프레임 동기 IR 조명 영상을 이용한 스마트 에어백용 승객 위치 검출 = An Occupant Position Detection Using Frame synchronized IR Illumination Image for Smart Airbag
자동차 에어백은 안전벨트 보조용 승객 보호 장치 (supplemental restraint system, SRS)의 하나로써 안전벨트를 착용한 성인을 적절히 보호하도록 개발되었으며,자동차의 정면충돌 시 승객에게 발생하는 치명적인 사망 및 상해 사고 위험을 현저하게 줄일 수 있다.그러나 이러한 에어백 시스템은 승객의 상태와 관계없이 팽창 조건을 만족할 때 무조건 팽창되도록 설계되어 있기 때문에 오히려 인명에 더욱 치명적인 상황도 발생하고 있다.이러한 이유로 인하여 사고 시 승객의 상황을 판단하는 시스템이 요구되었고, 사고 직전과 사고 도중 차량 내부 승객의 상황에 따라 에어백의 출력을 조절하는 스마트 에어백 (smart airbag) 시스템이 개발되었다.스마트 에어백은 승객의 체형 및 위치 등의 다양한 정보를 정확하게 감지하는 것이 핵심 기술이며, 승객의 위험을 최소화하기 위해서 승객 얼굴 위치를 빠르고 정확하게 감지하는 것이 중요하다.
본 논문에서는 프레임 동기 IR 조명 영상을 이용한 스마트 에어백용 승객의 위치 검출 방법을 제안하였다. 제안한 방법에서는 승객의 체형 및 좌우 위치 정보를 검출하기 위하여 프레임 동기신호에 맞춰 IR 조명을 점멸하는 능동 IR-LED 카메라를 이용하며, 이로부터 획득한 영상들 간의 차이로부터 배경은 억제되고 승객은 도드라진 차영상을 획득한다. 즉 능동 IR-LED 카메라를 이용하여 획득한 차영상은 조명 변화의 영향이 적은 배경은 어둡게 나타나고 조명 변화에 영향이 큰 승객 영역은 밝게 나타나는 특징을 가진다. 제안한 방법에서는 이러한 차영상의 특징을 이용하여 배경에 속하는 낮은 레벨의 화소값들의 히스토그램을 추출하고 이의 통계치를 이용하여 승객과 배경을 분류하기 위한 경계값을 설정한다. 승객 후보 영상은 이 경계값을 이용하여 분류되며, 승객의 좌우 위치 정보는 분류된 승객 후보 영상을 블록화 처리한 후 모폴로지 (morphology) 및 라벨링 (labeling) 과정을 거쳐 검출된다. 에어백과 승객간의 거리는 초음파 센서를 이용하여 검출한다.
제안한 승객 위치 검출 시스템의 성능을 평가하기 위하여 차량 지그에 능동 IR-LED 카메라 및 초음파 센서를 설치하여 실험을 수행하였다. 성능 평가 척도로는 승객 체형 인식, 전후 위치 인식, 좌우 위치 인식, 및 승객 검출률 (occupant detection ratio)을 이용하였다. 실험결과를 통하여 제안한 방법의 승객 검출률은 기존 얼굴색만을 이용한 방법 보다 밝은 조명 및 어두운 조명하에서 각각 승객 검출률이 향상되었음을 확인하였다.
As automobile airbag is one of supplemental restraint systems, it is developed for safe of an adult who wears seat belt and can noticeably reduce fatal mortality and injury accident at head-on collision. However, because this airbag system is designed to unfold unconditionally regardless of status of an occupant when its deployment condition is met, it may make more fatal accident to an occupant. This reason make a system to determine the situation of an occupant developed, so advanced airbag which control airbag output have been developed according to an occupant status at the gate of accident or on accident.
In this paper, occupant position detection method for smart airbag is proposed using frame synchronized IR illumination image. In the proposed method, using the difference between images from active IR-LED camera flickering IR lamp within camera sync signal, an occupant image, restraining background, is obtained. The difference image, acquired by IR illumination change, is made by difference of IR-applied image and non-IR-applied image by flickering IR-illumination. In the difference image, background region, which is non-sensitive to illumination-change, appear darkly. On the other hand, occupant region, which is sensitive to illumination-change, is brightly shown. In other words, while occupant region has high gray-level values, background region has low gray-level values comparatively. In the proposed method, using the feature of this difference image, an portion of histogram of low gray-level pixels in background region is extracted, and its statistical value is used for threshold set-up for discrimination of occupant and background. Occupant and background is classified with the threshold and the classified image is performed by the blocked process. And then occupant is detected through morphology and labeling step. This proposed method has less computation time and higher reliability, compared with previous method, so is applicable to real-time process.
The distance between airbag and occupant is detected using an ultrasonic sensor. Ultrasonic sensor has advantages, for example, non-sensitive to illumination, available at all day and night, high accuracy in short distance, and high speed etc.
In this paper, occupant position is recognized by occupant detection using active IR-LED illumination camera and distance information using ultrasonic sensor. The left-right position of occupant is classified with left, right, and center position. And front-rear position is categorized into IP (in position), OOP (out of position), and COOP (critically out of position). This position information of occupant is used for deployment and its strength of airbag.
In order to evaluate the performance of the proposed occupant detection system, video camera, ultrasonic sensor, and infrared LED is set on automobile jig. The left-right and front-rear position of occupant and occupant detection ratio were used as a standard of performance evaluation.
The left-right position is classified by detected occupant block image and the front-rear position is assorted by distance resolution of ultrasonic sensor. And the occupant detection is performed for IP, OOP, and COOP under bright (230 lx), dark (40 lx) and night (1~5 lx) illumination. The performance of the proposed method is similar with one of a method using face color, but it is confirmed that the proposed method is superior the existing method under dark illumination.
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