미국 고속도로 안전관리국인 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)에 따르면 졸음운전은 미국에서도 교통안전과 관련해 가장 골치 아픈 문제 중 하나로, 연간 10만 여건의 충돌사고를 일으키는 요인이 되어 1천 550명이 사망하고 4천여 명이 부상당한다[1]. 또한 사고 피해의 심각성을 나타내는 치사율(교통사고 100건당 사망자의 수)을 보더라도 졸음운전 사고는 5건으로 전체 교통사고 치사율인 2.
본 논문에서 제안한, 얼굴의 공간적 상관관계 방법에 기반 한 Viola Jones 알고리즘을 이용한 눈의 개폐에 대한 졸음판단 방법은 어떤 원리인가? 본 논문에서는 얼굴의 공간적 상관관계 방법에 기반 한 Viola Jones 알고리즘을 통해 효과적인 얼굴검출과 지역적인 눈, 코, 입을 검출하고, 운전자의 졸음판단 요인 중 하나인 눈의 개폐에 대한 졸음판단 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 얼굴 검출방법에 얼굴모양에 대한 공간적 상관관계를 추가하여 눈, 코, 입, 얼굴에 인식률을 향상 시켰다. 또한, RGB 컬러 영상의 전 처리 후 라벨링 과정을 거쳐 최종적으로 SVM을 이용하여 운전자의 졸음을 판단하였다. 향후 연구에서는 조명의 변화에 대한 방법 등을 해결하기 위해 다른 전 처리 과정 및 운전자의 시선의 방향이나 입의 개폐에 따른 졸음판단 요인을 늘려 더욱 정확하고 세밀한 졸음판단 분석을 연구할 예정이다.
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참고문헌 (15)

  1. Article of the korean times 2009-04-03 

  2. S. M. Kang, K. M. Huh, Y. B. Joo, "Development of a drowsiness detection system using edge of eyes image," IEIE (The Institute of Electronics and Information Engineers) 2016 Information and Control Symposium, pp. 222-224, 2016. 

  3. J. M. Choi, H. Song, S. H. Park and C. D. Lee , "Implementation of driver fatigue monitoring system," The Journal of the Institute of Webcasting, Internet and Telecommunication, vol. 37, pp. 711-720, 2012. 

  4. J. Lee, H. Yoo, "A method to identify the identification eye status for drowsiness monitoring system," Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers, vol. 63, no. 12, pp. 1667-1670, 2014. 

  5. Jae-Kyung Sung, In-Ho Choi, Sang-Min Park, Yong-Guk Kim, "Measure and analysis of open-close frequency of mouth and eyes for sleepiness decision," The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication(IIBC), vol. 14, no. 3, pp. 89-97, 2014. 

  6. S. Darshana, D. Fernando, "Efficient PERCLOS and gaze measurement methodologies to estimate driver attention in real time," International Conference on Intelligent Systems, pp. 27-29, 2014. 

  7. S. L. Ham, N. Kwak, "Binary classification by the combination of Adaboost and feature extraction methods," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea-CI, vol. 49, no.4, pp. 42-53, 2012. 

  8. S. C. Lim, S. J. Jang, S. P. Lee, M. Y. Kim "Feature-Vector normalization for SVM-Based Music Genre Classification," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea-SC, vol. 48, no.5, pp. 31-36, 2011. 

  9. M. Weber 1999, Faces 1999 Front database", Available: http://www.vision.caltech.edu/archive.html, 1999 

  10. H. Han, U. Chong, "Electroencephalogram- based Driver Drowsiness Detection System Using AR Coefficients and SVM," Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol. 22, no. 6, pp. 768-773, 2012. 

  11. J. Yang, S. Cho, S. T. Chung, "Fake Face Detection System Using Pupil Reflection," Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol. 20, no. 5, pp. 645-651, 2010. 

  12. C. H. Han, K. B. Sim, "Development of Driver's Emotion and Attention Recognition System using Multi-modal Sensor Fusion Algorithm," Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol. 18, no. 6, pp. 754-761, 2010. 

  13. Y. H. Joo, J. K. Kim, I. H. Ra, "Intelligent Drowsiness Drive Warning System," Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol. 18, no. 2, pp. 223-229, 2008. 

  14. C. Lee, C. H. Rhee, "Region Based Fuzzy Neural Networks for Face Detection," Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol. 11, no. 1, pp. 39-44, 2001. 

  15. R. Lienhart, A. Kuranov, and V. Pisarevsky "Empirical Analysis of Detection Cascades of Boosted Classifiers for Rapid Object Detection," Proceedings of the 25th DAGM Symposium on Pattern Recognition, Magdeburg, Germany, 2003. 

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