Videogestützte Überwachung der Fahreraufmerksamkeit und Adaption von Fahrerassistenzsystemen
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Videogestützte Überwachung der Fahreraufmerksamkeit und Adaption von Fahrerassistenzsystemen, Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick gegeben, welche Systeme und Verfahren Aussagen über den aktuellen Aufmerksamkeitszustand des Fahrers zulassen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf monokularen kamerabasierten Fahrerbeobach¬tungssystemen. Es werden verschiedene Ansätze diskutiert, die es ermöglichen den visuellen Aufmerksamkeitsfokus des Fahrers auf Basis eines solchen Systems zu ermitteln sowie die besondere Bedeutung der Kopforientierung und Blickrichtung in diesem Zusammenhang hervorgehoben.In einem ersten Schritt wird eine Bewertungsmethodik entwickelt, die es ermöglicht, kamerabasierte Fahrerbeobachtungssysteme in typischen Fahrsituationen im Hinblick auf die Messgenauigkeit der Kopforientierung sowie den erreichten Erfassungsbereich zu bewerten. Die Funktionsfähigkeit dieser Methodik wird in einer ersten Versuchsreihe unter Beweis gestellt.In weiteren Versuchsreihen wird bestimmt, inwiefern Blickrichtung und Kopforientierung in typischen Fahrsituationen miteinander korrelieren und inwieweit alleine auf Basis der Kopforien-tierung Aussagen zur Fahreraufmerksamkeit getroffen werden können. Daraus werden verschiedene eigene Ansätze, wie die Kopforientierung hinsichtlich der Fahreraufmerk¬sam¬keit interpretiert werden kann, abgeleitet, umgesetzt und beurteilt.Aufbauend auf diesen Ansätzen zur kopforientierungsbasierten Fahreraufmerksamkeitsbestimmung werden die Warnstrategien von zwei Fahrerassistenzsystemen (FAS) mit maschineller Wahr¬nehmung, ursprünglich nur der Fahrzeugumwelt, prototypisch an die Aufmerksamkeit des Fahrers angepasst. Bei den hierfür beispielhaft modifizierten FAS handelt es sich zum einen um einen Spurverlassenswarner (engl. LDW Lane Departure Warning System), zum anderen um einen abstandsgesteuerten Tempomaten (engl. ACC Adaptive Cruise Control System). Ziel dieser Adaptionen ist es, einerseits dem Fahrer im Falle von Unaufmerksamkeit mehr Reaktionszeit in einer Gefahrensituation einzuräumen. Anderseits soll die Akzeptanz des FAS gesteigert werden, in dem dessen Warnungen nur noch in kritischen Situationen, bezogen auf den Aufmerksamkeitszustand des Fahrers, ausgegeben werden (Relevanzaspekt). Die prototypischen Systemauslegungen beider FAS werden abschließend in Probandenversuchen evaluiert sowie die daraus resultierenden Ergebnisse vorgestellt und diskutiert.DescriptionIn this dissertation approaches for estimating the driver alertness are reviewed and assessed. An overview of the current state-of-the-art is given and new approaches are presented. Here, the main focus is put on monocular driver monitoring systems that detect the orientation of the driver's head.At a first step a prototypic measuring setup is presented allowing a comparison of different driver monitoring systems concerning the accuracy and range of the estimated orientation angles of the driver's head for typical driving scenarios. An exemplary driver monitoring system is assessed in a first series of experiments. Accuracy and range could serve as criteria for benchmarking other systems.Further experiments were conducted in order to determine the correlation between eye gaze and head orientation and in order to determine whether driver alertness can be inferred from the head orientation only. Those experiments gave rise to several approaches for alertness estimation based on head orientation; they were prototypically implemented and evaluated.Based on those approaches warn strategies of two driver assistance systems (DAS), namely lane departure warning (LDW) and adaptive cruise control (ACC), were modified to take into account the driver's alertness level. These modifications serve two purposes: first they should increase the available response time of the driver in a dangerous driving situation in case of inattention; second they should improve the acceptance of DAS by generating warnings only in critical driving situations when the driver is inattentive. Both DAS modifications are evaluated in a subject test; the results are presented and discussed.

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Videogestützte Überwachung der Fahreraufmerksamkeit und Adaption von Fahrerassistenzsystemen, Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick gegeben, welche Systeme und Verfahren Aussagen über den aktuellen Aufmerksamkeitszustand des Fahrers zulassen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf monokularen kamerabasierten Fahrerbeobach¬tungssystemen. Es werden verschiedene Ansätze diskutiert, die es ermöglichen den visuellen Aufmerksamkeitsfokus des Fahrers auf Basis eines solchen Systems zu ermitteln sowie die besondere Bedeutung der Kopforientierung und Blickrichtung in diesem Zusammenhang hervorgehoben. In einem ersten Schritt wird eine Bewertungsmethodik entwickelt, die es ermöglicht, kamerabasierte Fahrerbeobachtungssysteme in typischen Fahrsituationen im Hinblick auf die Messgenauigkeit der Kopforientierung sowie den erreichten Erfassungsbereich zu bewerten. Die Funktionsfähigkeit dieser Methodik wird in einer ersten Versuchsreihe unter Beweis gestellt. In weiteren Versuchsreihen wird bestimmt, inwiefern Blickrichtung und Kopforientierung in typischen Fahrsituationen miteinander korrelieren und inwieweit alleine auf Basis der Kopforien-tierung Aussagen zur Fahreraufmerksamkeit getroffen werden können. Daraus werden verschiedene eigene Ansätze, wie die Kopforientierung hinsichtlich der Fahreraufmerk¬sam¬keit interpretiert werden kann, abgeleitet, umgesetzt und beurteilt. Aufbauend auf diesen Ansätzen zur kopforientierungsbasierten Fahreraufmerksamkeitsbestimmung werden die Warnstrategien von zwei Fahrerassistenzsystemen (FAS) mit maschineller Wahr¬nehmung, ursprünglich nur der Fahrzeugumwelt, prototypisch an die Aufmerksamkeit des Fahrers angepasst. Bei den hierfür beispielhaft modifizierten FAS handelt es sich zum einen um einen Spurverlassenswarner (engl. LDW Lane Departure Warning System), zum anderen um einen abstandsgesteuerten Tempomaten (engl. ACC Adaptive Cruise Control System). Ziel dieser Adaptionen ist es, einerseits dem Fahrer im Falle von Unaufmerksamkeit mehr Reaktionszeit in einer Gefahrensituation einzuräumen. Anderseits soll die Akzeptanz des FAS gesteigert werden, in dem dessen Warnungen nur noch in kritischen Situationen, bezogen auf den Aufmerksamkeitszustand des Fahrers, ausgegeben werden (Relevanzaspekt). Die prototypischen Systemauslegungen beider FAS werden abschliessend in Probandenversuchen evaluiert sowie die daraus resultierenden Ergebnisse vorgestellt und diskutiert. Description In this dissertation approaches for estimating the driver alertness are reviewed and assessed. An overview of the current state-of-the-art is given and new approaches are presented. Here, the main focus is put on monocular driver monitoring systems that detect the orientation of the driver's head. At a first step a prototypic measuring setup is presented allowing a comparison of different driver monitoring systems concerning the accuracy and range of the estimated orientation angles of the driver's head for typical driving scenarios. An exemplary driver monitoring system is assessed in a first series of experiments. Accuracy and range could serve as criteria for benchmarking other systems. Further experiments were conducted in order to determine the correlation between eye gaze and head orientation and in order to determine whether driver alertness can be inferred from the head orientation only. Those experiments gave rise to several approaches for alertness estimation based on head orientation; they were prototypically implemented and evaluated. Based on those approaches warn strategies of two driver assistance systems (DAS), namely lane departure warning (LDW) and adaptive cruise control (ACC), were modified to take into account the driver's alertness level. These modifications serve two purposes: first they should increase the available response time of the driver in a dangerous driving situation in case of inattention; second they should improve the acceptance of DAS by generating warnings only in critical driving situations when the driver is inattentive. Both DAS modifications are evaluated in a subject test; the results are presented and discussed.

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Videogestützte Überwachung der Fahreraufmerksamkeit und Adaption von Fahrerassistenzsystemen, Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick gegeben, welche Systeme und Verfahren Aussagen über den aktuellen Aufmerksamkeitszustand des Fahrers zulassen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf monokularen kamerabasierten Fahrerbeobach¬tungssystemen. Es werden verschiedene Ansätze diskutiert, die es ermöglichen den visuellen Aufmerksamkeitsfokus des Fahrers auf Basis eines solchen Systems zu ermitteln sowie die besondere Bedeutung der Kopforientierung und Blickrichtung in diesem Zusammenhang hervorgehoben.In einem ersten Schritt wird eine Bewertungsmethodik entwickelt, die es ermöglicht, kamerabasierte Fahrerbeobachtungssysteme in typischen Fahrsituationen im Hinblick auf die Messgenauigkeit der Kopforientierung sowie den erreichten Erfassungsbereich zu bewerten. Die Funktionsfähigkeit dieser Methodik wird in einer ersten Versuchsreihe unter Beweis gestellt.In weiteren Versuchsreihen wird bestimmt, inwiefern Blickrichtung und Kopforientierung in typischen Fahrsituationen miteinander korrelieren und inwieweit alleine auf Basis der Kopforien-tierung Aussagen zur Fahreraufmerksamkeit getroffen werden können. Daraus werden verschiedene eigene Ansätze, wie die Kopforientierung hinsichtlich der Fahreraufmerk¬sam¬keit interpretiert werden kann, abgeleitet, umgesetzt und beurteilt.Aufbauend auf diesen Ansätzen zur kopforientierungsbasierten Fahreraufmerksamkeitsbestimmung werden die Warnstrategien von zwei Fahrerassistenzsystemen (FAS) mit maschineller Wahr¬nehmung, ursprünglich nur der Fahrzeugumwelt, prototypisch an die Aufmerksamkeit des Fahrers angepasst. Bei den hierfür beispielhaft modifizierten FAS handelt es sich zum einen um einen Spurverlassenswarner (engl. LDW Lane Departure Warning System), zum anderen um einen abstandsgesteuerten Tempomaten (engl. ACC Adaptive Cruise Control System). Ziel dieser Adaptionen ist es, einerseits dem Fahrer im Falle von Unaufmerksamkeit mehr Reaktionszeit in einer Gefahrensituation einzuräumen. Anderseits soll die Akzeptanz des FAS gesteigert werden, in dem dessen Warnungen nur noch in kritischen Situationen, bezogen auf den Aufmerksamkeitszustand des Fahrers, ausgegeben werden (Relevanzaspekt). Die prototypischen Systemauslegungen beider FAS werden abschliessend in Probandenversuchen evaluiert sowie die daraus resultierenden Ergebnisse vorgestellt und diskutiert.DescriptionIn this dissertation approaches for estimating the driver alertness are reviewed and assessed. An overview of the current state-of-the-art is given and new approaches are presented. Here, the main focus is put on monocular driver monitoring systems that detect the orientation of the driver's head.At a first step a prototypic measuring setup is presented allowing a comparison of different driver monitoring systems concerning the accuracy and range of the estimated orientation angles of the driver's head for typical driving scenarios. An exemplary driver monitoring system is assessed in a first series of experiments. Accuracy and range could serve as criteria for benchmarking other systems.Further experiments were conducted in order to determine the correlation between eye gaze and head orientation and in order to determine whether driver alertness can be inferred from the head orientation only. Those experiments gave rise to several approaches for alertness estimation based on head orientation; they were prototypically implemented and evaluated.Based on those approaches warn strategies of two driver assistance systems (DAS), namely lane departure warning (LDW) and adaptive cruise control (ACC), were modified to take into account the driver's alertness level. These modifications serve two purposes: first they should increase the available response time of the driver in a dangerous driving situation in case of inattention; second they should improve the acceptance of DAS by generating warnings only in critical driving situations when the driver is inattentive. Both DAS modifications are evaluated in a subject test; the results are presented and discussed.

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Videogestützte Überwachung der Fahreraufmerksamkeit und Adaption von Fahrerassistenzsystemen, Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick gegeben, welche Systeme und Verfahren Aussagen über den aktuellen Aufmerksamkeitszustand des Fahrers zulassen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf monokularen kamerabasierten Fahrerbeobach¬tungssystemen. Es werden verschiedene Ansätze diskutiert, die es ermöglichen den visuellen Aufmerksamkeitsfokus des Fahrers auf Basis eines solchen Systems zu ermitteln sowie die besondere Bedeutung der Kopforientierung und Blickrichtung in diesem Zusammenhang hervorgehoben.In einem ersten Schritt wird eine Bewertungsmethodik entwickelt, die es ermöglicht, kamerabasierte Fahrerbeobachtungssysteme in typischen Fahrsituationen im Hinblick auf die Messgenauigkeit der Kopforientierung sowie den erreichten Erfassungsbereich zu bewerten. Die Funktionsfähigkeit dieser Methodik wird in einer ersten Versuchsreihe unter Beweis gestellt.In weiteren Versuchsreihen wird bestimmt, inwiefern Blickrichtung und Kopforientierung in typischen Fahrsituationen miteinander korrelieren und inwieweit alleine auf Basis der Kopforien-tierung Aussagen zur Fahreraufmerksamkeit getroffen werden können. Daraus werden verschiedene eigene Ansätze, wie die Kopforientierung hinsichtlich der Fahreraufmerk¬sam¬keit interpretiert werden kann, abgeleitet, umgesetzt und beurteilt.Aufbauend auf diesen Ansätzen zur kopforientierungsbasierten Fahreraufmerksamkeitsbestimmung werden die Warnstrategien von zwei Fahrerassistenzsystemen (FAS) mit maschineller Wahr¬nehmung, ursprünglich nur der Fahrzeugumwelt, prototypisch an die Aufmerksamkeit des Fahrers angepasst. Bei den hierfür beispielhaft modifizierten FAS handelt es sich zum einen um einen Spurverlassenswarner (engl. LDW Lane Departure Warning System), zum anderen um einen abstandsgesteuerten Tempomaten (engl. ACC Adaptive Cruise Control System). Ziel dieser Adaptionen ist es, einerseits dem Fahrer im Falle von Unaufmerksamkeit mehr Reaktionszeit in einer Gefahrensituation einzuräumen. Anderseits soll die Akzeptanz des FAS gesteigert werden, in dem dessen Warnungen nur noch in kritischen Situationen, bezogen auf den Aufmerksamkeitszustand des Fahrers, ausgegeben werden (Relevanzaspekt). Die prototypischen Systemauslegungen beider FAS werden abschliessend in Probandenversuchen evaluiert sowie die daraus resultierenden Ergebnisse vorgestellt und diskutiert.DescriptionIn this dissertation approaches for estimating the driver alertness are reviewed and assessed. An overview of the current state-of-the-art is given and new approaches are presented. Here, the main focus is put on monocular driver monitoring systems that detect the orientation of the driver's head.At a first step a prototypic measuring setup is presented allowing a comparison of different driver monitoring systems concerning the accuracy and range of the estimated orientation angles of the driver's head for typical driving scenarios. An exemplary driver monitoring system is assessed in a first series of experiments. Accuracy and range could serve as criteria for benchmarking other systems.Further experiments were conducted in order to determine the correlation between eye gaze and head orientation and in order to determine whether driver alertness can be inferred from the head orientation only. Those experiments gave rise to several approaches for alertness estimation based on head orientation; they were prototypically implemented and evaluated.Based on those approaches warn strategies of two driver assistance systems (DAS), namely lane departure warning (LDW) and adaptive cruise control (ACC), were modified to take into account the driver's alertness level. These modifications serve two purposes: first they should increase the available response time of the driver in a dangerous driving situation in case of inattention; second they should improve the acceptance of DAS by generating warnings only in critical driving situations when the driver is inattentive. Both DAS modifications are evaluated in a subject test; the results are presented and discussed.

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