JP2005352580A - Device and method for pointer control signal generation - Google Patents

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JP2005352580A JP2004170173A JP2004170173A JP2005352580A JP 2005352580 A JP2005352580 A JP 2005352580A JP 2004170173 A JP2004170173 A JP 2004170173A JP 2004170173 A JP2004170173 A JP 2004170173A JP 2005352580 A JP2005352580 A JP 2005352580A
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Yoshinobu Ebisawa
嘉伸 海老澤
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Shizuoka University NUC
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Shizuoka University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for pointer control signal generation that outputs a signal corresponding to a left/right button depression signal of a mouse by movement of the head and moves a cursor. <P>SOLUTION: There is provided the device for pointer control signal generation that detects whether the eye is open or closed and outputs a signal corresponding to a left/right button depression signal of a mouse by movement of the head. To detect whether the eye is open or closed, the face is irradiated by an invisible infrared light source and photographed by a video camera with such a magnification that the face is photographed to the overall width with a margin, and the pupil in a picture photographed by the video camera is detected. In combination of movement of the cursor on a monitor of a personal computer etc., in timing to movement of the pupil in the picture caused by movement of the head, a choice in a menu displayed on the monitor can be made, characters can be inputted by using a software keyboard, and a plurality of windows can be switched. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、コンピュータ,ゲームマシンや産業機器などのシステムにおける入力装置としてのマウスやジョイスティックに代替できるポインティング装置における左右ボタンの押下に相当する信号発生方法及び装置に関する。   The present invention relates to a signal generation method and apparatus corresponding to pressing of left and right buttons in a pointing device that can be substituted for a mouse or joystick as an input device in a system such as a computer, a game machine, or an industrial device.

従来方式と問題点:
これまでに視点(ユーザの視線方向)によるポインティングが種々提案されている(たとえば、Webアドレスの http://www.ericainc.com/ (Human-computer interaction using eye-gaze input.pdf),http://www.eyegaze.com/など参照)。
しかし、視点によって、ポインティングする場合は、表示装置上のポインティングしたい場所へ視点を動かさなければならないが、見るべき位置を探索している間も、ポインタ(以下「カーソル」という)が視点の位置に常に現れるため、カーソルを移動させたい位置にカーソルを移動させにくいという問題がある。また、視点位置にいつもカーソルが提示されることにより、それが視覚刺激となり、見たい対象が見にくいなどの問題がある。
Conventional method and problems:
Various pointing methods based on the viewpoint (user's line of sight) have been proposed so far (for example, http://www.ericainc.com/ (Human-computer interaction using eye-gaze input.pdf), http: //www.eyegaze.com/ etc.)
However, when pointing depending on the viewpoint, the viewpoint must be moved to the location on the display device where the user wants to point, but the pointer (hereinafter referred to as the `` cursor '') remains at the position of the viewpoint while searching for the position to be viewed. Since it always appears, there is a problem that it is difficult to move the cursor to the position where the cursor is to be moved. In addition, when a cursor is always presented at a viewpoint position, it becomes a visual stimulus, and there is a problem that it is difficult to see an object to be seen.

頭部の運動によれば、見ているところとカーソルのでる位置は異なり、しかも、前方の表示装置上の必要なところに視線を向けながらも、周辺視でカーソルを見ながら目的の位置にカーソルを動かすことができる。
従来の頭部の動きによるポインティングシステムの例:
・Eagle eye (非特許文献1及びWebアドレス http://www.cs.bc.edu/~gips/CM/ を参照)
Eagle eyeは、パソコンの横にビデオカメラを設置し、顔の画像を撮影しながら、画像処理により、予め指定する顔の一部をテンプレートマッチングにより追尾し、その動きに応じて、パソコン画面上のカーソルを動かす方式である。追尾対象としては、鼻の先、あごの先、黒眼などをためしている。しかし、テンプレートを更新しても、急減な周囲の明るさの変化などに対応しにくい可能性があり、また、追尾すべき対象が徐々にずれていくなどの問題も発生しやすい。
・Origin Instruments Corporation (Webアドレス http://www.orin.com/access/ を参照)
Origin Instruments の方式では、頭に取り付けたマーカの動きを検出して、それに合わせて、カーソルを動かすものである。これの問題点は、マーカをいちいち取り付けなければならないことである。このため一般には使用しにくい。
According to the movement of the head, the position where the cursor appears is different from the one you are looking at, and the cursor is at the target position while looking at the cursor in peripheral vision while looking at the necessary place on the front display device Can be moved.
Example of conventional pointing system with head movement:
・ Eagle eye (refer to Non-Patent Document 1 and Web address http://www.cs.bc.edu/~gips/CM/)
Eagle eye installs a video camera on the side of the computer, captures a face image, tracks part of the face specified in advance by template processing by image processing, and on the computer screen according to the movement This is a method of moving the cursor. As the tracking target, the tip of the nose, the tip of the chin, the black eye, etc. are tried. However, even if the template is updated, there is a possibility that it may be difficult to cope with a sudden decrease in ambient brightness, and problems such as a gradual shift in the target to be tracked are likely to occur.
・ Origin Instruments Corporation (see http://www.orin.com/access/)
The Origin Instruments method detects the movement of the marker attached to the head and moves the cursor accordingly. The problem with this is that the markers must be attached one by one. For this reason, it is generally difficult to use.

・顔の額などにシールでできたマーカを取り付け、ビデオカメラの横に設置した赤外光源により顔を照らし、マーカを検出し、頭部の動きによって動くマーカの2次元位置を検出して、パソコン画面上のカーソルを動かす方式がある。これの問題点は、マーカを顔に取り付けなければならない点である。
・磁気センサを利用した方式:これは頭部に磁気センサを取り付ける必要があるので不便である。
・超音波を利用した方式:超音波センサを頭部に取り付ける必要がある。
また、これら先行技術はマウスにおけるクリック相当の操作が行えず、スピーディなクリック操作のためには別の補助入力装置を用いる必要がある。
"The Camera Mouse:Visual Tracking of Body Features to Provide Computer Access for People With Severe Disabilities", (Margrit Betke, James Gips, and Peter Fleming), IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol.10, No. 1, March 2002
-Attach a marker made of a sticker to the face of the face, etc., illuminate the face with an infrared light source installed next to the video camera, detect the marker, detect the two-dimensional position of the marker that moves with the movement of the head, There is a method to move the cursor on the PC screen. The problem with this is that the marker must be attached to the face.
-Method using a magnetic sensor: This is inconvenient because it is necessary to attach a magnetic sensor to the head.
・ Method using ultrasonic waves: It is necessary to attach an ultrasonic sensor to the head.
Further, these prior arts cannot perform an operation equivalent to a click with a mouse, and it is necessary to use another auxiliary input device for a speedy click operation.
"The Camera Mouse: Visual Tracking of Body Features to Provide Computer Access for People With Severe Disabilities", (Margrit Betke, James Gips, and Peter Fleming), IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol. 10, No. 1, March 2002

従来の頭部の動きでパソコン等のモニター上のカーソルを動かす装置においては、メニューの選択を行ったり、ドラッグ操作やクリック操作用の補助入力手段が別に必要であった。   Conventional devices that move the cursor on a monitor such as a personal computer with the movement of the head require separate auxiliary input means for selecting a menu, dragging, and clicking.

この発明は、眼の開閉状態をマウスの左右ボタンの操作に関連づけて、頭部のみでマウスと同等の操作を行うものである。
頭部の左右上下方向の移動をカーソルの上下左右方向の動きに連動させることは、従来技術のように額に取り付けたマーカを追跡するなどの手法を用いることができる。さらに好ましくは、後述するように眼、特に瞳孔を検出することによりマーカ装着の違和感がなく、利便性が向上する。頭部の移動のみではカーソル移動が困難である場合などに備え、通常のポインティングデバイスを併用可能にすべく、信号合成手段を設けておけば、さらに有用である。
マウスの左右ボタンに対応する信号の発生に関しては、眼(瞼)の開閉動作に連動させることとする。片眼の開閉困難な場合に備え、レバースイッチなど他の補助入力具を併用することも可能である。
以下、瞳孔検出により眼の開閉検出を行うものを中心に述べるが、黒目検出や白目検出など種々の変形が可能であることは言うまでもない。
また、頭部の移動に関しても瞳孔検出によるものを中心に述べるが、マーカや磁性体の検出、さらには鼻孔、鼻頭、あご、唇、口、口角、眉間、目頭、目尻、黒目及び白目などをパターンマッチングや輝度分離などにより抽出するなど他の方式を採用してもよいことは明らかである。
According to the present invention, the open / closed state of the eye is related to the operation of the left and right buttons of the mouse, and the same operation as that of the mouse is performed using only the head.
Linking the movement of the head in the horizontal and vertical directions with the movement of the cursor in the vertical and horizontal directions can use a technique such as tracking a marker attached to the forehead as in the prior art. More preferably, by detecting the eyes, particularly the pupil, as described later, there is no sense of incongruity of wearing the marker, and convenience is improved. It is more useful to provide signal synthesizing means so that a normal pointing device can be used together in case the cursor is difficult to move only by moving the head.
The generation of signals corresponding to the left and right buttons of the mouse is linked to the opening / closing operation of the eye (eye). In case it is difficult to open and close one eye, other auxiliary input devices such as a lever switch can be used in combination.
The following description focuses on detection of opening / closing of eyes by pupil detection, but it goes without saying that various modifications such as black eye detection and white eye detection are possible.
In addition, the movement of the head will be described mainly by the detection of pupils. Obviously, other methods such as extraction by pattern matching or luminance separation may be adopted.

この発明は、眼の開閉状態を検出し、開閉状態をマウスの左右ボタン押下信号に相当する信号として出力するものである。
眼の開閉状態の検出としては、不可視な赤外光源によって顔を照らし、ビデオカメラによって、顔の横幅全体が楽に入る拡大率で撮影し、ビデオカメラによって撮影される画像内の2つもしくは1つの瞳孔を直接検出する方式が考えられる。他に、黒目検出や白目検出によるもの、または眼全体の画像変化を捉えて眼の開閉を検出する技術を利用することもできる。
そして頭の動きによって生じる画像内の瞳孔の動きに合わせて、パソコン等のモニター上のカーソルを動かしたり、モニター上に表示されているメニューの選択をしたり、ソフトキーボードを利用して文字を入力したり、複数のウインドウを切り替えたりすることができる。また、装置単独でマウスの左右ボタンの押下に相当する信号を発生することができ、他のクリック操作用入力補助装置の必要がない。
The present invention detects an open / closed state of an eye and outputs the open / closed state as a signal corresponding to a left / right button press signal of a mouse.
The eye open / closed state is detected by illuminating the face with an invisible infrared light source, shooting with a video camera at a magnification that allows the entire width of the face to be easily entered, and two or one of the images taken by the video camera. A method of directly detecting the pupil can be considered. In addition, it is possible to use a technique based on black eye detection or white eye detection, or a technique for detecting the opening / closing of the eye by detecting an image change of the entire eye.
The cursor on the monitor such as a personal computer is moved according to the movement of the pupil in the image caused by the movement of the head, the menu displayed on the monitor is selected, and characters are entered using the soft keyboard. Or switch between multiple windows. Further, the device can generate a signal corresponding to pressing of the left and right buttons of the mouse, and there is no need for another input operation device for click operation.

瞳孔検出には、カメラの光軸に近いところに設置した光源と遠いところに設置した光源をフィールド毎に交互に点灯させ、瞳孔の明るい画像と暗い画像を得て、画像差分演算を行なう。このことで、瞳孔検出を容易にする。
瞳孔の明るい画像と暗い画像を得る原理は、瞳孔からの反射は、眼球の瞳孔を通って入射した光が網膜により反射して概ね元の光源に返ってくる現象に基づくものであり、この光軸を外れた位置で観察しても、反射光を認めることはできないとの知見に基づくものである。
In pupil detection, a light source installed near the optical axis of the camera and a light source installed far away are turned on alternately for each field, and a bright image and a dark image of the pupil are obtained, and image difference calculation is performed. This facilitates pupil detection.
The principle of obtaining bright and dark images of the pupil is based on the phenomenon that light reflected through the pupil of the eyeball is reflected by the retina and returned to the original light source. This is based on the knowledge that reflected light cannot be recognized even when observed at a position off the axis.

図1にシステム全体の構成を示す。
カメラ1は、近赤外線に感度を持つ汎用のCCDビデオカメラであり、カメラ1の開口部(光の通る部分)の近くに1つの光源2、そして、カメラの開口部から離れたところにもう一つの光源3を設ける。カメラ1、光源2及び光源3は制御装置4に接続される。制御装置4はモニタ6を有すパーソナルコンピュータ(以下「パソコン」という)5に接続されている。接続インタフェースは、制御装置をPCIスロットに挿入する場合にはPCIバス・インタフェースによるものとし、外部アダプタとする場合にはUSBインタフェースによるものが好ましい。
さらには、パソコンそのものを制御装置として用いることも可能であり、その場合には、光源の照射(点滅)制御部分を分離して外部に設けることも考えられる。
所望により制御装置の制御機能を分割し、ソフトウエアで実行する部分、ハードウエアで実行する部分、パソコン自体で実行する部分、PCIボードで実行する部分など、適宜機能分散することが可能であることは、当業者であれば理解できよう。
また、パソコンに限定することなく、ポインティングデバイスからの信号によりディスプレイに表示されるポインタの位置制御インタフェース及びポインタ位置と関連づけられたユーザの押しボタンによる動作指示をソフトウエアに伝達するインタフェースを有するシステムに適用可能であることは、明らかである。たとえばテレビに応用すると、光リモコン信号をインタフェースに利用して、リモコンの押しボタンのいくつかに対応した操作を可能にする。
FIG. 1 shows the configuration of the entire system.
The camera 1 is a general-purpose CCD video camera sensitive to near-infrared rays, one light source 2 near the opening of the camera 1 (portion through which light passes), and another one away from the opening of the camera. Two light sources 3 are provided. The camera 1, the light source 2 and the light source 3 are connected to the control device 4. The control device 4 is connected to a personal computer (hereinafter referred to as “personal computer”) 5 having a monitor 6. The connection interface is preferably a PCI bus interface when the control device is inserted into the PCI slot, and is preferably a USB interface when an external adapter is used.
Furthermore, it is also possible to use the personal computer itself as a control device, and in that case, it is conceivable to provide a light source irradiation (flashing) control part separately.
It is possible to divide the control functions of the control device as desired, and to distribute functions as appropriate, such as a part executed by software, a part executed by hardware, a part executed by the personal computer itself, and a part executed by the PCI board. Will be understood by those skilled in the art.
Further, the present invention is not limited to a personal computer, and is a system having a pointer position control interface displayed on a display by a signal from a pointing device and an interface for transmitting an operation instruction by a user push button associated with the pointer position to software. It is clear that it is applicable. For example, when applied to a television, an optical remote control signal is used as an interface to enable operations corresponding to some push buttons on the remote control.

対象者(ユーザ)7に対し、カメラ近傍の光源2と離れた光源3とを交互に発光させて、その瞳孔からの反射画像をカメラ1で撮像する。光源2による画像と、光源3による画像との差分を制御装置4で演算し、得られた瞳孔位置の変化をUSBインタフェースにより、パソコン5に転送する。パソコン5においては、制御装置4からの信号をポインティングデバイスの一種であるマウスと同等であるものと見なして、モニタ6上に表示されたカーソル8の位置を制御する。
また、制御装置4は片目のみを閉じる動作を検出し、左右ボタンの押下に相当する信号を発生する。
ここで制御装置は光源の発光を制御するものとしたが、光源の発光・消灯に同期して画像信号を取り込むことができるものであれば動作上に支障はなく、たとえば商用周波数に同期して点滅する光源と、同じく商用周波数に同期して画像を取り込む制御装置とにより構成することが可能である。
The target person (user) 7 is caused to alternately emit the light source 2 in the vicinity of the camera and the light source 3 away from the camera, and a reflected image from the pupil is captured by the camera 1. The controller 4 calculates the difference between the image from the light source 2 and the image from the light source 3, and transfers the obtained change in the pupil position to the personal computer 5 through the USB interface. In the personal computer 5, the signal from the control device 4 is regarded as equivalent to a mouse which is a kind of pointing device, and the position of the cursor 8 displayed on the monitor 6 is controlled.
Further, the control device 4 detects an operation of closing only one eye and generates a signal corresponding to pressing of the left and right buttons.
Here, the control device controls the light emission of the light source, but there is no problem in operation as long as it can capture an image signal in synchronization with light emission / extinction of the light source, for example, in synchronization with the commercial frequency. A flashing light source and a control device that captures an image in synchronization with the commercial frequency can be used.

このカメラ1、近傍の光源2、離れた光源3及び制御装置4により構成されるシステムは、通常のパソコン用マウスと同等の機能を有する。したがって、普通のマウスのように、移動の方向やスピード、2つのボタンなどに相当する信号を、全く同じ形式で出力することが好ましい。なお、この瞳孔マウスと普通のマウスは併用ができる。本システムをUSBケーブルなどを介して、ごく普通に、別のパソコンに接続する。したがって、パソコンにとっては、通常のマウスと同等に見えることになる。同時に通常のマウスを同じパソコンに接続すれば、本システムとマウスが併用できる。
ここでは、接続インタフェースをUSBとして例示したが、これに限ることなくPS/2,RS232Cやパラレルポートなども利用できるものである。
また、瞳孔検出により頭部の移動量を検知し、カーソル移動を行うものとして説明しているが、頭部(顔面を含む)に設けたマーカや磁性体の検出、さらには鼻孔、鼻頭、あご、唇、口、口角、眉間、目頭、目尻、黒目及び白目などをパターンマッチングや輝度分離などにより抽出するなど他の方式を採用してもよいことは明らかである。
The system including the camera 1, the light source 2 in the vicinity, the light source 3 away from the camera, and the control device 4 has the same functions as those of a normal personal computer mouse. Therefore, it is preferable to output signals corresponding to the direction and speed of movement, two buttons, and the like in exactly the same format as in an ordinary mouse. Note that this pupil mouse and normal mouse can be used in combination. Connect this system to another personal computer via a USB cable. Therefore, it looks like a normal mouse for a personal computer. If you connect a normal mouse to the same computer at the same time, you can use this system and the mouse together.
Here, the connection interface is exemplified as USB, but the present invention is not limited to this, and PS / 2, RS232C, a parallel port, and the like can also be used.
In addition, although it has been described that the amount of movement of the head is detected by pupil detection and the cursor is moved, detection of markers and magnetic bodies provided on the head (including the face), as well as nostrils, nasal head, chin Obviously, other methods such as extracting the lips, mouth, corners of the mouth, between the eyebrows, the eyes, the corners of the eyes, the black eyes, and the white eyes by pattern matching or luminance separation may be adopted.

本システムにより、文字入力を行うためには以下に述べるようにソフトウエア・キーボードを用いることが、好ましい。
パソコンの表示画面には、ソフトウエアにより図2のようなキーボード入力ツールを表示する。希望の文字のところにカーソルを持っていき、クリックをすればその文字が、Word(商標)など一般のアプリケーションソフトに入力される(Webアドレス http://orin.com/access/softype/index.htm を参照)。このキーボード入力ツール以外のところにカーソルを移動させた場合は、ごく普通のマウス操作と同様のことができる。
この変形として、マトリクス状に文字の升目が配置され、選択された升目が高輝度(または低輝度、輝度反転、点滅、縁取り)状態となり、カーソル移動信号により選択される升目が上下左右方向に移動する形態を含むものとする。この場合にはカーソルのアイコンが隠蔽される表示形態も許容される。
In order to input characters with this system, it is preferable to use a software keyboard as described below.
A keyboard input tool as shown in FIG. 2 is displayed on the display screen of the personal computer by software. Move the cursor to the desired character and click to enter the character into general application software such as Word (trademark) (Web address http://orin.com/access/softype/index. see htm). If you move the cursor to a place other than this keyboard input tool, you can do the same as a normal mouse operation.
As a modification of this, the cell of the character is arranged in a matrix, the selected cell is in a high luminance (or low luminance, luminance inversion, blinking, bordering) state, and the cell selected by the cursor movement signal moves up, down, left and right The form to be included is included. In this case, a display form in which the cursor icon is hidden is allowed.

まず、瞳孔検出についての特徴、制約等について述べる。
瞳孔は、他の部分を誤認識しないようにするため、瞬目の直後(瞳孔の再出現時)に生画像の眼の部分の画像の変化(互いに数フレーム、例えば、4フレーム時間的に離れた生画像同士を差分することにより検出する)を利用して検出されるものとする。この際は、眼の部分の像の変化を検出し、一旦検出されると、その後は、各瞳孔を中心にしたウインドウが与えられ、その中だけについて瞳孔探索がされる。その後のフレームにおいて、与えられたウインドウ内に瞳孔が再び存在すると判断された場合は、そのまま瞳孔が存在すると判断し、どちらかの目が閉じられ、対応するウインドウ内において瞳孔が検出されなくなったとき、対応するほうの瞳孔が消失したと判断する。また、前のフレームで左右どちらかの瞳孔が検出されており、現在のフレームからも瞳孔が1個だけ検出された場合は、前のフレームと同じ側の瞳孔が検出されたと判断する。
First, the features and limitations of pupil detection will be described.
In order to prevent the pupil from misrecognizing other parts, the change in the image of the eye part of the raw image immediately after the blink (when the pupil reappears) is separated by several frames (for example, 4 frames apart from each other). Detected by subtracting raw images from each other). At this time, a change in the image of the eye portion is detected. Once detected, a window centered on each pupil is provided, and a pupil search is performed only within the window. In subsequent frames, if it is determined that the pupil is present again in the given window, it is determined that the pupil is present, and either eye is closed and the pupil is no longer detected in the corresponding window. , It is determined that the corresponding pupil has disappeared. If either the left or right pupil is detected in the previous frame and only one pupil is detected from the current frame, it is determined that the same pupil as the previous frame has been detected.

途中で、瞬目とは限らず、何らかの理由で、目を開いているにもかかわらず瞳孔が検出されなくなった場合は、ウインドウが解除されて、画像全体について瞳孔探索を行う。ただし、片方の瞳孔が検出されているときは、その瞳孔に与えられたウインドウ内は探索を行わない。一度、目を閉じてから再度開くと、その目の部分の画像の変化を検出するために、再度、瞳孔が検出されウインドウが与えられるようになっている。したがって、一般に、一度目を閉じてから再度開くという行為をしなければ、非検出の瞳孔は目を開いていても、検出されないままとなる。一度、普通に瞬目をするなどにより、再度、両方の瞳孔が検出されるようになる。
このほかに、目を開いているにもかかわらず瞳孔が検出されなくなっている場合、小刻みに顔をゆすったりすると、目の部分に画像変化がおこるために、瞬目と同様の効果が生じ、瞬目をしなくても瞳孔が再度検出される。このような効果は、素早く頭部を動かしている最中にも生じる。素早い動きのため、瞳孔画像がぶれて鮮明に写らなかった場合に一時的に瞳孔検出ができなくなることがあるが、目の部分に画像変化が起こるため、瞬目をしなくても、動きの速度が遅くなったとき再度瞳孔が検出される場合がある。
On the way, if the pupil is not detected even if the eye is open for some reason, the window is canceled and pupil search is performed on the entire image. However, when one of the pupils is detected, no search is performed in the window given to that pupil. Once the eyes are closed and then reopened, the pupil is again detected and a window is provided to detect changes in the image of the eye. Therefore, generally, if the act of closing and reopening the eyes is not performed, the non-detected pupil remains undetected even if the eyes are opened. Both pupils come to be detected again once, for example, by blinking normally.
In addition to this, if the pupil is not detected even though the eyes are open, if the face is shaken in small increments, the image changes in the eyes, resulting in the same effect as blinking, The pupil is detected again without blinking. Such an effect also occurs while moving the head quickly. Due to the rapid movement, the pupil image may not be clearly visible due to blurring, but the pupil may not be detected temporarily. The pupil may be detected again when the speed decreases.

頭部の移動を検知し移動量情報を作成するに当り、(1)頭部の位置をカーソル位置とする(絶対量による制御と名づける)、(2)頭部の単位時間あたりの移動量を、カーソルの現在位置からの単位時間あたりの移動量とする(相対量による制御と名づける)、(3)頭部の原点からのずれに比例して、カーソルの単位時間あたりの移動量を生成する(積分量による制御と名づける)、の3つが考えられる。上記(1)は、旧来のジョイスティックに対応し、レバーの変位量に見合った量で、カーソル位置が決定される(絶対位置の制御)。上記(2)は現在のマウスやトラックボールに対応し、回転量に見合った量で、カーソルが移動する(相対位置の制御)。上記(3)は、現在のノートパソコンに見られるスティック状のコントローラに対応し、レバーの傾きが存在する間、カーソルは移動しつづける(積分による位置決定)。カーソルキーによるカーソルコントロールも、上記(3)に相当すると言えよう。   In detecting the movement of the head and creating movement amount information, (1) the position of the head is set as the cursor position (named control by absolute amount), (2) the movement amount of the head per unit time The amount of movement per unit time from the current position of the cursor (referred to as control by relative amount). (3) The amount of movement of the cursor per unit time is generated in proportion to the deviation from the origin of the head. There are three possible cases (named control by integration amount). The above (1) corresponds to the conventional joystick, and the cursor position is determined by an amount corresponding to the displacement amount of the lever (control of the absolute position). (2) corresponds to the current mouse or trackball, and the cursor moves by an amount commensurate with the amount of rotation (control of the relative position). The above (3) corresponds to a stick-like controller found in current notebook personal computers, and the cursor continues to move while the lever is tilted (position determination by integration). It can be said that the cursor control by the cursor key corresponds to the above (3).

さらに用途によっては(4)位置情報の微分によりカーソルを移動させることも考えられる。実際の利用にあたっては、不感帯を設けたり、移動が大きいときには加速機能として多目の移動量を作成することもあるため、これらの混合となるものである。
頭部の移動を検知し移動量情報を作成する場合には、マウス・インタフェースを用いて他のシステムと接続するのか、ジョイスティック・インタフェースあるいは他のスティック・インタフェースを用いるのかによって、出力信号に対する考慮が必要であり、多種多様の変換形態があることが理解されよう。
また、頭部の移動にも、平行移動と回転移動とがあり、平行移動のほうが検知しやすいが、本発明の頭部移動は平行移動に限定するものではない。たとえば回転移動の検知としては、瞳孔間の距離により推測する方法や、閉眼時にも追跡可能なポイントとして目尻の位置を検知するなど、種々の検出方法が考えられる。
Further, depending on the application, (4) it is conceivable to move the cursor by differentiation of position information. In actual use, a dead zone is provided, or when the movement is large, a large amount of movement may be created as an acceleration function.
When detecting movement of the head and creating movement amount information, the output signal is considered depending on whether it is connected to another system using a mouse interface, or a joystick interface or another stick interface. It will be appreciated that there are a wide variety of conversion forms that are necessary.
Further, the movement of the head includes a parallel movement and a rotational movement, and the parallel movement is easier to detect, but the head movement of the present invention is not limited to the parallel movement. For example, various detection methods are conceivable as detection of rotational movement, such as a method of inferring based on the distance between pupils and a position of the corner of the eye as a point that can be tracked even when the eyes are closed.

顔画像から検出される瞳孔の検出状態は、(a)両目が開いており、両瞳孔とも検出されている状態(右瞳孔検出、左瞳孔検出)、(b)右目のみが開いており、右瞳孔のみが検出されているとき(右瞳孔検出、左瞳孔非検出)、(c)左目のみが開いており、左瞳孔のみが検出されているとき、(右瞳孔非検出、左瞳孔検出)、(d)両目とも閉じており、両瞳孔とも検出されないとき(右瞳孔非検出、左瞳孔非検出)の4通りである。
汎用の2ボタンマウス信号から出力される情報は、マウスボタン情報(右ボタンのDOWN(押した状態)・UP(離した状態)と左ボタンのDOWN・UP)とカーソル移動情報(水平方向、垂直方向)である。
図3に、被験者の両目の開閉動作を汎用マウスの動作へ対応させる方法を示す。例えば、片目を1度閉じてから開けばクリック、また、片目を閉じながら頭部を動かせば、ドラッグが開始され、その後に閉じていた目を開けば、ドラッグが終了する。
しかし、クリックやドラッグは、あくまでもパソコンで言えば、Windows(登録商標)などのオペレーションシステムが判断することであるから、本方式では、右目の開閉と左目の開閉を、汎用2ボタンマウスの右ボタンのUP,DOWNと左ボタンのUP,DOWNに対応させる処理を行うものとする。
ただし、瞬目(まばたき)により両目が閉じる場合は、それは被験者の意図ではないために例外的に扱う。通常、汎用マウスの両ボタンとも押している状態は利用されないので、両目が閉じている場合は、両ボタンとも逆にUPになっている状態とみなす。ただし、瞳孔移動量は零であるとする。これにより、両目が閉じられている場合は、マウスを何も操作していない状態(手を放している状態)に相当させることになる。このような状態は、両目が閉じている場合だけでなく、顔がカメラに映っていない場合も同様の扱いとする。
The detection state of the pupil detected from the face image is as follows: (a) Both eyes are open and both pupils are detected (right pupil detection, left pupil detection), (b) Only the right eye is open, When only the pupil is detected (right pupil detection, left pupil non-detection), (c) When only the left eye is open and only the left pupil is detected (right pupil non-detection, left pupil detection), (d) There are four ways when both eyes are closed and both pupils are not detected (right pupil not detected, left pupil not detected).
Information output from a general-purpose two-button mouse signal includes mouse button information (down (pressed) for the right button), UP (released) and DOWN / UP for the left button) and cursor movement information (horizontal and vertical). Direction).
FIG. 3 shows a method for making the opening / closing operation of both eyes of the subject correspond to the operation of the general-purpose mouse. For example, if one eye is closed and then opened, clicking is performed, and if the head is moved while closing one eye, dragging is started, and if the eyes that are closed thereafter are opened, the dragging is terminated.
However, since clicks and drags are only judged by an operating system such as Windows (registered trademark) on a personal computer, in this method, the right button of a general-purpose two-button mouse is used to open and close the right eye and open the left eye. It is assumed that processing corresponding to UP and DOWN of the left button and UP and DOWN of the left button is performed.
However, if both eyes are closed by blinking, it is not the subject's intention and is treated as an exception. Normally, the state where both buttons of the general-purpose mouse are pressed is not used. Therefore, when both eyes are closed, it is considered that both buttons are UP. However, the pupil movement amount is assumed to be zero. Thus, when both eyes are closed, this corresponds to a state in which no mouse is operated (a state in which the hand is released). Such a situation is treated not only when both eyes are closed, but also when the face is not reflected in the camera.

(1)瞬きを行う場合、両瞳孔が非検出となるが、右と左の眼を閉じる際に、個人によって1〜2フレーム程ずれがある場合がある。これは、瞬き後の眼を開くときも同様である。このような場合、単に、両瞳孔の検出状態変化を汎用マウスの左右のボタンに対応させると、ちょうど左右のボタンを、少しだけ時間をずらして押したのと同じ状況となり、汎用のマウスでこれが起こると多くのアプリケーションソフトウェアは使用者の意図とは異なった動作をすることになる。
(2)また、速く頭が動くと、それに伴って瞳孔も速く動く、その際に瞳孔の画像がボケてピーク輝度値が低下するなどして、結果的に瞳孔が検出できないことがある。これは、両目を開いているとき(カーソルを単に動かしているとき)において、両瞳孔に関して、もしくは、片方の瞳孔に関してありうる。その場合、瞳孔の検出状態が変化したと判断すると、被験者の意図とは異なったボタン情報を出力してしまう。
上の(1)と(2)のような問題を防ぐために、次のような対処を行う。
現在の画像フレームから得られた瞳孔の検出状態(検出、非検出)が、前のフレームから別の状態に変化しても、変化後に同じ状態が数フレーム(例えば、3フレーム、100ms) 以上連続に続いたときに、はじめて変化後の瞳孔状態に一致するボタン情報を出力するものとする。
(1) When blinking, both pupils are not detected, but when the right and left eyes are closed, there may be a shift of one to two frames depending on the individual. This is the same when opening the eyes after blinking. In such a case, simply matching the changes in the detection state of both pupils to the left and right buttons of a general-purpose mouse results in the same situation as if the left and right buttons were pressed slightly at different times. When this happens, many application software will behave differently from the user's intention.
(2) Further, when the head moves quickly, the pupil also moves fast, and the pupil image may be blurred at that time, resulting in a decrease in peak luminance value. As a result, the pupil may not be detected. This can be for both pupils when eyes are open (when the cursor is simply moved) or for one pupil. In that case, if it is determined that the detection state of the pupil has changed, button information different from the intention of the subject is output.
In order to prevent the problems (1) and (2) above, the following measures are taken.
Even if the detection state (detection, non-detection) of the pupil obtained from the current image frame changes from the previous frame to another state, the same state continues for several frames (eg, 3 frames, 100 ms) after the change. It is assumed that the button information corresponding to the pupil state after the change is output for the first time.

顔画像からの瞳孔検出においては、両瞳孔が検出されているとき、各瞳孔のX座標から左右の瞳孔を判定する。したがって、両瞳孔が開いている状態から、どちらか一方の目が閉眼したときは、座標の比較から、左右どちらの瞳孔が検出状態から非検出状態に変化したかを判定するものとする。また、両目が閉眼した状態から片目から先に開く場合は、両目が開かれるまでは先に開いた目がどちらの目か分からないため、このような状態変化の場合には、両瞳孔が検出されるまで、瞳孔が左右どちらか判定せず、両瞳孔が検出されてから初めて両瞳孔の左右を区別する。したがって、以前に両瞳孔が非検出状態であった場合は、両瞳孔が検出されたと判定されるまでは、ボタン動作は左右ともUPのままの状態とし(両瞳孔が検出された後も、両瞳孔ともUPのまま)、カーソル移動は片目の瞳孔移動量に従うものとする。
一方で、片側の瞳孔のみ検出の状態から、他方の瞳孔のみの検出の状態に変移する場合がある。これは、ドラッグ中に片目を閉じていて、ドラッグ終了のときに、閉じていた目がちょうど開いたと判断されたときに、何らかの理由で開いていたほうの瞳孔が検出されなくなったときに生じる。しかし、片眼のみを閉じた状態から、反対側の片目のみを閉じた状態に使用者が意図的にすることはありえないと仮定し、本来検出されるはずのもう一方の瞳孔が何らかの理由で検出されそこなって片目が開いていた状態から両瞳孔検出状態に変化した、と判断する。その後は、検出されている瞳孔のみの移動に対応させてカーソル移動をさせる。
In pupil detection from a face image, when both pupils are detected, the left and right pupils are determined from the X coordinate of each pupil. Therefore, when either eye is closed from the state where both pupils are open, it is determined from the coordinate comparison whether the left or right pupil has changed from the detection state to the non-detection state. In addition, when opening from one eye to the other after closing both eyes, it is not possible to know which eye is open first until both eyes are opened. Until it is determined whether the pupil is left or right, the left and right of both pupils are distinguished only after both pupils are detected. Therefore, if both pupils have not been detected before, the button operation remains in the UP state on both sides until it is determined that both pupils have been detected (even after both pupils have been detected. It is assumed that the movement of the cursor follows the amount of movement of the pupil of one eye.
On the other hand, there may be a transition from a state where only one pupil is detected to a state where only the other pupil is detected. This occurs when one eye is closed during dragging, and when it is determined that the closed eye has just opened at the end of dragging, the pupil that has been opened for some reason is no longer detected. However, assuming that it is impossible for the user to intentionally change from the state where only one eye is closed to the state where only the other eye is closed, the other pupil that should be detected is detected for some reason. Accordingly, it is determined that the state has changed from the state in which one eye is open to the state in which both pupils are detected. Thereafter, the cursor is moved in correspondence with the movement of only the detected pupil.

両瞳孔が検出され続けているときは(単なるカーソル移動に相当)、連続するフレーム間における両瞳孔の重心移動量を瞳孔移動量とし、それをカーソル移動量へ対応させることが望ましい(実施例6参照)。片方の瞳孔のみが検出され続けているときは、連続するフレーム間における、検出されている瞳孔の移動量を、瞳孔移動量として、カーソル移動量に対応させる(実施例6参照)。なお、実施例1で述べたように、使用者が頭部運動中に(必ずしも運動していなくてもよいが)、意図とは関係なく、両目を開いているつもりが、指定した数フレーム間より短い時間に片方の瞳孔しか検出できなかったときには(眼鏡反射が瞳孔像に重なったときなどにも起こる)、その間は、片方の瞳孔の移動量をカーソル移動量に対応させる。また、実施例1で述べたように、使用者が頭部運動中に(必ずしも運動していなくてもよいが)、意図とは関係なく、片目を開いているつもりが、指定した数フレーム間より短い時間に両瞳孔とも検出できなかったときには、その間は、瞳孔の移動はないものとし、カーソルは移動しないものとする。   When both pupils continue to be detected (corresponding to mere cursor movement), it is desirable to use the movement amount of the center of gravity of both pupils between successive frames as the pupil movement amount, and to correspond to the cursor movement amount (Example 6). reference). When only one pupil is continuously detected, the detected pupil movement amount between successive frames is made to correspond to the cursor movement amount as the pupil movement amount (see Example 6). In addition, as described in the first embodiment, during the head movement (although it is not always necessary), the user intends to open both eyes regardless of the intention. When only one pupil can be detected in a shorter time (also occurs when spectacle reflection overlaps the pupil image, etc.), the movement amount of one pupil corresponds to the cursor movement amount during that time. In addition, as described in the first embodiment, the user intends to open one eye during the head movement (although not necessarily moving), regardless of the intention, but for a specified number of frames. When both pupils cannot be detected in a shorter time, it is assumed that the pupil does not move during that time, and the cursor does not move.

本来は、使用者がカーソルを動かそうとしているにもかかわらず、瞳孔が検出できなかった数フレーム間は瞳孔が移動しないことになる。この場合、カーソルが動かない状態で頭が回りきってしまうこともあり、使用者のその後の対処が面倒となる。そこで、瞳孔が検出できなかった数フレームの直前の(1フレーム前の)瞳孔位置と、直後の瞳孔位置の差を、瞳孔移動量として、カーソル移動量に対応させるものとする。
両瞳孔が連続して検出されていたときに、使用者の意図とは関係なく、その瞳孔が指定した数フレーム間より短い時間に両瞳孔が検出できなかった場合(頭部移動中に瞬目が生じた場合などが考えられる)も同様に対処する。ただし、片方の瞳孔が検出され続けている場合には、適用されず、その場合は、片方の瞳孔の移動量を、瞳孔移動量として、カーソル移動量に対応させる(ただし、実施例2のようにボタンは左右ともUPのままとして出力することが好ましい)。
Although the user is trying to move the cursor, the pupil does not move during several frames in which the pupil could not be detected. In this case, the head may turn around in a state where the cursor does not move, which makes it difficult for the user to deal with it later. Therefore, the difference between the pupil position immediately before (one frame before) and the pupil position immediately after several frames in which the pupil could not be detected is made to correspond to the cursor movement amount as the pupil movement amount.
When both pupils are detected continuously, if both pupils cannot be detected in a shorter period of time than the specified number of frames, regardless of the user's intention ( In the case of the occurrence of the However, this is not applied when one of the pupils continues to be detected. In this case, the movement amount of one pupil is made to correspond to the cursor movement amount as the pupil movement amount (however, as in the second embodiment) It is preferable that the left and right buttons are output as UP.

被験者が緊張したりすると、頭部が振動し、それに合わせて瞳孔も振動し、カーソルが振動してしまう。(これは、瞳孔検出に問題があるのではなく、頭部の動きでカーソルを動かそうとすること自体の問題)。これを、後で述べる方法によって解決する。はじめに、一般的に考えられる方法を述べる。
通常は、得られる瞳孔移動量とカーソル移動量の対応付けを
Cx=kx・Px ,
Cy=ky・Py …(1)
として対応付けることが考えられる。ここで、PxとPyは、それぞれ画像中の水平方向、垂直方向の瞳孔移動成分(正負あり)、Cx、Cyはパソコン画面中の水平方向、垂直方向のカーソル移動量である。また、kxとkyは被験者によって好みの値を選ぶための係数である。
When the subject is nervous, the head vibrates, the pupil vibrates accordingly, and the cursor vibrates. (This is not a problem with pupil detection, but the problem of trying to move the cursor with the movement of the head itself). This is solved by the method described later. First, a method that can be generally considered will be described.
Usually, the correspondence between the obtained pupil movement amount and cursor movement amount
Cx = kx · Px,
Cy = ky · Py (1)
Can be associated with each other. Here, Px and Py are pupil movement components in the horizontal and vertical directions (with positive and negative), respectively, and Cx and Cy are cursor movement amounts in the horizontal and vertical directions on the personal computer screen, respectively. Kx and ky are coefficients for selecting a favorite value depending on the subject.

頭部を回転もしくは移動させて、カメラから見た瞳孔を移動させることにおいて、kx、kyを大きく設定すると、小さな頭部の動きでカーソルは大きく動くが、その代わり、頭部を被験者が止めているつもりでも、頭部の振動が原因でカーソルが振動してしまう。逆に、kx、kyを小さく設定すると、大きな頭部の運動を行わないと、カーソルを大きく動かすことができなくなる。できるだけ適当な値を選択しても、カーソルを希望の位置に合わせようしたときに、カーソルが振動して位置合わせが難しい。
解決法としては、
Cx=kx・Px・|Px|b−1
Cy=ky・Py・|Py|b−1 …(2)
と対応させることである。b>1のとき、(1)式の場合より、Px、Pyの次数が高くなり、b=2のとき瞳孔移動量の二乗をカーソル移動量に対応させることになる(図4のa)。このような対応付けにより、瞳孔の振動はほぼ零に抑えられ、頭部の運動による瞳孔移動は強調される。ここでも、kx、kyは被験者の好みに合わせるものとする。このように、次数を高くすると、比較的すばやく頭部を動かした場合は、小さな頭部運動によってもカーソルは大きく移動し、逆に頭部をゆっくり動かす場合は、ほんの少しだけカーソルが移動できるようになる。したがって、カーソルを大きく動かしたいときも、希望の位置からカーソルがほんの少しずれているときに、それを希望の位置に合わせたいときにも、両方に適している。
In moving the pupil seen from the camera by rotating or moving the head, if kx and ky are set large, the cursor moves greatly with the movement of the small head, but instead, the subject stops the head. The cursor vibrates due to the vibration of the head even though he intends to be. Conversely, if kx and ky are set to a small value, the cursor cannot be moved greatly unless a large head movement is performed. Even if an appropriate value is selected as much as possible, when the cursor is moved to a desired position, the cursor vibrates and alignment is difficult.
As a solution,
Cx = kx · Px · | Px | b−1 ,
Cy = ky · Py · | Py | b-1 (2)
Is to correspond. When b> 1, the orders of Px and Py are higher than in the case of equation (1), and when b = 2, the square of the pupil movement amount is made to correspond to the cursor movement amount (a in FIG. 4). By such association, pupil vibration is suppressed to almost zero, and pupil movement due to head movement is emphasized. Here again, kx and ky are set according to the subject's preference. In this way, when the order is increased, the cursor moves greatly even with a small head movement if the head is moved relatively quickly, and conversely, if the head is moved slowly, the cursor can move only slightly. become. Therefore, it is suitable for both when it is desired to move the cursor greatly and when the cursor is slightly displaced from the desired position and when it is desired to align it with the desired position.

しかし、b=2にしても、頭部の振動がカーソル移動に悪影響を与える場合は、いわゆる不感帯(dead zone)を設けて対処する。すなわち、Px,Pyが指定した閾値以下のときは、Px=0,Py=0(もしくは、Cx=0,Cy=0)とする(図4のc(但しb=1の場合),もしくは図4のd(但しb=2の場合))。このようにすると不感帯の範囲の小さな頭部振動では、カーソルがまったく動かなくなる。
または、不感帯を設けた上で、不感帯の範囲内の小さな瞳孔移動の間は、すべての瞳孔移動の積分値を記録しておき、不感帯を超える大きな瞳孔移動があったときは、その積分値を使用して、瞳孔移動をさせる(図4のc,d)。顔の向く方向によりカーソル制御を行う場合には、このようにすることによって、ほぼ顔の向いた方向にカーソルを瞬間的に向けることが可能である。
さらに、図4のb,eのような関係を使用すれば、頭部の小さな振動ではカーソルが全く動かず、不感帯よりも頭部の移動が大きくなると徐々に動くようにすることができる。特に図4のeでは、不感帯を超えると少し動き、それよりも頭部の移動が大きくなると急激にカーソル移動を大きくすることができる。
However, even if b = 2, if the vibration of the head adversely affects the movement of the cursor, a so-called dead zone is provided. That is, when Px and Py are equal to or less than the specified threshold values, Px = 0 and Py = 0 (or Cx = 0 and Cy = 0) (c in FIG. 4 (when b = 1)) or FIG. D of 4 (when b = 2)). In this way, the cursor does not move at all with a small head vibration in the dead zone range.
Or, after providing a dead zone, record the integral value of all pupil movements during small pupil movements within the dead zone range, and if there is a large pupil movement that exceeds the dead zone, set the integral value Used to move the pupil (c, d in FIG. 4). When the cursor is controlled according to the direction in which the face is directed, the cursor can be instantaneously directed substantially in the direction in which the face is directed in this way.
Furthermore, if the relationship as shown in FIGS. 4B and 4E is used, the cursor does not move at all with a small vibration of the head, and can gradually move as the head moves larger than the dead zone. In particular, in e of FIG. 4, when the dead zone is exceeded, the cursor moves a little, and when the head moves more than that, the cursor movement can be rapidly increased.

クリックしたりドラッグを開始したりするとき、眼を開いた状態から、閉じる。また、ドラッグを終了するときは、眼を閉じた状態から開く。このように眼の開閉の短い時間に(例えば、2フレーム間)、一般に、人間は、注意しないと眼が動いてしまう。特別な処理をしないと、眼の動きに合わせてカーソルが移動してしまい、使用者の意図とは違う位置にカーソルが動くために、クリックやドラッグをしたい場所とは異なった場所をクリックやドラッグをしてしまうことになる。この問題を防ぐために、ちょうど使用者が目的の位置にカーソルを合わせて、眼を閉じる、もしくは、開こうとする時点でのカーソル位置の座標が入力情報となることが望ましい。そこで、例えば、常に最近の数フレームにわたるカーソル移動量を記録しておき、クリックもしくはドラッグの開始、終了が起こったと判断されたフレーム(これをフレームBとする)から、時間を数フレーム分だけ遡ったフレーム(フレームEとする)におけるカーソル位置にカーソルを戻すための処理を施す。すなわち、フレームBからフレームEまでの間の瞳孔移動量の積分値を、フレームBにおける瞳孔移動量から引いた値を、新たな瞳孔移動量に置き換えてカーソル移動に使用する。   When you click or start dragging, close your eyes with your eyes open. When the drag is finished, the eye is opened from the closed state. In this way, in a short time when the eyes are opened and closed (for example, between two frames), generally, a human moves his eyes unless he / she is careful. If no special processing is performed, the cursor moves according to the movement of the eyes, and the cursor moves to a position different from the user's intention, so click or drag a place different from where you want to click or drag. Will end up. In order to prevent this problem, it is desirable that the coordinates of the cursor position at the time when the user moves the cursor to the target position and closes or opens the eyes become the input information. Therefore, for example, the amount of cursor movement over the recent several frames is always recorded, and the time is traced back by several frames from the frame where it is determined that the start or end of the click or drag has occurred (this is referred to as frame B). A process for returning the cursor to the cursor position in the frame (referred to as frame E) is performed. That is, the value obtained by subtracting the integral value of the pupil movement amount from frame B to frame E from the pupil movement amount in frame B is replaced with a new pupil movement amount and used for cursor movement.

片目の開閉の苦手な使用者もいる。そのような使用についても、瞳孔マウスのボタン操作に相当する部分を他のボタン押し装置(汎用マウス、キーボードなどを含む)で代行させたり、併用させたりすることができる。例えば、大きなディスプレー上のカーソルを制御する場合に有用である。
また、瞳孔マウスと汎用の手動マウスを併用することも有用である。
汎用の手動マウスは細かいカーソル移動は得意であるが、大きなカーソル移動をするためには、手を大きく動かすか、何度か空に浮かせて位置を戻す必要があり、使用しにくい面がある。それに対して、瞳孔マウスにおいては、大きな頭の動き(回転)に対して、カーソルは素早く動く。そして、細かい作業については、瞳孔マウスが作用しないようにしておき、手動マウスによりカーソルを動かす。
Some users are not good at opening and closing one eye. For such use, the part corresponding to the button operation of the pupil mouse can be substituted by another button pressing device (including a general-purpose mouse, a keyboard, etc.) or used together. For example, it is useful when controlling a cursor on a large display.
It is also useful to use a pupil mouse and a general-purpose manual mouse in combination.
A general-purpose manual mouse is good at fine cursor movement, but in order to move a large cursor, it is difficult to use it because it is necessary to move the hand greatly or to lift it back several times. On the other hand, in the pupil mouse, the cursor moves quickly for a large head movement (rotation). For fine work, the pupil mouse is kept from acting and the cursor is moved by the manual mouse.

さらに、大きなディスプレー上においてカーソルを見失うことがよくあり、使いにくい。瞳孔マウスを調整して、カーソルを頭の回転に合わせて大きく移動させるようにすれば、ほぼ頭の向いている方向にカーソルが移動させるようにできるので、カーソルを見つけやすくもなる。
以上のことをするためには、実施例6の最後に述べた不感帯を大きめに設定し、小さな瞳孔移動ではカーソルがまったく動かないように設定しておく。その上で、すべての瞳孔移動の積分値を記録しておき、再度、不感帯を超える大きな瞳孔移動があったときは、その積分値を使用して、瞳孔移動をさせる。このようにすることによって、ほぼ顔の向いた方向にカーソルを瞬間的に向けることが可能である。
In addition, the cursor is often lost on a large display, making it difficult to use. By adjusting the pupil mouse and moving the cursor to a large extent in accordance with the rotation of the head, the cursor can be moved in a direction almost facing the head, which makes it easier to find the cursor.
In order to do the above, the dead zone described at the end of the sixth embodiment is set to be large, and the cursor is set not to move at all by small pupil movement. Then, the integrated value of all pupil movements is recorded, and when there is a large pupil movement exceeding the dead zone again, the pupil value is moved using the integrated value. By doing so, it is possible to point the cursor instantaneously in the direction of the face.

これまで、眼の閉状態をマウスボタン押下に直接対応づけるものとして、説明した。この場合には、片目の2度のまばたきによりOS(あるいはアプリケーションソフト)は、ダブルクリックとの判定を行い、それに対応する動作を実行する。一方で、片目を開いたまま頭部を移動し、ドラッグに相当する操作を行いがたいユーザがいる。これに対処するために、片目の2度のまばたきを検出したときには、マウスボタン押下状態でロックしたものと判定すれば、両目開眼状態でドラッグ操作が行える。
左右の眼の開閉情報をポインティングデバイスの左右の押しボタンスイッチの押下状態情報に対応づける手段における対応づけを、使用状況に応じて切換え可能に構成することにより、有用性は高まる。
また、他の形態として、片目まばたきの繰返し周期の弁別を行うことにより、たとえば早い周期での2度のまばたきはダブルクリックとし、遅い周期での2度のまばたきは押下ロックとすることも考えられる。さらには、3度のまばたきで押下ロックとするなど、ユーザの操作しやすい条件により、ロック状態を含めて種々のボタン押下信号を発生する変形が考えられる。
So far, the description has been given assuming that the closed state of the eye is directly associated with the mouse button press. In this case, the OS (or application software) determines that it is double-clicked by the second blink of one eye, and executes a corresponding operation. On the other hand, there is a user who is difficult to perform an operation corresponding to dragging by moving the head with one eye open. In order to cope with this, when the second blink of one eye is detected, if it is determined that the mouse button is locked in a pressed state, a drag operation can be performed with both eyes open.
Usefulness is enhanced by configuring the correspondence in the means for associating the opening / closing information of the left and right eyes with the pressing state information of the left and right push button switches of the pointing device in accordance with the use situation.
As another form, it is also possible to discriminate the repetition cycle of one-eye blinking, for example, to make two blinks in the early cycle double-click, and to make the second blink in the late cycle push-down lock. . Furthermore, a modification that generates various button press signals including the locked state is conceivable depending on conditions that are easy for the user to operate, such as a press lock with three blinks.

テレビシステムなどに接続して、もしくはテレビ自体に眼の開閉検出機能を取り付けることにより、右目(左目)のみを閉じて開くたびにチャンネルを増加方向に変えたり、左目(右目)のみを閉じて開くたびにチャンネルを減少方向に変えたりすることが可能である。さらに、たとえば右目(左目)のみを1秒以上閉じ続けると開くまで音量を大きくし、左目(右目)のみを1秒以上閉じ続けると開くまで音量を小さくするように構成することができる。この変形として、右目(左目)をチャンネル制御に、左目(右目)を音量制御に割り当てることも考えられる。テレビシステムに接続する場合には、光によるリモートコントロール信号を用いるインタフェースが有用であろう。   By connecting to the TV system or attaching an eye open / close detection function to the TV itself, the channel is changed to increase each time only the right eye (left eye) is closed and opened, or only the left eye (right eye) is closed and opened. It is possible to change the channel in a decreasing direction each time. Further, for example, the volume may be increased until it is opened if only the right eye (left eye) is closed for 1 second or longer, and the volume is decreased until it is opened if only the left eye (right eye) is closed for 1 second or longer. As a modification of this, the right eye (left eye) may be assigned to channel control and the left eye (right eye) assigned to volume control. When connecting to a television system, an interface using a light remote control signal may be useful.

本発明は、パソコンやゲームマシンなどポインティングデバイスからの信号によりディスプレイに表示されるポインタの位置制御インタフェース及びポインタ位置と関連づけられたユーザの押しボタンによる動作指示をソフトウエアに伝達するインタフェースを有するシステムに対し制御信号を発生するものであり、パソコンにおいては手を用いることなくマウスと等価な操作が行えること、ゲームマシンにおいては、コントローラと併用することにより、多彩なアクションが行えることなど有用性は計り知れない。
また、アプリケーションによってはカーソルコントロールが不要な場合もあり、この場合には押しボタンに関するインタフェースのみを用いてシステムに接続するなど、種々の変形が容易である。
The present invention provides a system having a pointer position control interface displayed on a display by a signal from a pointing device such as a personal computer or a game machine, and an interface for transmitting an operation instruction by a user push button associated with the pointer position to software. Control signals are generated, and it is possible to perform operations equivalent to a mouse without using a hand on a personal computer, and various actions can be performed on a game machine by using it together with a controller. I don't know.
Depending on the application, cursor control may not be necessary. In this case, various modifications such as connection to the system using only the interface relating to the push button are easy.

システム全体の構成図System configuration diagram ソフトウエアによるモニタ上のキーボードの表示例Display example of keyboard on monitor by software 被験者の両目の開閉動作と汎用マウスの動作との対応を示す図The figure which shows correspondence with opening and closing movement of both eyes of the test subject and movement of the general purpose mouse 頭部の移動量とカーソル移動量との比例関係のいくつかの例を示す図Figures showing some examples of the proportional relationship between the amount of movement of the head and the amount of movement of the cursor

符号の説明Explanation of symbols

1 カメラ
2、3 光源
4 制御装置
5 パーソナルコンピュータ
6 モニタ
7 対象者(ユーザ)
8 カーソル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera 2, 3 Light source 4 Control apparatus 5 Personal computer 6 Monitor 7 Target person (user)
8 Cursor

Claims (13)

ポインティングデバイスからの信号によりディスプレイに表示されるポインタの位置制御インタフェース及びポインタ位置と関連づけられたユーザの押しボタンによる動作指示をソフトウエアに伝達するインタフェースを有するシステムに対し制御信号を発生する方法であって、頭部の移動を検知し移動量情報を作成するステップと、左眼及び右眼の開閉を検出し開閉情報を作成するステップと、左右の眼の開閉情報をポインティングデバイスの左右の押しボタンスイッチの押下状態情報に対応づけるステップと、前記移動量情報及び押下状態情報を制御信号として出力するステップとからなるポインタ制御信号発生方法。   This is a method for generating a control signal for a system having a pointer position control interface displayed on a display by a signal from a pointing device and an interface for transmitting an operation instruction by a user push button associated with the pointer position to software. Detecting the movement of the head and creating movement amount information; detecting the opening and closing of the left and right eyes; creating opening and closing information; and right and left push buttons of the pointing device A pointer control signal generation method comprising the steps of associating with switch pressing state information and outputting the movement amount information and pressing state information as control signals. 前記対応づけるステップは、左眼閉の状態を左(または右)ボタンの押下状態に、右眼閉の状態を右(または左)ボタンの押下状態に対応させるものである請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   2. The pointer according to claim 1, wherein the step of associating associates the closed state of the left eye with a pressed state of the left (or right) button and associates the closed state of the right eye with a pressed state of the right (or left) button. Control signal generation method. 前記開閉情報を作成するステップは、眼の開閉状態の変化を検出しても、直ちに開閉情報を変化させず、その開閉状態がしばらく継続することを確認して開閉情報を新しい状態に変化させるものである請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   The step of creating the opening / closing information does not immediately change the opening / closing information even if a change in the opening / closing state of the eye is detected, and confirms that the opening / closing state continues for a while and changes the opening / closing information to a new state. The pointer control signal generating method according to claim 1. 前記開閉情報を作成するステップは、両眼の非検出状態から片眼検出状態に変移したことを検知したときには、両眼の開状態が検出されるまで開閉情報を変化させないものである請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   The step of creating the opening / closing information does not change the opening / closing information until an open state of both eyes is detected when it is detected that a transition from a non-detection state of both eyes to a one-eye detection state is detected. The pointer control signal generation method described. 前記移動量情報を作成するステップは、眼の位置検出により頭部の移動を検知して移動量を作成するものであり、かつ、両眼がともに検出できないときにはポインタの移動を行わせないように移動量情報を設定するものである請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   The step of creating the movement amount information is to detect the movement of the head by detecting the position of the eyes to create a movement amount, and when both eyes cannot be detected, the pointer is not moved. 2. The pointer control signal generation method according to claim 1, wherein the movement amount information is set. 前記移動量情報を作成するステップは、眼の位置検出により頭部の移動を検知して移動量を作成するものであり、かつ、両眼または片眼が直前まで検出されており、一時的に両眼がともに検出できなくなったときには、検出可能となるまでポインタを移動させず、再度検出可能となったときに新たな眼の位置に対応する位置にポインタを移動させるべく移動量情報を作成するものである請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   The step of creating the movement amount information is to detect the movement of the head by detecting the position of the eye and create a movement amount, and both eyes or one eye are detected until immediately before, and temporarily When both eyes can no longer be detected, the pointer is not moved until detection is possible, and when the detection is possible again, movement amount information is created to move the pointer to a position corresponding to the new eye position. 2. The pointer control signal generating method according to claim 1, wherein the pointer control signal is generated. 前記移動量情報を作成するステップは、頭部の移動量とポインタの移動量との間に非線型の比例関係を持たせるように移動量情報を作成するものである請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   2. The pointer control according to claim 1, wherein the step of creating the movement amount information is to create movement amount information so that a nonlinear proportional relationship is provided between the movement amount of the head and the movement amount of the pointer. Signal generation method. さらに、眼の開閉に伴う頭部の移動を補正するために、移動量情報を眼の開閉時の状態から過去へ遡って、開閉直前の安定した状態での移動量とするように補正するステップを有する請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   Further, in order to correct the movement of the head accompanying the opening and closing of the eye, the step of correcting the movement amount information from the state at the time of opening and closing of the eye to the past to be the amount of movement in a stable state immediately before the opening and closing. The pointer control signal generation method according to claim 1. さらに、押しボタンスイッチ、レバースイッチなどの入力手段からの信号を、両眼の開閉情報と合成するステップを有する請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   2. The pointer control signal generating method according to claim 1, further comprising a step of synthesizing a signal from an input means such as a push button switch or a lever switch with opening / closing information of both eyes. さらに、マウス、ジョイスティックなどのポインティングデバイスからの信号を頭部の移動量情報と合成するステップを有する請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   2. The pointer control signal generating method according to claim 1, further comprising a step of combining a signal from a pointing device such as a mouse or a joystick with head movement amount information. 前記頭部の移動検知は、頭部に固着されたマーカの位置検知によりなされるものである請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   The pointer control signal generation method according to claim 1, wherein the movement of the head is detected by detecting a position of a marker fixed to the head. 前記頭部の移動検知は、顔面の特徴点、たとえば瞳孔、鼻孔、鼻頭、あご、唇、口、口角、眉間、目頭、目尻、黒目及び白目などから1つまたは複数個を選定し、その位置の検知によりなされるものである請求項1記載のポインタ制御信号発生方法。   The movement of the head is selected by selecting one or more facial features such as pupils, nostrils, nasal head, chin, lips, mouth, mouth corners, eyebrows, eyes, corners of eyes, black eyes and white eyes, and their positions. 2. The pointer control signal generation method according to claim 1, wherein said pointer control signal generation method is performed by detecting the above. ポインティングデバイスからの信号によりディスプレイに表示されるポインタの位置制御インタフェース及びポインタ位置と関連づけられたユーザの押しボタンによる動作指示をソフトウエアに伝達するインタフェースを有するシステムに対し制御信号を発生する装置であって、頭部の移動を検知し移動量情報を作成する手段と、左眼及び右眼の開閉を検出し開閉情報を作成する手段と、左右の眼の開閉情報をポインティングデバイスの左右の押しボタンスイッチの押下状態情報に対応づける手段と、前記移動量情報及び押下状態情報を制御信号として出力する手段とからなるポインタ制御信号発生装置。
A device that generates a control signal for a system having a pointer position control interface displayed on a display by a signal from a pointing device and an interface for transmitting an operation instruction by a user push button associated with the pointer position to software. Means for detecting movement of the head and creating movement amount information, means for detecting opening and closing of the left and right eyes and creating opening and closing information, and right and left push buttons of the pointing device A pointer control signal generator comprising means for associating with switch pressing state information and means for outputting the movement amount information and the pressing state information as control signals.
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