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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Erfassen einer Sichtlinie.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein Sichtlinien-Detektionsverfahren
und eine Sichtlinien-Detektionsvorrichtung für eine eine Brille tragende
Person gerichtet.
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Technischer
Hintergrund
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Herkömmlich sind
technische Ideen zum Erfassen von Sichtlinien als Computereingabevorrichtungen
entwickelt worden, die für
behinderte Personen ausgestaltet sind, die ihre Hände oder
ihre Finger nicht frei benutzen können. Auch sind Erfassungen
von Sichtlinien als Fahrzeugunterstützungsmittel genutzt worden,
während
die Sichtlinien von Autofahrern überwacht
werden. Jedoch sind herkömmliche Sichtliniendetektionsvorrichtungen
ausgestaltet worden, um bestimmte Instrumente an Benutzern anzubringen,
und diese technischen Sichtliniendetektionsideen behindern den Benutzer.
Im Ergebnis gab es ein solches Problem, dass diese herkömmlichen Sichtliniendetektionsvorrichtungen
nicht besonders Benutzerfreundlich sind. Um dieses Problem zu lösen, sind
in jüngster
Zeit technische Ideen, die Sichtlinien (LOS) detektieren können, unter
Verwendung von Augapfelmodellen entwickelt worden.
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Für den Fall,
dass die Augapfelmodelle benutzt werden, werden korrekte Abstände von
Kamerapositionen bis zu Gesichtsoberflächen durch einfache Verfahren
in korrekter Weise berechnet, was zu einem Problem führt. Zum
Beispiel entspricht die Vorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. Hei-8-297019 beschrieben ist (Sichtlinienrichtungs-Messvorrichtung
für Fahrzeugzwecke) (wird
nachfolgend als „Patentschrift
1" bezeichnet) einer
solchen Vorrichtung zum Detektieren einer Sichtlinie eines Autofahrers,
während
ein Abstandssensor als Mittel zum Detektieren eines Abstands von
einer Position einer Kamera zu einer Gesichtsoberfläche des
Fahrers genutzt wird. Als der Abstandssensor wird ein Ultraschallsensor
und dergleichen verwendet. Wenn der Ultraschallsensor verwendet
wird, treten die folgenden Probleme auf. Die gesamte Sichtliniendetektionsvorrichtung
wird komplex; Die Abstandsdetektionspräzision wird verschlechtert,
wenn der einfache Sensor verwendet wird; und wenn die Detektionspräzision erhöht wird,
dann steigen die Kosten der gesamten Liniendetektionsvorrichtung.
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Auch
werden in Information Processing Research Report 2001-HI-93, Seiten
47 bis 54 (Sight Line Measuring System based upon Eyeball Shaped Model),
und Eighth Image Sensing Symposium, Seiten 307 bis 312, 2002 (Sight
Line Measuring Method based upon Eyeball Model) (werden nachfolgend
als „Nicht-Patentschriften
1 und 2" bezeichnet)
technische Ideen beschrieben, die in der Lage sind, die Richtungen
als Sichtlinien (LOS) unter Verwendung von Augapfelmodellen zu detektieren.
In den Vorrichtungen dieser Druckschriften muss ein Abstand von einer
Kamera (andernfalls einer Punktlichtquelle) bis zu einer Gesichtsoberfläche gemessen
werden, damit nahes Infrarotlicht von der Punktlichtquelle zu einer
im Auge vorhandenen Hornhaut leuchtet, um die Koordinaten eines
Reflektionsbilds zu erfassen („Purkinje-Bild" genannt). Bei diesem
Abstandsmessverfahren wird der Abstand auf der Basis eines Fokussierungswerts
gemessen, wenn eine Linse der Kamera auf eine solche Position fokussiert
wird, dass eine Abmessung der Punktlichtquelle (nämlich die Abmessung
des Purkinje-Bilds) auf einem von der Kamera aufgenommenen Bild
minimal wird. Jedoch ist es praktisch sehr schwierig, so einzustellen,
dass die Abmessung des Purkinje-Bilds korrekt minimal wird. In Folge
dessen kann keine hoch präzise
Abstandsmessung erwartet werden, sondern die Sichtlinienrichtung
enthält
durch die Nutzung dieses gemessenen Abstands Fehler, was zu einem
anderen Problem führt.
Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat bereits die Erfindung
eingereicht, welche diese Probleme lösen kann (US Patentanmeldung Nr.
11/078,144 „LINE-OF-SIGHT
DETECTING METHOD AND APPARATUS THEREFOR" eingereicht am 11. März 2005)
(wird nachfolgend als „Patentschrift
2" bezeichnet).
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Offenbarung
der Erfindung
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Von der Erfindung
zu lösende
Probleme
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Jedoch
sind die oben erläuterten
herkömmlichen
Techniken, die die Augapfelmodelle und die technische Idee anwenden,
die in der Patentschrift 2 bestimmt sind, auf Personen abgestellt,
die keine Brille tragen, und wenn daher diese herkömmlichen Techniken
und diese offenbarte technische Idee direkt auf Personen angewendet
wird, die eine Brille tragen, besteht ein Risiko, dass ein großer Fehler auftreten
könnte.
In anderen Worten, selbst wenn Infrarotlicht als Lichtquelle auf
die im Auge enthaltene Hornhaut fällt, um ein Reflektionsbild
zu erfassen, dann wird ein Teil des Infrarotlichts auf den Linsen oder
Metallbauteilen der Brille reflektiert, so dass eine Mehrzahl von
Luminanzpunkten in einem aufgenommenen Bild erscheinen, zusätzlich zu
einem Luminanzpunkt, das durch Reflektion des Infrarotlichts auf
dem Augapfel erzeugt wird. Auch könnte ein anderes Problem auftreten.
Das heißt,
Bilder, die durch die Brille hindurch getreten sind, werden abgelenkt, so
dass die Pupillenmitten mit den Luminanzpunkten nicht zusammenfallen.
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Die
vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben erläuterten
Probleme zu lösen,
und hat daher als Aufgabe, ein Sichtlinienvektordetektionssystem
vorzusehen, das auch bei einer eine Brille tragenden Person angewendet
werden kann.
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Mittel zur
Lösung
der Probleme
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Die
vorliegende Erfindung hat die unten erwähnten Anordnungen als Mittel
zur Lösung
der oben beschriebenen Probleme angewendet. Das heißt, ein erstes
Sichtlinienvektordetektionssystem umfasst die Merkmale: eine Infrarotlichtquelle
zum Beleuchten entweder eines Auges oder eines Gesichts; eine Kamera
zum Aufnehmen entweder des Auges oder des Gesichts; und ein Computer
zur Verarbeitung der aufgenommenen Bilddaten der Kamera zur Berechnung eines
Sichtlinienvektors; worin: der Computer einen wahren Luminanzpunkt
und eine Mitte einer Pupille aus den aufgenommenen Bilddaten detektiert,
um den Sichtlinienvektor zu errechnen.
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Auch
hat ein zweites Sichtlinienvektordetektionssystem das Merkmal, dass
in dem ersten Sichtlinienvektordetektionssystem die Fotokamera an
einer Vorderansicht des Gesichts der aufzunehmenden Person und an
einer tieferen Position als der Position des Auges installiert ist.
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Auch
hat ein drittes Sichtlinienvektordetektionssystem das Merkmal, dass,
in dem ersten oder zweiten Sichtlinienvektordetektionssystem, die
Infrarotlichtquelle an einer Position installiert ist, die von einer
optischen Achse der Fotokamera getrennt ist, derart, dass ein Dunkle-Pupille-Effekt
erzeugt wird.
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Auch
hat ein viertes Sichtlinienvektordetektionssystem das Merkmal, dass,
in den ersten bis dritten Sichtlinienvektordetektionssystemen, die
Infrarotlichtquelle an einer tieferen Position als die Fotokamera
installiert ist.
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Auch
hat ein fünftes
Sichtlinienvektordetektionssystem das Merkmal, dass, in den ersten
bis vierten Sichtlinienvektordetektionssystem, die Infrarotlichtquelle
an sowohl einer rechten Seite als auch einer linken Seite der optischen
Achse der Fotokamera vorgesehen ist.
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Auch
hat ein sechstes Sichtlinienvektordetektionssystem das Merkmal,
dass in dem ersten bis fünften
Sichtlinienvektordetektionssystem, der Computer eine Bildverarbeitungseinheit
zum Detektieren des wahren Luminanzpunkts und der Mitte der Pupille
aus den aufgenommenen Bilddaten sowie eine Recheneinheit zum Errechnen
des Sichtlinienvektors enthält;
und worin: die Bildverarbeitungseinheit eine derartige Prozessoperation
durchführt,
dass die Bildverarbeitungseinheit einen Luminanzpunkt, der in der Lage
ist, einem vorbestimmten Erfordernis zu genügen, als den wahren Luminanzpunkt
unter den Luminanzpunkten, die die Pupillen an benachbarten Stellen
aufweisen, bestimmt, eine Mitte der Pupillen errechnet und ferner
eine Mitte einer Hornhautkugel unter Verwendung von Daten errechnet,
die auf der Basis der Kenntnis der Morphologie erhalten sind.
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Auch
hat ein siebtes Sichtlinienvektordetektionssystem das Merkmal, dass
in dem ersten bis sechsten Sichtlinienvektordetektionssystem, die
Recheneinheit die Recheneinheit den Sichtlinienvektor auf der Basis
der Mitte der Pupille und der Mitte der Hornhautkugel errechnet.
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Auch
hat ein achtes Sichtlinienvektordetektionssystem das Merkmal, dass
in dem ersten bis siebten Sichtlinienvektordetektionssystem, der
Computer ferner eine Vorverarbeitungseinheit zum Vorverarbeiten
der aufgenommenen Bilddaten umfasst.
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Auch
hat ein erstes Sichtlinienvektordetektionsverfahren das Merkmal
eines Sichtliniendetektionsverfahrens mit Anwendung eines Sichtlinienvektordetektionssystems,
das mit einer Infrarotlichtquelle zum Beleuchten entweder eines
Auges oder eines Gesichts, einer Kamera zum Aufnehmen entweder des
Auges oder des Gesichts sowie einem Computer zum Verarbeiten aufgenommener
Bilddaten der Kamera zur Berechnung eines Sichtlinienvektors ausgestattet
ist, umfassend: einen Detektionsschritt zum Detektieren eines wahren
Luminanzpunkts und einer Mitte einer Pupille aus den aufgenommenen
Bilddaten; und einen Rechenschritt zum Errechnen eines Sichtlinienvektors.
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Ein
zweites Sichtlinienvektordetektionsverfahren hat das Merkmal, dass,
in dem ersten Sichtlinienvektordetektionsverfahren, der Detektionsschritt umfasst:
einen Schritt zur Bestimmung eines Luminanzpunkts, der in der Lage
ist, einem vorbestimmten Erfordernis zu genügen, als den wahren Luminanzpunkt
unter den Luminanzpunkten, die die Pupillen an benachbarten Stellen
aufweisen, und zum Errechnen einer Mitte der Pupillen; und einen
Schritt zur Errechnung einer Mitte einer Hornhautkugel unter der
Verwendung von Daten, die auf der Basis der Kenntnis der Morphologie
erhalten sind.
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Ein
drittes Sichtlinienvektordetektionsverfahren hat das Merkmal, dass,
in dem zweiten Sichtlinienvektordetektionsverfahren, der Rechenschritt
den Sichtlinienvektor auf der Basis der Mitte der Pupille und der
Mitte der Hornhautkugel errechnet.
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Ein
viertes Sichtlinienvektordetektionsverfahren hat das Merkmal, dass
in dem ersten Sichtlinienvektordetektionsverfahren vor dem Detektionsschritt
ein Schritt zum Vorverarbeiten der aufgenommenen Bilddaten vorgesehen
ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung liegt ein Vorteil darin, dass der Sichtlinienvektor innerhalb
eines praktischen Bereichs in Bezug auf einem eine Brille tragenden
Benutzer korrekt berechnet werden kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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[1] 1 zeigt
eine Anordnung einer vorliegenden Ausführungsform (Sichtlinienvektordetektionssystem).
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[2] 2A zeigt ein aufgenommenes Bild in dem
Fall, wo eine aufzunehmende Person zu einer oberen linken Richtung
hin ausgerichtet ist, wenn eine Infrarotlichtquelle an einer Position
unterhalb einer Kamera installiert ist; 2B zeigt
ein aufgenommenes Bild in dem Fall, wo die aufzunehmende Person
zu einer oberen rechten Richtung ausgerichtet ist, wenn die Infrarotlichtquelle
an der Position unterhalb der Kamera installiert ist; 2C zeigt ein aufgenommenes Bild in dem
Fall, wo die aufzunehmende Person zur unteren linken Richtung hin
ausgerichtet ist, wenn die Infrarotlichtquelle an der Position unterhalb
der Kamera installiert ist; und 2D zeigt
ein aufgenommenes Bild in dem Fall, wo die aufzunehmende Person
zu einer unteren rechten Richtung ausgerichtet ist, wenn die Infrarotlichtquelle an
der Position unterhalb der Kamera installiert ist.
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[3] 3E zeigt ein aufgenommenes Bild in dem
Fall, wo die aufzunehmende Person zu einer oberen linken Richtung
hin ausgerichtet ist, wenn die Infrarotlichtquelle an der Position
oberhalb der Kamera installiert ist; 3F zeigt
ein aufgenommenes Bild in dem Fall, wo die aufzunehmende Person
zu einer oberen rechten Richtung hin ausgerichtet ist, wenn die
Infrarotlichtquelle an der Position oberhalb der Kamera installiert
ist; 3G zeigt ein aufgenommenes Bild
in dem Fall, wo die aufzunehmende Person zu einer unteren linken
Richtung hin ausgerichtet ist, wenn die Infrarotlichtquelle an der Position
oberhalb der Kamera installiert ist; und 3H zeigt
ein aufgenommenes Bild in dem Fall, wo die aufzunehmende Person
zu einer unteren rechten Richtung hin ausgerichtet ist, wenn die
Infrarotlichtquelle an der Position oberhalb der Kamera installiert
ist.
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[4] 4 repräsentiert
ein Bild zur Erläuterung
einer Extraktion eines Hauptabschnitts.
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[5] 5 ist
ein Flussdiagramm zur Beschreibung sequenzieller Operationen, die
von einer Bildverarbeitungseinheit eines Sichtlinienvektordetektionssystems
ausgeführt
werden.
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[6] 6 ist
ein Flussdiagramm zur Erläuterung
sequenzieller Operationen zum Erfassen eines wahren Luminanzpunkts.
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[7] 7 ist
ein Diagramm zum Suchen des wahren Luminanzpunkts.
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- 10
- Aufzunehmende
Personen
- 11
- Brille
- 12
- Fotokamera
- 13
- Infrarotlichtquelle
- 14
- Kameraachse
- 15
- Computer
- 20
- Brille
- 22
- Linse
- 24
- Iris
- 25
- Pupille
- 30
- Wahrer
Luminanzpunkt
- 31
- Falscher
Luminanzpunkt
- 35
- Luminanzpunkt
- 36
- Suchbereich
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Beste Art
zur Ausführung
der Erfindung
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1 zeigt
eine Struktur einer Ausführungsform,
in der die vorliegende Erfindung unter besten Bedingungen verkörpert ist.
In 1 ist eine aufzunehmende Person 10 z.
B. ein User, der einen Personal Computer verwendet, oder ein Autofahrer,
und entspricht einem Benutzer, der eine Brille 11 trägt. Eine
Fotokamera 12 ist vor der aufzunehmenden Person angeordnet
und im wesentlichen in Frontansicht an einer solchen Position, die
tiefer ist als eine Höhenposition
(horizontale Position) von Augen der aufzunehmenden Person 10.
Der Grund für
diese Positionierung wird wie folgt angegeben: Das heißt, wenn
die Fotokamera 12 an einer anderen Position angeordnet
ist, die die gleiche Höhe
der Augen hat, oder höher
ist als die Höhe
der Augen, dann überlappen
die Bilder der Augen mit den Bildern von „Augenwimpern". Im Ergebnis besteht
ein Risiko, dass die Prozessoperationen dieser Bilder komplex werden (siehe 3E bis 3H).
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Eine
Lichtquelle 13 verwendet eine Lichtquelle, die aus einer
Infrarotlicht emittierenden Diode (LED) aufgebaut ist. Eine Position
der Lichtquelle 13 entspricht einer Position, die von einer
optischen Achse 14 der Fotokamera 12 getrennt
ist, und ist an einer tieferen Position als der Position der Fotokamera 12 angeordnet.
In anderen Worten, wenn ein Abstand „d" von 1 klein
ist, dann fluktuiert die Luminanz-Helligkeit einer Pupille derart,
dass die Pupille unter hellem Zustand oder unter dunklem Zustand aufgenommen
wird, und es daher schwierig ist, die Pupille aus einem aufgenommenen
Bild zu bestimmen. In Folge dessen ist der Abstand „d" an einer solchen
Position angeordnet, dass ein Dunkle-Pupille-Effekt auftritt. Auch ist die Position
der Lichtquelle 13 an einer tieferen Position als der Position
der Fotokamera 12 angeordnet. Der Grund für diese
Positionierung wird wie folgt angegeben: Das heißt, ein „falscher Luminanzpunkt", der von einer Linsenebene
der Brille reflektiert wird, wird leicht von einem „wahren
Luminanzpunkt" unterschieden.
Wenn die Position der Lichtquelle 12 tiefer gelegt wird,
dann ist der wahre Luminanzpunkt innerhalb der Pupille auch in einem
solchen Fall angeordnet, wo die Augen der aufzunehmenden Person 10 zu
einer oberen Richtung und zu einer unteren Richtung ausgerichtet
sind, wohingegen der falsche Luminanzpunkt nicht in der Nähe der Pupille
erscheint (siehe 2A bis 2D).
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2A bis 2D zeigen
ein Beispiel von aufgenommenen Bildern in dem Fall, dass die Infrarotlicht
emittierenden Dioden 13 an tieferen Positionen als die
Fotokamera 12 installiert sind. 2A ist ein
aufgenommenes Bild (eine Fotografie) in einem solchen Fall, dass
die aufzunehmende Person 11 zu einer oberen linken Richtung
ausgerichtet ist; 2B ist ein aufgenommenes
Bild (eine Fotografie) in einem solchen Fall, dass die aufzunehmende
Person 11 zu einer oberen rechten Richtung ausgerichtet
ist; 2C ist ein aufgenommenes Bild
(eine Fotografie), in einem solchen Fall, dass die aufzunehmende Person 11 zu
einer unteren linken Richtung ausgerichtet ist; und 2D ist
ein aufgenommenes Bild (eine Fotografie) in einem solchen Fall,
dass die aufzunehmende Person 11 zu einer unteren rechten Richtung
ausgerichtet ist. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich wird, werden
die jeweiligen wahren Luminanzpunkte innerhalb der Pupillen 25 erzeugt,
und falsche Luminanzpunkte werden außerhalb der Pupillen 25 erzeugt.
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Umgekehrt
repräsentieren 3E bis 3H ein Beispiel
von aufgenommenen Bildern in dem Fall, dass die Position der Lichtquelle 13 an
einer höheren Position
als der Position der Fotokamera 12 angeordnet ist. 3E ist ein aufgenommenes Bild (eine Fotografie)
in einem solchen Fall, dass die aufzunehmende Person 11 in
einer oberen linken Richtung ausgerichtet ist; 3F ist
ein aufgenommenes Bild (eine Fotografie) in einem solchen Fall,
dass die aufzunehmende Person 11 zu einer oberen rechten Richtung
ausgerichtet ist; 3G ist ein aufgenommenes
Bild (eine Fotografie) in einem solchen Fall, dass die aufzunehmende
Person 11 zu einer unteren linken Richtung ausgerichtet
ist; und 3H ist ein aufgenommenes
Bild (eine Fotografie) in einem solchen Fall, dass die aufzunehmende
Person 11 zu einer unteren rechten Richtung ausgerichtet
ist. Wenn die aufzunehmende Person 11 zur oberen Richtung hin
ausgerichtet ist, dann erscheinen, wie aus 3E und 3F ersichtlich, falsche Luminanzpunkte
in der Nähe
der Pupille 25 oder fallen mit der Pupille 25 zusammen,
so dass entweder ein wahrer Luminanzpunkt oder die Pupille 25 kaum
detektiert werden kann. Wenn die aufzunehmende Person 11 zur
unteren Richtung ausgerichtet ist, werden, wie aus 3G und 3H ersichtlich, wahre Luminanzpunkte den
Augenwimpern zu stark angenähert. Im
Ergebnis gibt es einige Fälle,
dass die Pupillen 25 kaum detektiert werden können.
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Die
Infrarotlicht emittierende Dioden 13 sind an beiden Seiten
einer optischen Achse der Kamera vorgesehen. Dieser Grund wird wie
folgt angegeben: Das heißt,
wenn die Infrarotlicht emittierende Diode 13 an einer Seite
der optischen Achse 14 vorgesehen ist (z. B. wenn die Infrarotlicht
emittierende Diode 13 an der linken Seite vorgesehen ist)
und dabei die aufzunehmende Person 11 zu einer solchen
Seite hin ausgerichtet ist (nämlich
zur rechten Seite), wo die Licht emittierende Diode 13 nicht
vorgesehen ist, dann entsteht ein solches Problem, dass der wahre Luminanzpunkt
von der Pupille 24 abweicht.
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Ein
Computer 15, der mit einem Ausgangsanschluss der Fotokamera 12 verbunden
ist, enthält eine
Vorverarbeitungseinheit 16, eine Bildverarbeitungseinheit 17 und
eine Recheneinheit 18. Die Vorverarbeitungseinheit 16 führt eine
Vorverarbeitungsoperation durch, um die Verarbeitungsoperationen der
Bilddaten leicht auszuführen,
z. B. die Einstellung der Luminanzhelligkeit, Einstellung des Kontrasts, Beseitigung
von Rauschen, und dergleichen. Die Bildverarbeitungseinheit 17 detektiert
einen wahren Luminanzpunkt in Bezug auf ein erfasstes Bild, führt eine
Prozessoperation zur Berechnung einer Pupillenmitte durch und führt ferner
eine Prozessoperation zur Berechnung der Mitte einer Hornhautkugel
(nicht gezeigt) durch, durch Verwendung bekannter morphologischer
Daten. Weil übrigens
die Vorverarbeitungseinheit 16 die herkömmliche Technik anwendet und
nicht im gesonderten Detail beschrieben ist, wird eine detaillierte
Erläuterung
davon weggelassen. Da ein Teil der Prozessoperationen, die durch
die Bildverarbeitungseinheit 17 ausgeführt werden, mit den in der
Patentschrift 2 beschriebenen Inhalten übereinstimmen, werden hauptsächlich die
davon abweichenden Punkte beschrieben. Da die Prozessoperationen
der Recheneinheit 18 mit den in der Patentschrift 2 beschriebenen
Inhalten zusammen fallen, werden die oben beschriebenen Prozessoperationen kurz
beschrieben.
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4 zeigt
ein Beispiel eines aufgenommenen Bilds von Teilen einer Brille 20,
die von der aufzunehmenden Person 10 verwendet wird, und
das Aufnahmebilddaten entspricht, in denen Hauptpunkte der vorliegenden
Erfindung zur Darstellung extrahiert werden. In 4 ist
die Brille 11 durch Rahmen 21 und Linsen 22 aufgebaut.
Ein rechtes Auge 23R und ein linkes Auge 23L erscheinen
innerhalb der Linsen 22. Während die Iris 24 (24R, 24L)
innerhalb der weißen
Augäpfel 26 (26R, 26L)
der Augen 23 (23R, 23L) erscheinen, erscheinen
die Pupillen 25 (25R, 25L) angenähert in
der Mitte der Iris 24 (24R, 24L). Die
Luminanzhelligkeit der Pupillen 25 ist dunkel, im Vergleich
zu jener der Iris 24. Auch haben die weißen Augäpfel 26 eine
weiße
Farbe und haben eine große
Luminanzhelligkeit. Die Iris 24 hat eine leicht violette
Farbe (oder leicht braune Farbe), und hat eine größere Luminanzhelligkeit
als jene der Pupillen 25 und eine geringere Luminanzhelligkeit
als jene der weißen
Augäpfel 26.
Ferner erscheinen wahre Luminanzpunkte (Luminanzpunkte, die einer vorbestimmten
Anforderung genügen,
werden nämlich
dazu benutzt, einen Sichtlinienvektor zu errechnen) innerhalb oder
in der Nähe
der Pupillen 25, und es erscheinen auch falsche Luminanzpunkte 31,
die auf Teilen der Linsen 22 oder Teilen (Metallelementen)
der Brille 20 reflektiert werden.
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5 und 6 zeigen
Flussdiagramme zur Beschreibung sequenzieller Prozessoperationen, die
sowohl in der Bildverarbeitungseinheit 17 als auch der
Rechnereinheit 18 ausgeführt werden. In 5,
in Schritt S1 werden, um die Prozessoperationen des aufgenommenen
Bilds leicht auszuführen (4),
Vorverarbeitungsoperationen ausgeführt, z. B. eine Einstellung
der Luminanzhelligkeit zum insgesamt aufgenommenen Bild; eine Kontrasteinstellung;
und die Beseitigung von Rauschen. In Schritt S2 wird ein heller
Punkt (oder ein kleiner Bereich), dessen Luminanzhelligkeit größer als
oder gleich einem konstanten Wert ist, aus den aufgenommenen Bilddaten
erfasst, um als Luminanzpunkt definiert zu werden, und danach werden
alle Luminanzpunkte (30, 31) erfasst. In Schritt
S3 wird ein wahrer Luminanzpunkt (30) aus den in Schritt
S2 erfassten Luminanzpunkten beschrieben. Ein Schritt zum Erfassen eines
wahren Luminanzpunkts ist in 6 angegeben,
die später
im Detail weiter beschrieben wird. In Schritt S4 wird die Mitte
der Pupille (25) errechnet. Die Mitte der Pupille wird
durch Verwendung eines derartigen Rechenergebnisses errechnet, dass
eine Kontur der Pupille berechnet worden ist, wenn der wahre Luminanzpunkt
in dem Schritt S2 erfasst wird.
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In
Schritt S5 wird ein Mittelpunkt der Hornhautkugel (nicht gezeigt)
errechnet. Ein Verfahren zu Berechnung der Mitte einer Hornhautkugel
ist im Detail in der Patentanmeldung (der Patentschrift 2) beschrieben,
die vom vorliegenden Anmelder eingereicht wurde. Auch in dieser
Ausführungsform
ist genau das gleiche Verfahren angewendet worden. Das heißt, gemäß der in
der Morphologie gegebenen Kenntnis sind (1) Abstände, gemessen vom rechten Auge
und linken Auge zur Nase, einander gleich; und (2) ist ein Verhältnis eines
Abstands zwischen den linken und rechten Augen zu einem Abstand
von einem Auge zur Nase ein konstanter Wert (bekannter Wert). Ferner
ist (3) ein Abstand zwischen den rechten und linken Augen bekannt;
und (4) ist ein zentraler Radius einer Hornhautkugel ein konstanter
Wert (bekannt). Auch kann alternativ bestimmt werden, dass eine
Brennweite (f) der Kamera 12 und eine Kameraparametermatrix
(k) bekannt sind (diese Daten können
vor der Benutzung gemessen werden. In Folge dessen kann ein Abstand
von der Bildebene der Fotokamera 12 bis zu den Augen (oder
der Gesichtsoberfläche)
der aufzunehmenden Person 10 auf der Basis dieser Bedingungen
errechnet werden. Wenn die Licht emittierenden Punkte der Infrarotlichtquellen 13 ausreichend
nahe an der Fotokamera 12 angeordnet sind, können sowohl
die Koordinaten des Mittelpunkts der Hornhautkugel als auch die
Koordinaten des Mittelpunkts der Pupille 25 durch Ausführung einer
hoch präzisen
Näherungsberechnung leicht
erhalten werden. Um die oben erläuterte
Berechnung auszuführen,
wird angenommen, dass Änderungen
in dem wahren Luminanzpunkt 30 auf dem aufgenommenen Bild
und auch in der Mittelposition der Pupille 25 vernachlässigt werden
können,
während
diese Änderungen
dadurch hervorgerufen werden, dass die Brille benutzt wird.
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In
Schritt S6 wird ein Sichtlinienvektor (oder eine Sichtlinienrichtung)
auf der Basis der Koordinaten des Mittelpunkts der Pupille 25 und
der Koordinaten des Mittelpunkts der Hornhautkugel errechnet, die
in Schritt S5 berechnet wurden.
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6 zeigt
sequenzielle Suchoperationen (ein Flussdiagramm) zum Erfassen eines
wahren Luminanzpunkts. Als Erfordernis für einen wahren Luminanzpunkt,
wird ein solcher Luminanzpunkt betrachtet, der die nachfolgend erwähnten Bedingungen
erfüllen
kann: (1) der Luminanzpunkt hat eine Luminanzhelligkeit, die größer als
oder gleich einem vorbestimmten Wert ist; (2) die Abmessung des
Luminenzpunkts ist kleiner als ein Kreis mit einem vorbestimmten
Radius; (3) eine Pupille befindet sich in der Nähe des Luminanzpunkts, oder
der Luminanzpunkt befindet sich innerhalb der Pupille; (4) ein Abstand
zwischen einem rechten Luminanzpunkt und einem linken Luminanzpunkt
ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs definiert. Unter der
Annahme, dass die oben beschriebenen Anforderungen (1) und (2) bereits
erfüllt
worden sind, wird nun in 6 die Betrachtung von sequenziellen
Operationen zum obigen Punkt (3) erläutert. In Schritt S11 wird
ein solcher Luminanzpunkt, der nun in Betracht gezogen wird, aus
einer Liste mehrerer Luminanzpunkte ausgewählt (z. B. den Luminanzpunkten
(35a bis 35e von 7). In Schritt
S12 werden Bereiche 36 (36a bis 36e),
die eine derartige Abmessung haben, dass sie angenähert die
Pupille 25 enthalten können,
in Bezug auf die gewählten
Luminanzpunkte bestimmt. In Schritt S13 wird eine Suchoperation
durchgeführt,
ob die Pupille 25 innerhalb der Bereiche 36 enthalten
ist oder nicht. In diesem Fall ist die Luminanzhelligkeit der Pupille 25 kleiner
als oder gleich einem vorbestimmten Wert, nämlich dunkel; ihr Radius befindet sich
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs; und ihre Form ist im wesentlichen
ein Kreis.
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In
Schritt S14 wird eine Prüfung
durchgeführt,
ob die Pupille 25 vorhanden ist oder nicht. Falls die Pupille
nicht vorhanden ist, wird die Pupille aus der Liste gelöscht (Schritt
S15). Die Prüfoperation
dazu, ob die Pupille 25 vorhanden ist oder nicht, wird wie
folgt ausgeführt:
Das heißt,
zuerst wird ein dunkler Bereich gesucht, dessen Luminanzhelligkeit
gering ist, und dann wird eine Bewertung durchgeführt, ob
dieser Bereich ein Kreis ist oder nicht. Um den Kreis auszuwerten,
wird eine herkömmliche
Technik angewendet. Wenn z. B., während eine Grenze eines Bereichs
abgesucht wird, Winkeländerungen
in Tangenziallinienvektoren im wesentlichen gleichmäßig sind
und ein Endpunkt mit einem Anfangspunkt in Übereinstimmung gebracht wird,
dann ist es möglich zu
bewerten, dass dieser Bereich ein Kreis ist. Wenn der Bereich als
der Kreis gewertet wird, dann wird eine Prüfung durchgeführt, ob
sich ein Durchmesser dieses Bereichs innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs befindet oder nicht. Falls die Pupille 25 vorhanden
ist, wird eine andere Prüfung
durchgeführt,
ob ein nicht berücksichtigter
Luminanzpunkt vorhanden ist oder nicht (Schritt S16). Wenn der nicht
berücksichtigte
Luminanzpunkt vorhanden ist, werden die Prozessoperationen von Schritt
S11 bis Schritt S15 wiederholt ausgeführt. In Schritt S17 wird eine
Betrachtung durchgeführt,
ob andere Erfordernisse (z. B. das oben beschriebene vierte Erfordernis)
erfüllt werden
können
oder nicht, und die Bestimmung eines wahren Luminanzpunkts wird
bestätigt.
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Während die
Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung auf der Basis der Zeichnungen im Detail
beschrieben worden ist, ist der technische Umfang der vorliegenden
Erfindung nicht nur darauf beschränkt. Zum Beispiel sind die
Erfordernisse zur Bestimmung des wahren Luminanzpunkts nicht nur
auf die in der Ausführungsart
beschriebenen beschränkt, sondern
können
alternativ durch andere Ausdrücke bestimmt
werden, wenn die Inhalte dieser Ausdrücke im wesentlichen gleich
den oben beschriebenen Erfordernissen sind. Obwohl ersichtlich wird,
dass die vorliegende Ausführungsart
nur auf jene Person beschränkt
ist, die Brille trägt,
kann die vorliegende Erfindung alternativ auch auf jede andere Person
angewendet werden, die keine Brille trägt. In anderen Worten, wenn
Luminanzpunkte als ein rechter Luminanzpunkt und ein linker Luminanzpunkt
vorhanden sind und wahren Luminanzpunkten entsprechen, dann könnte gewertet
werden, dass eine geprüfte Person
eine solche Person ist, die keine Brille trägt, und es kann ein Sichtlinienvektor
erfasst werden. Umgekehrt kann in einem solchen Fall, dass eine große Anzahl
von Luminanzpunkten vorhanden ist, gewertet werden, dass die geprüfte Person
eine Person ist, die eine Brille trägt.
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Die
vorliegende Patentanmeldung ist auf der Basis der japanischen Patentanmeldung (JP-2004-283456),
eingereicht am 29. September 2004 angefertigt worden, deren Inhalte
unter Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
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Zusammenfassung
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In
einem Sichtlinienvektordetektionssystem umfassend: eine Infrarotlichtquelle
zum Beleuchten entweder eines Auges oder eines Gesichts; eine Kamera
zum Aufnehmen entweder des Auges oder des Gesichts; sowie einen
Computer zum Verarbeiten aufgenommener Bilddaten der Kamera, um
einen Sichtlinienvektor zu berechnen, wobei der Computer eine Bildverarbeitungseinheit
zum Detektieren des wahren Luminanzpunkts und der Mitte der Pupille aus
den aufgenommenen Bilddaten sowie eine Recheneinheit zum Errechnen
des Sichtlinienvektors enthält;
und die Bildverarbeitungseinheit eine derartige Prozessoperation
durchführt,
dass die Bildverarbeitungseinheit einen Luminanzpunkt, der in der Lage
ist, einem vorbestimmten Erfordernis zu genügen, als den wahren Luminanzpunkt
unter Luminanzpunkten, die die Pupillen an benachbarten Stellen aufweisen,
bestimmt, eine Mitte der Pupillen errechnet und ferner eine Mitte
einer Hornhautkugel errechnet.