比较借助于确定单元确定的头部姿态与参考测量的装置的制作方法

本发明涉及一种用于将机动车的乘客的借助于确定单元确定的头部姿态与参考测量进行比较的装置。

背景技术：

现代机动车通常拥有可以用来检测乘客的头部姿态（Kopfhaltung）的系统。在此，尤其是使用如下数据组，所述数据组例如已经用视频摄像机、3D传感器或者深度传感器得到。这种系统的精确度大多只能不充分地被检验。

技术实现要素：

这里，介绍了一种用于将机动车的乘客的借助于确定单元确定的头部姿态与参考测量进行比较的特别有利的装置。

所描述的装置尤其是被确定并且被设立用于执行在对乘客的头部姿态的两次测量之间的比较。一方面，优选地用确定单元来确定头部姿态。另一方面，优选地在有参考测量的情况下确定头部姿态。优选地，所述装置被实施为使得比较的结果可以由所述装置来输出。这尤其是可以以一个或多个参数的形式来实现。基于所输出的参数，尤其是可以评定两次经比较的测量之间的一致性。这样，在有一个特别可靠的参考测量的情况下，尤其是可以评定利用确定单元的测量的质量。尤其是考虑如下参数的大小，作为评定利用确定单元的测量的质量的标准，所述参数描述了在利用确定单元的测量与参考测量之间的偏差。利用所描述的装置，尤其是可以执行对头部姿态（即尤其是头部的位置和方向）的精确的绝对参考测量。利用所描述的装置可以评价用于头部姿态估计的算法。

利用所描述的装置，可以处理有关一个或多个乘客的测量结果。所述乘客尤其可以是驾驶员。但是也可以涉及任何其他乘客。

确定单元尤其是可以被确定并且被设立用于持久地被嵌入到机动车中。借此，利用所述确定单元，尤其是可以在机动车的常规运行下确定乘客的头部姿态。这样得到的数据例如可以在触发安全功能（诸如安全气囊）的情况下被考虑。

参考测量优选地不在机动车的常规运行下被执行。作为替代，参考测量只在个别的时间点被执行。这样，参考测量例如可以被执行一次，以便评价所述确定单元的精确度。根据所述评价的结果，所述确定单元例如可以被设置用于一个车系。

在参考测量的持续时间内，所描述的装置优选地被设置在机动车中。在机动车的常见的运行下，所描述的装置优选地没有被设置在机动车中。

在下文描述了所述装置的结构。

所述装置尤其是具有运动检测元件。所述运动检测元件也可以被称作参照系。所述运动检测元件尤其是被确定并且被设立用于测量头部姿态（即尤其是头部方向和位置）。利用所述运动检测元件可以执行参考测量。

此外，所述装置还具有标记元件，所述标记元件具有至少一个标记而且所述标记元件能固定在乘客的头部上。所述标记元件也可以被称头部标靶。尤其是可以通过确定所述标记元件的标记的位置来进行参考测量。这尤其是可以利用所述运动检测元件来进行。

所描述的装置优选地尤其是被设置用于与确定单元一起使用，所述装置按照如下优选的实施方式之一来实施。

在所述装置的一个优选的实施方式中，所述确定单元为了确定机动车的乘客的头部姿态而具有至少一个视频摄像机以及至少一个第一控制元件，其中借助于所述第一控制元件可以根据所述视频摄像机的数据来检测在乘客的头部上的特征点的位置。

利用确定单元对头部姿态的确定尤其是可以通过分析视频摄像机的数据来进行。所述视频摄像机优选地具有图像传感器，所述图像传感器不仅提供深度数据而且提供红外数据。两个数据支路都适合于在机动车中使用，因为它们相对于外部光线都是鲁棒的。

所述特征点尤其是也可以被称作标志或者3D面部标志。尤其是考虑在面部的如下这种点作为特征点，所述点（例如由于它们的颜色和/或由于反差）相对于它们的周围突出。特征点尤其是可以位于眼睛上、鼻子上和/或嘴上。

在所述装置的另一优选的实施方式中，第一控制元件被设立为使得所述特征点相对确定单元的坐标系的位置可以由所述第一控制元件来输出。

优选地，在将利用确定单元对头部姿态的确定与通过参考测量对头部姿态的确定进行比较的情况下，尤其是考虑各个测量的结果在哪些坐标系下被输出。在本实施例中，在确定单元的自己的坐标系下，利用确定单元对头部姿态进行确定。优选地，为了与参考测量进行比较，进行相对应的坐标变换。

尤其是，为此优选所述装置的如下实施方式，在所述实施方式中，所述装置此外还包括分析元件，所述分析元件被确定并且被设立用于确定在确定单元的坐标系与头部的坐标系之间的坐标变换。

引入头部的坐标系，以便对利用确定单元来确定的头部姿态进行变换，使得与参考测量的比较是可能的。

通过限定头部的坐标系，尤其是可以规定绕着哪些轴来测量转角。头部的坐标系的轴尤其是可以相对所述头部固定地来限定。这例如可以在使用特征点或面部标志的情况下来进行。但是，头部的坐标系例如也可以在使用所述头部的在面部之外的特征点的情况下来限定。

利用分析元件，可以得到在确定单元的坐标系与头部的坐标系之间的坐标变换，所述坐标变换被称作。关于头部姿态的信息尤其是包含在所述坐标变换中。

这意味着：所述坐标变换尤其是可以根据表征头部姿态的角度来说明。因而优选的是，针对确定单元的每个单张图像单独地确定所述坐标变换。如果在两个单张图像之间头部姿态改变，那么所得到的坐标变换也改变。索引i表示：所述坐标变换针对单张图像i来限定。

在所述装置的另一优选的实施方式中，所述运动检测元件被设立用于进行运动跟踪（Motion-Tracking）。

在该实施方式中，参考测量优选地像运动跟踪（这也可以被称作运动捕捉（Motion-Capturing））一样来进行。优选地，在使用标记元件的标记的情况下进行运动跟踪。所述标记元件的标记优选地是多个3D球体，所述3D球体可以在运动跟踪的情况下被跟踪。

在所述装置的另一优选的实施方式中，所述运动检测元件为了进行参考测量而具有至少一个运动跟踪传感器以及至少一个第二控制元件，其中借助于所述第二控制元件可以根据运动跟踪传感器的数据来检测所述标记元件的至少一个标记的位置。

运动跟踪传感器尤其是可以包括视频摄像机。与所述确定单元不同，所述运动检测元件或所述运动跟踪传感器被确定并且被设立用于检测所述标记元件的标记的位置作为特别突出的点而不是检测面部标志。所述标记元件的标记尤其是可以利用特别好地进行反射的材料来形成，使得所述标记相对于它们的周围明显突出。

所述运动检测元件尤其是可以使对配备有特别的球体的对象的准确的位置和方向测量成为可能。

在所述装置的另一优选的实施方式中，第二控制元件被设立为使得所述标记元件的至少一个标记相对全局坐标系的位置可以由所述第二控制元件来输出。

所述全局坐标系优选地是机动车的参照系。这意味着：机动车处在静止的全局坐标系中。所述全局坐标系的轴尤其是可以相对机动车固定地来限定。

在另一优选的实施方式中，所述装置此外还包括第一校准元件，利用所述第一校准元件可以使确定单元的坐标系相对于全局坐标系校准。

第一校准元件尤其可以是特别制造的多格棋盘。这意味着：所述第一校准元件优选地包括棋盘图案以及布置在该棋盘图案上的标记。所述棋盘图案可以通过确定单元来检测。所述标记可以通过运动检测元件来检测。这样，根据所述标记相对于所述棋盘图案的布置，可以得到在全局坐标系（参考测量在所述全局坐标系中进行）与确定单元的坐标系之间的坐标变换。

尤其是可以将棋盘固定在机动车的准确地限定的位置上，作为所述第一校准元件。所述棋盘作为多功能棋盘优选地配备有可视的棋盘图案和准确地安装的球体。所述棋盘图案适合于对确定单元进行校准，而所述运动检测元件可以将所述球体用于校准。

对所述坐标变换的确定也可以被称作运动检测元件和确定单元相对于共同的世界坐标系的校准。

这样，尤其是可以得到确定单元的坐标系到全局坐标系的变换。所述变换用来表示。尤其是，确定所述坐标变换一次就可足够。这意味着：所述第一校准元件可以为了确定所述坐标变换一次而被安装到机动车中，而且可以为了紧接着执行参考测量而又被除去。

在所述装置的另一优选的实施方式中，所述运动检测元件被确定并且被设立用于输出在全局坐标系与标记元件的坐标系之间的坐标变换。

标记元件的坐标系优选地相对所述标记元件来限定。这尤其是意味着：所述标记元件的坐标系的轴相对所述标记元件固定地来限定。针对不同的头部姿态，尤其是得到在全局坐标系与标记元件的坐标系之间的不同的坐标变换。关于头部姿态的信息尤其是包含在所述坐标变换中。因而优选的是，针对运动检测元件的每个单张图像单独地来确定从全局坐标系到标记元件的坐标系的坐标变换。如果在两个单张图像之间头部姿态改变，那么所得到的坐标变换也改变。

从全局坐标系到标记元件的坐标系的坐标变换用来表示。在此，索引i表示：所述坐标变换针对单张图像i来限定。

尤其是，在试驾驶期间在每个时间点i都可以测量标记元件的位置和方向并且确定坐标变换。所述试驾驶优选地不仅包含在高速公路上的驾驶而且包含在地方道路上的驾驶。

在另一优选的实施方式中，所述装置此外还包括第二校准元件，利用所述第二校准元件可以使标记元件的坐标系相对于乘客的头部的坐标系校准。

利用所述第二校准元件可以得到在标记元件的坐标系与头部的坐标系之间的坐标变换。所述坐标变换用来表示。在此，索引n指出：所述坐标变换对于每个乘客来说以及对于标记元件在所述乘客的头部上的每个姿态来说都可能是不同的。所述变换尤其是考虑如下情况：每个人都根据本人的后脑形状在单独的位置并且以单独的取向来穿戴所述标记元件。针对每个乘客单独地确定所述变换。

尤其是可以利用第二校准元件来确定所述坐标变换。为此，第二校准元件优选地具有3D指示器，利用所述3D指示器，乘客例如可以碰到在头部的特别的特征点以及尤其是在面部的特别的特征点（例如面部标志）。3D指示器的前端可以由运动检测元件来检测。所述特征点优选地是被用于限定头部的坐标系的特征点。通过第二校准元件，可以确定所述特征点在标记元件的坐标系中的3D位置。从中可以确定所述坐标变换。

在试驾驶之后，优选地再次利用第二校准元件来标记被用于限定头部的坐标系的点，以便确证驾驶可靠性以及确定标记元件的测量不可靠性（所述测量不可靠性尤其是可能由于标记元件的滑动而得到）。因为标记元件在驾驶期间可能滑动，例如如果驾驶员借此碰到车顶或者头枕，所以优选的是确证驾驶可靠性。

利用所描述的坐标变换可以在利用确定单元的测量与参考测量之间进行比较。尤其优选的是，针对确定单元的每个单张图像，确定从确定单元的坐标系到头部的坐标系的坐标变换。此外，优选地至少一次地确定从确定单元的坐标系到全局坐标系的坐标变换。此外，优选地针对运动检测元件的每个单张图像，确定从全局坐标系到标记元件的坐标系的坐标变换。此外，优选地确定从标记元件的坐标系到头部的坐标系的坐标变换。这优选地针对一个乘客单独地进行一次或多次。

至少只要确定单元和运动检测元件的单张图像是同时被拍摄的（即属于乘客的同一头部姿态），坐标变换就在理论上对应于坐标变换、和的链。即应该适用：

。

在测量期间，确定单元和运动检测元件优选地利用网络时间协议（Network Time Protocol，NTP）在时间上同步。借此，尤其是可以实现：确定单元和运动检测元件的单张图像同时被拍摄。两个系统的数据尤其是可以与在时间上同步的时间戳一起借助于ADTF被记录。

如果满足上面的方程，那么利用确定单元对头部姿态的确定与参考测量相同。在利用确定单元对头部姿态的确定与参考测量之间有偏差时，不再满足该方程。坐标变换、和的链与坐标变换的偏差的程度可以被用作利用确定单元对头部姿态的确定的精确度的量度（只要参考测量被认为特别精确）。

尤其是可以在分析元件中检验是否满足上面的方程。为此，在分析元件中优选地计算坐标变换、和的链并且将其与直接根据确定单元的数据形成的坐标变换进行比较。尤其是，可以由分析元件输出一个或多个参数，所述参数描述了所述比较的结果。

除了头部方向和位置的连续的值之外，每个单张图像i都优选地手动地以特性来注释。特别被指导的人例如可以给每个图像标记二元值，所述二元值说明了驾驶员是否戴太阳镜或者眼镜。此外，针对每个图像都优选地存在一个二元值，所述二元值描述了是否在面部之内存在其它遮盖。例如，一旦至少一个面部标志被遮盖，面部就可以被标记为被遮盖。由于通过猛烈的旋转而引起的自我遮盖而发生这一点的情况可以作为例外并且不被认为有遮盖。同时，太阳镜和眼镜可以作为例外并且不被认为有遮盖，因为它们分开地注释。

附图说明

本发明的其它细节以及实施例（然而本发明并不限于所述实施例）依据附图进一步予以阐述。其中：

图1示意性地示出了用于比较机动车的乘客的借助于确定单元确定的头部姿态的装置的图示；

图2示意性地示出了利用第一校准元件使确定单元的坐标系相对于全局坐标系的校准的图示；

图3示意性地示出了利用第二校准元件使标记元件的坐标系相对于全局坐标系的校准的图示；

图4示意性地示出了乘客在机动车中驾驶时的图示；

图5示意性地示出了乘客的头部连同头部的坐标系的两个图示；而

图6示意性地示出了坐标系的图示。

具体实施方式

图1示出了用于将机动车1的乘客14的借助于确定单元3确定的头部姿态与参考测量进行比较的装置2。装置2包括标记元件10，所述标记元件具有多个标记11而且所述标记元件能固定在乘客14的头部15上。此外，装置2还包括运动检测元件6，用于针对参考测量检测标记元件10的标记11的位置。

确定单元3为了确定乘客14的头部姿态而具有视频摄像机4以及第一控制元件5。借助于第一控制元件5，可以根据视频摄像机4的数据来检测在乘客14的头部15上的（在图5中示出的）特征点的位置。第一控制元件5被设立为使得所述特征点相对确定单元3的坐标系的位置可以由第一控制元件5来输出。

此外，装置2还包括分析元件9，所述分析元件被确定并且被设立用于确定在确定单元3的坐标系与头部15的坐标系之间的坐标变换。

运动检测元件6被设立用于进行运动跟踪并且为了进行参考测量而具有运动跟踪传感器7以及第二控制元件8。借助于第二控制元件8，可以根据运动跟踪传感器7的数据来检测标记元件10的至少一个标记11的位置。第二控制元件8被设立为使得所述标记元件10的标记11相对全局坐标系的位置可以由第二控制元件8来输出。运动检测元件6被确定并且被设立用于输出在全局坐标系与标记元件10的坐标系之间的坐标变换。

在图2中示出了第一校准元件12，所述第一校准元件具有一个棋盘图案16和多个标记11。利用第一校准元件12，可以使确定单元3的坐标系相对于全局坐标系校准。

在图3中示出了第二校准元件13，利用所述第二校准元件13可以使标记元件10的坐标系相对于乘客14的头部15的坐标系校准。此外，在图3中还能识别出在乘客14的头部15上的带有标记11的标记元件10。

在图4中示出了在机动车中驾驶时的乘客14。

在图5中以两个图示示出了乘客14的头部15。在此，绘出了如下多个特征点：在眼角上的第一特征点17、第二特征点18、第三特征点19和第四特征点20；在鼻子上的第五特征点21和第六特征点22以及在嘴上的第七特征点23和第八特征点24。此外，还绘出了坐标原点o以及轴x、y和z。y轴通过点py来限定。

在图6中以两个头部姿态示出了乘客14的头部15。分别绘出了头部的坐标系（HKS）、标记元件的坐标系（TKS）以及全局坐标系（WKS）。此外，还绘出了确定单元3和运动检测元件6以及带有标记11的标记元件10。