ドライバーの視線をはかってできること ～ADAS評価から自動運転開発まで～

完全自動運転が実現したら移動中の車内でどのように過ごしますか？読書、映画鑑賞、昼寝など、人それぞれやりたいことがあると思います。移動中のプライベートな空間でゆっくりと何かをできる夢のような車の実現を心待ちにしている方は多いかもしれません。

自動運転はレベル0からレベル5の6つのレベルに分類され、完全自動運転はレベル5に位置付けられます。現在の日本では、レベル2の自動運転に相当する、アクセル/ブレーキ/ハンドル操作などの運転支援を行うADAS（先進運転支援システム）が搭載された自動車が販売されています。今後、限定的な環境でのみシステムが自動運転を行うレベル3からレベル4の実現のステップを踏み、いつの日かレベル5の完全自動運転が実現する日が来るのではないでしょうか。

ドライバーの運転を支援するADASには、周辺の障害物を検知するADASや、脇見運転/居眠り運転を防止するためのADASなども存在し、運転行動の3要素と言われているドライバーの認知/判断/操作は無意識のうちにADASによって支援されている場合があります。ADASによって未然に防ぐことができた交通事故は数多く存在することでしょう。レベル５の完全自動運転が実現し、常にシステムがすべての運転タスクを実施する場合にはADASは不要になりますが、レベル3やレベル4の自動運転では人間が運転を行う場合もあるため、ADASの研究開発は今後も積極的に進められていくと予想できます。

ADASの目的はドライバーの安全で快適な運転を支援することです。そのため、ADASの新規開発や改良を行う際には、ADASによってドライバーの運転にどのような変化が起こるのかを計測することが必要ではないかと私は考えています。

新規開発や改良を行ったADASはどのように評価することができるのでしょうか。ここでは、ドライバーの認知/判断/操作をドライバーの視線や車両挙動から計測し、ADASの評価を行う方法をご紹介します。

人は目で見た情報から周囲の状況を認知します。そして、認知した情報からどのように運転するかを脳で判断し、アクセル/ブレーキ/ステアリング操作を行っています。運転中に周囲の危険を認知できなかった場合や、どのように運転するのかの判断/操作を間違えた場合に事故が発生します。ADASはドライバーの認知/判断/操作を支援するためのシステムであるため、ドライバーの認知/判断/操作を計測することでADASの評価が可能となるのではないでしょうか。

東陽テクニカではスウェーデンSmart Eye AB（以下 Smart Eye社）製の非接触式視線計測システムを取り扱っています。このシステムは、カメラで撮影した被験者の映像をリアルタイムに画像処理することで、被験者の頭部位置/角度、視線角度、まぶたの開き、瞳孔径などを数値化します。計測のために被験者がハードウェアを身につける必要がないので、自然な運転状態のドライバーの視線などを計測することができます。計測範囲は計測に用いるカメラの台数を増やすことで拡張でき、最大8台のカメラを使用して360°の視線を計測することが可能です。

Smart Eye社の非接触で高精度（約±0.5°の精度）に視線計測ができる製品には、大きく分けて「Smart Eye Proシステム」と「Smart Eye Pro DXシステム」の２つのラインアップがあります。

非接触で視線計測

カメラの横に計測に使用する近赤外LED光源があり（図１）、このLEDの角膜での反射点と瞳孔の位置関係から視線角度を算出します。この視線角度算出方法を角膜反射法と呼び、高精度に視線計測を行うことができます。実車にて計測を行う場合にはダッシュボードの上などにカメラを固定して計測を行います（図２）。外部光の影響を受けにくいハードウェア設計となっており、明るさの変化が大きな環境でも高精度に安定した計測を実現します。
ドライバーに負担をかけることなく通常の運転状態のドライバーの視線などを計測できること、計測環境に依存せずに高精度に計測ができることがSmart Eye Proシステムの大きな特長です。

図1：「Smart Eye Proシステム」

図2：「Smart Eye Proシステム」をダッシュボードに取り付けたところ

さらに小型軽量化

「Smart Eye Pro DXシステム」は、「Smart Eye Proシステム」のカメラとLEDが小型軽量化された、2019年2月販売開始の新製品です（図3）。「Smart Eye Proシステム」の特長に加え、小型軽量化によってカメラの設置位置の自由度がこれまで以上に高くなっています。さらに、カメラの解像度が1.3メガピクセルから2メガピクセルになり、被験者をカメラに小さく映した状態でも計測ができます。一般的な非接触式視線計測システムは、計測範囲が狭いというデメリットがありますが、それを大幅に改善し被験者の大きな動きにも対応できるようになりました。

図3：「Smart Eye Pro DXシステム」

ドライバー運転行動計測システム

東陽テクニカでは、Smart Eye社の視線計測システムに加えて、ドイツimc Test & Measurement GmbH（以下 imc社）製の車載データロガーも販売しています。ドライバーの視線と合わせて、6分力計や加速度センサなどで取得する車両挙動の信号や、車両のOBD端子のCAN情報などで取得する車両操作の情報を同時にロギングすることで、ドライバーの運転行動の評価を包括的に実施できるドライバー運転行動計測システムの提案も行っています。図4がそのシステムの概念図となります。

図4：運転行動計測システムの概念図

imc社の車載データロガーでは電圧、電流、ひずみ、温度などのアナログ信号やCAN、LINなどのデジタル信号を取得できるだけでなく、外部機器制御用のアナログ/デジタル信号を出力することもできます。加えて、デジタル信号処理機能によって取得したデータのリアルタイム演算処理も可能です。車載データロガーで取得したセンサのアナログ信号や車両のCAN信号に閾値の設定や任意の条件を登録することで、入力信号に応じて外部機器制御用の信号を発生させ、LEDの点灯や音声の再生などを行うことができます。

“脇見運転防止システム”の開発

脇見運転をしているドライバーに注意喚起を行う“脇見運転防止システム”の開発を行う場合を例にとります。まず、視線が何秒間何度以上の角度となった場合に脇見運転となるのかを視線計測システムを用いて研究し、定義します。
次に、定義した脇見運転状態になった場合にどのようにドライバーに注意喚起を行うことが効果的であるのかを研究します。車載データロガーへの視線角度の入力値が定義した閾値を超えた場合に、音声再生、発光、シートへの振動といった信号を車載ロガーから出力します。そして、ドライバーに外部から刺激信号を与えてから脇見運転を終了するまでの時間を計測し比較します。刺激を与えてから最も早く脇見運転をやめた方法が脇見運転防止システムに有効なHMI（ヒューマン・マシーン・インターフェース）ということがわかるため、そのHMIを持ったADASを開発します。
車載データロガー１台で計測と制御の両方ができることは、比較的簡単に入出力システムを構築できるという点で、試験において大きなメリットとなります。

ドライバー運転行動計測システムや非接触式視線計測システムを用いたアプリケーション

ADASの研究開発

第2部で書いた通り、ドライバー運転行動計測システムは、評価対象のADASがドライバーの認知/判断/操作にどのような効果をもたらすのかを計測することでADASの新規開発や改良に役立ちます。

HMIの研究開発

自動車にはメーター、ITS（高度道路交通システム）情報端末、各種スイッチ、カーナビなどの多くのHMIがあります。非接触式視線計測システムを使えば、人が使用しやすいHMI開発のために、使用者の視線でHMIを評価することができます。具体的には、カーナビの目的地までの案内方法の研究やHUD（ヘッドアップディスプレイ）の表示位置や表示方法といったグラフィックの研究に使用できます。

自動運転の研究開発

レベル３やレベル４の自動運転では、システムから人への運転交代が発生します。安全に運転を交代するためには、どのような方法で何秒前にドライバーに交代を知らせるべきなのかといった研究が行われています。また、システムの加減速など運転の仕方が人間の運転と異なると、自動運転に対して、人は恐怖や心地悪さを感じるため、自動運転システムの運転を人の運転に近づけるための研究も行われています。そのような研究でもドライバー運転行動計測システムや非接触式視線計測システムを使用できます。

ドライバーの運転行動特性の研究

ドライビングシミュレータを用いて、全く同じ運転シナリオで、ペーパードライバー、高齢者ドライバー、熟練ドライバーに運転してもらい、それぞれのドライバーの運転時の視線や車両操作の情報をドライバー運転行動計測システムや非接触式視線計測システムで計測することで、ドライバーごとの視線や運転操作の違いを洗い出し、ペーパードライバーや高齢者ドライバーの教育や新規ADASシステムの開発に繋げるための研究が可能となります。

東陽テクニカでは最先端の計測機器を研究開発者らに提供しています。今回ご紹介したシステムは日本国内で既にご使用いただいています。また、ドライバー運転行動計測システムのように、海外メーカの製品を組み合わせた新しい計測ソリューションの提案も行っています。製品単体では実現できない計測を最先端の計測機器を組み合わせたソリューションによって実現し、これからも最先端の自動車開発により一層貢献していきたいと考えています。