DE4039144A1

DE4039144A1 - Verfahren zum erfassen eines aenderungspunktes zwischen einem ersten und einem zweiten signalpegel

Info

Publication number: DE4039144A1
Application number: DE4039144A
Authority: DE
Inventors: Osamu Shindo
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1991-06-13
Also published as: US5485403A; DE4039144C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das inbesondere beim Erfassen der Blickrichtung des menschlichen Auges anwendbar ist.

Theoretisch muß ein photoelektrisches Signal bei einer Lichtmengenänderung zwischen einem ersten und einem zweiten Signalpegel eine klar definierte Grenze durchlaufen. In der Praxis tritt die Lichtänderung oft jedoch nicht an einem scharfen Grenzpunkt auf, was auf verschiedene Stör- bzw. Rauschquellen zurückzuführen ist. Es ist wichtig, den Ände rungspunkt genau festzustellen, um verschiedene Signalver arbeitungen durchführen zu können. Hierzu wird bei einem bekannten Verfahren ein geeigneter Schwellenpegel zwischen dem ersten und dem zweiten Signalpegel festgelegt, so daß der Änderungspunkt damit festgestellt werden kann. Bei die sem bekannten Verfahren kann das Signal jedoch Rauschen enthalten, so daß keine genaue Erfassung zu erwarten ist. Ferner kann der Änderungspunkt leicht erfaßt werden, wenn eine Regelmäßigkeit vorliegt, d. h. ein gegenüber einer Mitte symmetrischer Signalverlauf. Ist eine solche Regelmäßigkeit nicht gegeben, so ist es schwierig, den Änderungspunkt genau zu erfassen.

Bei einer Einrichtung zum Erfassen der Blickrichtung des menschlichen Auges muß die Grenze (Änderungspunkt) zwischen einer Signalkomponente (erster Signalpegel) entsprechend dem an der Iris reflektierten Licht und einer Signalkomponente (zweiter Signalpegel) entsprechend dem am Augenhintergrund reflektierten Licht genau erfaßt werden, da diese Grenze einen Umfangsrand der Pupille wiedergibt. Kann dieser nicht genau erfaßt werden, so kann die Blickrichtung nicht genau festgestellt werden. Allgemein gesprochen, enthält das elek trische Signal, in das das am Augenhintergrund und an der Iris reflektierte Licht umgesetzt wird, eine Rauschkomponen te. Dadurch ergibt sich eine unscharfe Übergangsfeststellung (Änderungspunkt). Dies macht eine genaue Erfassung des Grenzwertes schwierig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Signalverarbei tungsverfahren anzugeben, mit dem ein Änderungspunkt zwi schen einem ersten und einem zweiten Signalpegel genau er faßt werden kann. Dieses Verfahren soll sich besonders für eine Erfassung der Blickrichtung eignen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1A und 1B schematische Darstellungen von Ausfüh rungsbeispielen, bei denen die Blickrichtung des menschlichen Auges erfaßt wird,

Fig. 2 die schematische Darstellung des Haupt teils eines optischen Systems zum Erfas sen der Blickrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Sucherbildfeldes einer einäugigen Spie gelreflexkamera, die mit einer Einrich tung zum Erfassen der Blickrichtung aus gerüstet ist,

Fig. 4 eine Darstellung eines ersten Purkinje- Bildes auf einem Auge,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 zum Er läutern der Positionsermittlung eines Spitzenwertes in einem Signalverlauf innerhalb einer Einrichtung nach Fig. 2,

Fig. 6 eine Darstellung des Verfahrens zum Ent fernen einer Spitzenkomponente aus dem Verlauf eines photoelektrischen Signals,

Fig. 7 ein Muster eines photoelektrischen Signalverlaufs,

Fig. 8A, 8B und 8C photoelektrische Signale, wie sie bei einem Verfahren nach der Erfindung auftreten, und

Fig. 9, 10A, 10B, 11 und 12 Flußdiagramme für Ver fahren zum Erfassen der Blickrichtung unter Anwendung der Erfindung.

Die folgende Beschreibung betrifft ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in dem Autofokus-System einer einäugigen Spiegelreflexkamera eingesetzt wird.

Fig. 3 zeigt das Sucherbild einer einäugigen Spiegelreflex kamera mit drei Scharfstellzonen 11, 12 und 13. Der Abstand zwischen den Mitten dieser Scharfstellzonen 11, 12 und 13 beträgt in der Praxis etwa 9 mm. Eine einäugige Spiegelre flexkamera hat nicht dargestellte optische Autofokussysteme entsprechend den Scharfstellzonen 11, 12 und 13. Diese Sy steme haben Scharfstellzonen (nicht dargestellt) entspre chend den Zonen 11, 12 und 13 an Positionen, die zu den Scharfstellzonen 11, 12 und 13 konjugiert sind. Die opti schen Autofokussysteme entsprechend den Scharfstellzonen 11, 12 und 13 haben, wie Fig. 2 zeigt, CCD-Elemente 14, 15 und 16. Auf diesen werden Objektbilder 17, 18 und 19 mit zwei Separatorlinsen (nicht dargestellt) erzeugt, die jeweils einen Teil eines optischen Autofokussystems bilden.

Die CCD-Elemente 14, 15 und 16 werden wahlweise entsprechend einem Ausgangssignal einer Prozessorschaltung 20 einer Ein richtung zum Erfassen der Blickrichtung angesteuert, die noch erläutert wird.

Die folgende Beschreibung betrifft den allgemeinen Aufbau eines optischen Systems der Einrichtung zum Erfassen der Blickrichtung.

In Fig. 2 sind ein Pentaprisma 21, eine Okularlinse 22, ein Kamera-Gehäuserahmen 23, ein Lichtübertragungssystem 24 zum Erfassen der Blickrichtung, ein Lichtempfangssystem 25 zum Erfassen der Blickrichtung und ein Bildteiler 26 darge stellt. Das Lichtübertragungssystem 24 hat eine Lichtquelle 27′ und ein Kompensationsprisma 28′. Die Lichtquelle 27′ gibt Infrarotlicht ab, das über das Kompensationsprisma 28′ und das Pentaprisma 21 auf die Okularlinse 22 gerichtet wird, so daß es damit parallel gebündelt wird. Das parallele Infrarotlicht wird einem Sucherfenster 28 über den Bildtei ler 26 zugeführt. Wenn der Kamerabenutzer mit seinem Auge 29 das Sucherfenster 28 betrachtet, so kann er die Objekte 17, 18 und 19 (Fig. 3) sehen. Gleichzeitig fällt das parallele Infrarotlicht zum Erfassen der Blickrichtung auf sein Auge.

Durch die Projektion des parallelen Infrarotlichts wird ein erstes Purkinje-Bild PI auf der Hornhaut 30 des Auges 29 erzeugt, das in Fig. 4 gezeigt ist. Ein Teil des Infrarot lichts erreicht den Augenhintergrund durch die Hornhaut 30 hindurch. Bekanntlich ändert sich die Position des ersten Purkinje-Bildes PI mit der Drehung des Augapfels, die die Blickrichtung ändert. Entsprechend kann der Drehwinkel des Augapfels durch die Positionsbeziehung des ersten Purkinje- Bildes PI und der Mitte 32 (oder des Randes) der Pupille 31 bestimmt werden.

Das am Augenhintergrund und das an der Hornhaut 30 reflek tierte Licht fallen wiederum durch das Sucherfenster 28 auf den Bildteiler 26. Dadurch werden beide Lichtanteile durch den Bildteiler 26 zu dem Lichtempfangssystem 25 reflektiert. Dieses enthält eine Kondensorlinse 33, einen Spiegel 34, eine Bilderzeugungslinse 35 und einen ersten Dimensions- Liniensensor (CCD) 36, der eine große Zahl photoleitfähiger Bitelemente vorbestimmter Breite hat. Das Bild des am Augen hintergrund reflektierten Lichts und das erste Purkinje-Bild PI mit dem an der Hornhaut 30 reflektierten Licht werden in dem ersten Dimensions-Liniensensor 36 erzeugt. Dieser gibt ein photoelektrisches Signal entsprechend diesen Bildern ab. Die Kurve 3 dieses Signals enthält eine Spitzenkomponente 1 entsprechend dem ersten Purkinje-Bild PI, eine Signalkom ponente 2 entsprechend dem am Augenhintergrund reflektierten Licht und eine Signalkomponente 4 entsprechend dem an der Iris reflektierten Licht, wie Fig. 6 und 7 zeigen. Das die Kurve 3 bildende photoelektrische Signal wird der Prozessor schaltung 20 zugeführt.

Fig. 6 und 7 zeigen ein ideales Muster der photoelektrischen Signalkurve 3. Nimmt man an, daß der Teil 4 entsprechend dem an der Iris reflektierten Licht der erste Signalpegel und der Teil 2 entsprechend dem am Augenhintergrund reflektier ten Licht der zweite Signalpegel ist, so gibt es einen kla ren Unterschied zwischen den beiden Teilen 4 und 2, der auf unterschiedliche Reflexionsfähigkeit zurückzuführen ist. Die Grenzen (Änderungspunkte) 5 zwischen den beiden Signalpegeln bestimmen zwei diametral einander gegenüberliegende Punkte 37 der Pupille. Die Blickrichtung wird entsprechend der relativen Positionsbeziehung zwischen der Spitzenkomponente 1 aus dem ersten Purkinje-Bild PI und der Pupille (d. h. der Mitte zwischen den beiden Punkten 37) bestimmt. Es ist sehr wichtig, die Änderungspunkte 5 genau zu bestimmen, damit sich die genaue Blickrichtung ergibt.

Es ist nicht schwierig, die Änderungspunkte 5 in Fig. 6 und 7 zu erfassen, in denen die Punkte 5 klar auftreten. Die Kurve 3 des photoelektrischen Signals hat in der Praxis jedoch nicht derart klare Änderungspunkte. Dies ist aus Fig. 8A, 8B und 8C zu ersehen. Diese zeigen die Kurven 3 des photoelektrischen Signals für jeweils die Blickrichtung auf die zentrale Scharfstellzone 11, die linke Scharfstellzone 13 und die rechte Scharfstellzone 12.

Die Erfindung bezweckt das Erfassen der Änderungspunkte 5 aus der Kurve 3, bei der diese Punkte durch Rauschen un scharf sind. Dennoch soll eine genaue Erfassung der Ände rungspunkte möglich sein.

Hierzu führt die Signalprozessorschaltung 20 die folgenden Operationen entsprechend einem vorbestimmten arithmetischen Programm durch.

1. Erfassen der Position des ersten Purkinje-Bildes PI:

1.1 Erfassen eines Bitelements entsprechend dem Spitzenwert der Kurve 3 des photoelektrischen Signals. In diesem Schritt wird zum Erhalten eines Maximalwertes nach einem an sich bekannten Verfahren ein Anfangswert Vmax=0 (Schritt 1 in Fig. 9) in einen Maximalwertspei cher (nicht dargestellt) als provisorischer Maximalwert Vmax eingesetzt. Die Bitelemente des ersten Dimensions- Liniensensors, deren Zahl N ist, werden nacheinander von links nach rechts erhalten, um ein Bitelement zu finden, das einen über den provisorischen Maximalwert Vmax hinausgehenden Wert abgibt. Das so erfaßte Bitele ment wird erneuert als ein Bitelement mit einem zweiten provisorischen Maximalwert Vmax, so daß die Adresse Imax des Bitelements entsprechend dem zweiten proviso rischen Maximalwert Vmax in einem Bitadressenspeicher (nicht dargestellt) gespeichert wird.

Mit anderen Worten: Der zweite provisorische Maximal wert Vmax wird mit dem Ausgangssignal V(I) des Bitele ments Nr. I in Schritt S2 verglichen. Wenn V(I)≧ Vmax, so werden in Schritt S3 Vmax=V(I) und Imax=I gesetzt. Wenn andererseits V(I)<Vmax, so wird die Adresse des Bitelements in Schritt S4 um 1 erhöht und die Operation des Schritts S2 wiederholt.

Die vorstehend erläuterten Operationen der Schritte S1 bis S4 werden wiederholt, bis I=N, die vorstehenden Operationen werden also für das letztgültige Bitelement (N-tes Bitelement) durchgeführt. Entsprechend wird ein realer Maximalwert (Spitzenwert) Vmax in dem Maximal wertspeicher gespeichert, und die Adresse Imax des ent sprechenden Bitelements wird in dem Bitadressenspeicher gespeichert.

1.2 Erfassen der Position des ersten Purkinje-Bildes PI als eine Interpolationskoordinate Xpeak unter Verwendung des Bitelements, welches den Maximalwert abgibt (Fig. 5 und 9). In diesem Schritt werden die Zahl Imax des Bitelements und der reale Maximalwert Vmax aus dem Bitadressenspeicher bzw. dem Maximalwertspeicher gele sen. Danach wird die Zahl Imax-1 des nächsten, links von Imax liegenden Bitelements aus dem Bitadressenspei cher gelesen, so daß der Ausgangswert V(Imax-1) des Bitelements Imax-1 als V_-1 in dem Maximalwertspeicher gespeichert wird.

Ferner wird die Zahl Imax+1 des nächsten Bitelements rechts von Imax aus dem Bitadressenspeicher gelesen, so daß der Ausgangswert V(Imax+1) des Bitelements Imax-1 als V₊₁ in dem Maximalwertspeicher gespeichert wird (Schritt S5).

Danach wird in Schritt S6 geprüft, ob V_-1 V₊₁ ist. Dann geht die Steuerung zu Schritt S7 oder S8, um die Interpolationskoordinate Xpeak zu erhalten.

Wenn das Ausgangssignal V_-1 des Bitelements Imax-1 gleich dem Ausgangssignal V₊₁ des Bitelements Imax+1 ist, so kann davon ausgegangen werden, daß der Spitzen wert an der zentralen Position des Bitelements Imax gegeben ist. Da aber das Ausgangssignal V_-1 normaler weise nicht gleich dem Ausgangssignal V₊₁ ist und da das Bitelement eine gewisse Breite hat, wird der Wert Xpeak durch Interpolation abgeleitet.

Wenn in Schritt S6 V_-1 V₊₁ festgestellt wird, so er gibt sich ein Schnittpunkt der Linien A und B (Fig. 5) in Schritt S8 durch die folgende Gleichung, die mathe matisch die Steigung einer Linie angibt:

Xpeak = Imax + 1 - [{2 · Vmax - (V_-1 + V₊₁)}/2 · (Vmax - V_-1)]

Wenn in Schritt S6 V_-1<V₊₁ festgestellt wird, so wird in Schritt S7 statt dessen die folgende Gleichung angewendet:

Xpeak = Imax - 1 + [{2 · Vmax - (V_-1 + V₊₁)}/2 · (Vmax - V₊₁)]

Somit kann die Position des ersten Purkinje-Bildes PI als die Interpolationskoordinate Xpeak erhalten werden aus dem Bitelement, das einen Spitzenwert ergibt, und zwei weiteren Bitelementen beiderseits dieses Bitele ments.

2. Entfernen von Bitelementen des ersten Purkinje-Bildes PI aus dem zu bearbeitenden Objekt.

In diesem Verfahren werden die Bitelemente entsprechend der Spitzenkomponente 1 (Fig. 6) aus der Operation entfernt. Dies kann erreicht werden, indem die Aus gangssignale der Bitelemente rechts und links des Bit elements Imax nicht gelesen werden. In Fig. 6 werden die Bitelemente in einem Bereich C aus dem zu bearbei tenden Objekt entfernt.

Die Zahl der zu entfernenden Bitelemente hängt von den optischen Eigenschaften der Einrichtung zur Blickrich tungserfassung und von der Breite der Bitelemente des ersten Dimensions-Liniensensors 36 ab. Vorzugsweise wird sie anhand der Wellenform der Kurve 3 des photo elektrischen Signals bestimmt, die auf einem Bildschirm dargestellt werden kann.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Bit elemente zwischen den vierten Bitelementen (Imax-4) und (Imax+4) gezählt von dem den realen Maximalwert Vmax abgebenden Bitelement in beiden Richtungen entfernt.

Danach ergeben sich zur Bestimmung von Schwellwerten der Bitelemente rechts und links der entfernten Bit elemente das rechte Endelement I_R der Kurve 40 auf der linken Seite und das linke Endelement I_L der Kurve 41 auf der rechten Seite nach Erfassen der diametral ein ander gegenüberliegenden Punkte 37 der Pupille (Iris) folgendermaßen. Das Bitelement Imax-5 wird in dem Teil des Speichers gespeichert, der dem rechten Endelement I_R entspricht. Danach wird das Bitelement Imax+5 in dem Teil des Speichers gespeichert, der dem linken Endele ment IL entspricht (Schritt S9).

3. Erfassen der diametral einander gegenüberliegenden Punkte 37 der Pupille (Iris). In diesem Verfahren wer den die Änderungspunkte 5 aus der Kurve 3 des photo elektrischen Signals ermittelt, was eines der wichtig sten Merkmale der Erfindung darstellt. Zwei Ausfüh rungsbeispiele werden im folgenden erläutert. Das erste ist in Fig. 1A und 10A und das zweite in Fig. 1B und 10B darstellt.

Bei dem ersten, in Fig. 1A und 10A dargestellten Aus führungsbeispiel werden die Ausgangssignale der Bit elemente mit entfernten Bitelementen, die die Spitzen komponente 1 abgeben, zum Erfassen der Änderungspunkte 5 für die linke und rechte Kurve 40 und 41 verwendet. Da die Operation für die rechte Kurve 41 symmetrisch derjenigen für die linke Kurve 40 bezüglich der Spit zenkomponente 1 ist, wird im folgenden nur die Opera tion für die linke Kurve 40 beschrieben.

3.1 Ein Schwellwert SL, der unter dem Ausgangswert V(I_R) des rechten Endelements I_R (I_R=max-5) der rechten Kur ve 40 liegt, wird, wie in Fig. 1A gezeigt, eingestellt. Vorzugsweise ist der Schwellwert SL etwa der halbe Ausgangswert V(I_R) des Bitelements I_R. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist SL_L=V(I_R)/2 (Schritt S101 in Fig. 9).

In Schritt S102 wird geprüft, ob die Ausgangssignale V(I) und V(I₊₁) der beiden benachbarten Bitelemente unter oder über dem Schwellwert SL_L liegen. Dies wird von I=1 bis I=I_R wiederholt (Schritt 102′). Wenn die beiden benachbarten Bitelemente gefunden sind, welche die vorstehende Bedingung erfüllen, werden sie in dem Speicher als I₁ und I₂ (Fig. 1A) gespeichert (Schritt S103).

3.2 Eine erste Linie K1 zum Erfassen des Änderungspunktes 5 nach dem Newton-Verfahren wird erhalten.

Zunächst werden das zweite Bitelement I₁+2 (=I₃) ausge hend von dem Bitelement I₁ nach rechts und das zweite Bitelement I₁-2 (=I₄) ausgehend von dem Bitelement I₁ nach links erhalten und in den Teilen I_UP und I_LO des Speichers gespeichert (Schritt S104). Ferner wird D=4 gespeichert. "D" bedeutet die Bitzahlen zwischen I₃ und I₄. Danach geht die Steuerung zu Schritt S105, um die arithmetische Operation zum Bestimmen der ersten Linie K1 durchzuführen. Die erste Linie K1 ergibt sich näm lich durch Verbinden der Ausgangswerte V₃ und V₄ ent sprechend I₃ und I₄. Es kann davon ausgegangen werden, daß die Ausgangssignale der Bitelemente I₁ und I₂ sowie der danebenliegenden Bitelemente längs der ersten Linie K1 oder nahe dieser Linie liegen. Die Linie K1 hat einen Steigungswinkel A₁ und einen Abschnitt (Ausgangs pegel bei Referenzbit) B₁, die durch die folgenden Gleichungen angegeben werden:

A = {V(I_UP) - V(I_LO)}/D
B = {I_UP × V(I_LO) - I_LO × V(I_UP)}/D

3.3 Ein Schnittpunkt X₁, an dem die erste Linie K1 den Nullpegel (vorbestimmter Pegel) schneidet, wird erhal ten. Danach wird ein Bitelement, das dem Punkt X₁ links am nächsten liegt, als Nulldurchgangs-Bitelement (I₅) gesetzt. Dies kann durch Speichern des Wertes (-B₁ DIV A₁) in dem Speicherteil I_UP geschehen.

B₁ DIV A₁ wird durch die folgende Gleichung gegeben:

B₁ DIV A₁ = SGN(B/A) · INT(ABS(B/A))

Dabei ist ABS(B/A) ein Absolutwert von B/A, INT eine ganze Zahl von B/A, die auf die nächstkleinere ganze Zahl abgerundet ist, und SGN ein Vorzeichen zum Unter scheiden des negativen und positiven Wertes. Somit wird das Nulldurchgangs-Bitelement erhalten.

Danach wird das vierte Bitelement I_UP-4 (=I₆) ausgehend von dem Nulldurchgangs-Bitelement I₅ nach links in dem Speicherteil I_LO gespeichert (Schritt S106). Danach geht die Steuerung zu Schritt S107 (Fig. 10A), um die arithmetische Operation für die Ableitung der zweiten Linie K2 durchzuführen, die in Fig. 12 gezeigt ist. Die zweite Linie K2 ergibt sich durch Verbinden des Aus gangswertes V₆ des Bitelements I₆ und des Ausgangswer tes V₅ des Nulldurchgangs-Bitelements I₅. Es ist davon auszugehen, daß die Ausgangssignale der Bitelemente I₅ und I₆ sowie der benachbarten Bitelemente auf der zwei ten Linie K2 oder in deren Nachbarschaft liegen. Die zweite Linie K2 hat einen Steigungswinkel A₂, der klei ner als derjenige der ersten Linie K1 ist. Der Stei gungswinkel A₂ und ein Abschnitt B₂ können ähnlich wie bei der ersten Linie K1 abgeleitet werden.

3.4 Ein Schnittpunkt X₂ der ersten Linie K1 und der zweiten Linie K2 sind mathematisch durch die folgende Formel gegeben und werden in Schritt S108 erhalten:

X₂=(B₁-B₂)/(A₂-A₁).

In einfachster Weise ist der so erhaltene Schnittpunkt X₂ der Änderungspunkt 5 der Kurve 3 des photoelektri schen Signals. Dieses Ergebnis ist in der Praxis aus reichend.

Um den Änderungspunkt 5 mit höherer Genauigkeit zu erfassen, ist es möglich, eine dritte Linie K3 folgen dermaßen unter Ausnutzung des Schnittpunkts X₂ zu be stimmen. Die dritte Linie K3, deren Steigungswinkel (Absolutwert) größer als derjenige der ersten Linie K1 ist, ergibt sich aus den Bitelementen in der Nachbar schaft des Schnittpunktes X₂, was noch beschrieben wird. Der Änderungspunkt 5 ist durch einen Schnittpunkt der zweiten Linie K2 und der dritten Linie K3 gegeben.

3.5 Ein Bitelement I_x2, das dem Schnittpunkt X₂ links am nächsten liegt, ergibt sich durch die folgende Formel:

I_x2=X₂ DIV 1.

Die dritte Linie K3 ergibt sich durch Verbinden des Ausgangswertes V₇ des zweiten Bitelements I₇, gezählt von dem Bitelement I_x2 nach rechts, und des Ausgangs wertes V₈ des vierten Bitelements I₈ (das in diesem Ausführungsbeispiel identisch mit I₂ ist), gezählt von dem Bitelement I₇. Der Wert (X₂+2) wird in dem Spei cherteil I_LO gespeichert, und der Wert (I_LO+4) wird in dem Speicherteil I_UP gespeichert, um das zu verwendende Bitelement zu bezeichnen (Schritt S109). Danach geht die Steuerung zu Schritt S110, um die Operation nach Fig. 12 durchzuführen, die zu der dritten Linie K3, zu deren Steigungswinkel A₃ und zu dem Abschnitt B₃ führt. Es ist davon auszugehen, daß die Ausgangssignale der Bitelemente I₂ und I₇ sowie der benachbarten Bitelemen te auf der dritten Linie K3 oder in deren Nachbarschaft liegen. Die Linie K3 gibt die Ausgangssignale dieser Bitelemente mit höherer Genauigkeit an als die erste Linie K1. Der Steigungswinkel A₃ und der Abschnitt B₃ können ähnlich wie bei der ersten Linie K1 erhalten werden.

3.6 Der Schnittpunkt Xedge der zweiten Linie K2 und der dritten Linie K3 wird in Schritt S111 nach der folgen den Gleichung erhalten:

Xedge=(B₃-B₂)/(A₃-A₂).

Der so erhaltene Schnittpunkt Xedge entspricht genauer dem Änderungspunkt 5, der einen der diametralen Punkte 37 der Pupille bestimmt.

Die vorstehend beschriebenen Operationen werden für die rechte Kurve 41 zum Erfassen des anderen diametralen Punktes 37 der Pupille durchgeführt. Die Pupillenmitte ergibt sich mit einem Mittelwert der Koordinaten der diametralen Punkte 37.

Beim Umschalten der Operation von der linken Kurve 40 auf die rechte Kurve 41 wird in Schritt S113 geprüft, ob der Wert Xedge über einem bestimmten Grenzwert TL liegt. Wenn der Grenzwert TL über Xedge liegt, wird dieser Wert auf TL gesetzt (Xedge=TL), um die Operation für die rechte Kurve 41 durchzuführen (Schritt S11). Wenn andererseits der Grenzwert TL gleich oder kleiner als Xedge ist, so geht die Steuerung direkt auf die Operation für die rechte Kurve über (Schritt S11 in Fig. 11). Gleichartige Operationen werden für die rech te Kurve durchgeführt.

Wenn die Operation für die rechte Kurve abgeschlossen ist, ergibt sich ein Mittelwert Xmean der Schnittpunkte Xedge (linke und rechte Seite) zum Erfassen der Pupil lenmitte (Schritt S12). Danach ergibt sich die Position Xobj der X-Koordinate durch die folgende Formel, indem der Mittelwert Xmean und die Interpolationskoordinate Xpeak zum Feststellen der Blickrichtung verwendet wer den (Schritt S13):

Xobj=C×(Xmean-Xpeak).

Der Koeffizient C ist dabei ein Wert, der sich aus dem Prinzip der Blickrichtungserfassung ergibt. Dieser Wert kann 2,467 betragen.

Es wurde experimentell bestätigt, daß die Blickrichtung, d. h. die vorstehend beschriebene Koordinate Xobj den Wert -9 mm hat, wenn auf die linke Scharfstellzone 11 geblickt wird. Sie hat den Wert +9 mm, wenn auf die rechte Scharfstellzone 13 geblickt wird. Die Position der mittleren Scharfstellzone 12 liegt bei 0 mm.

Die folgende Beschreibung betrifft das zweite Ausführungs beispiel der Erfindung gemäß Fig. 1B und 10B. Das zweite Ausführungsbeispiel ermöglicht das direkte Erfassen von Xedge′ ohne eine dritte Linie K3. Hierbei sind die Prozesse zum Bestimmen des Schwellenpegels SL und zum Ableiten der Bitelemente I₁ und I₂ mit einem kleineren bzw. größeren Ausgangssignal als der Schwellenpegel SL dieselben wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Der hauptsächliche Unter schied besteht in dem Prozeß zum Darstellen der ersten Linie K1′.

3.2′ Zum Erhalten der Änderungspunkte 5 unter Anwendung des Newton-Verfahrens werden die folgenden Operationen durchgeführt.

Die Prozesse zum Darstellen der ersten Linie K1′ werden für die Bitelemente zwischen dem vierten Bitelement I₁-4 (=I_LS), ausgehend von dem Bitelement I₁ in linker Richtung und dem vierten Bitelement I₁+4 (I_LL), ausge hend von dem Bitelement I₁ in rechter Richtung durch geführt. Jeweils zwei Bitelemente bilden ein Paar, das eine Linie bestimmt. Mehrere Paare von Bitelementen bestimmen eine Liniengruppe. Beispielsweise bestimmt ein erstes Paar aus einem ersten und einem dritten Bitelement eine Linie und ein zweites Paar aus einem zweiten und einem vierten Bitelement eine weitere Li nie. In der Praxis ist eine Liniengruppe durch die Ausgangssignale der Paare von Bitelementen bestimmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden das Ausgangs signal V₃ des Bitelements I₃ und das Ausgangssignals V₄ des Bitelements I₄ eine Linie K1′-1, und ähnlich bilden das Ausgangssignal V₁ des Bitelements I₁ und das Aus gangssignal V₄ des Bitelements I₄ die Linie K1′-2. Für diese Operation werden I_LS=I₁-4 und I_LL=I₁+4 bei Schritt S115 gespeichert.

Danach werden die Anfangswerte A_L1=0 und B_L1=0 in den entsprechenden Speicherabschnitten in Schritt S116 gesetzt. Die Nummern I+1 und I+1 werden in den Spei cherabschnitten I_LO und I_UP gespeichert. D=2 wird in dem entsprechenden Speicherabschnitt gespeichert (Schritt S117). Danach geht die Steuerung zu Schritt S118, um die arithmetische Operation für eine Linie der Bitele mente I-1 und I+1 durchzuführen. Der Steigungswinkel a und der Abschnitt (Ausgang) b der Linie wer den durch die folgenden Gleichungen angegeben:

a = {V(I_UP) - V(I_LO)}/D
b = {I_UP × V(I_LO) - I_LO × (I_UP)}/D.

Der Steigungswinkel a wird mit dem Steigungswinkel im Speicherabschnitt A_L1 in Schritt S119 verglichen. Wenn a<A_L1, so geht die Steuerung zu Schritt S110, um die Speicherabschnitte A_L1 und B_L1 zu erneuern, so daß der Steigungswinkel a und der Abschnitt b aus Schritt S108 in den Speicherabschnitten A_L1 und B_L1 gespeichert werden. Dies wird von I=I_LS bis I=I_LL wie derholt, um eine Linie mit dem größten Steigungswinkel zu erhalten (Schritt S121).

Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Linie K1′-1, die durch die Bitelemente I₁ und I₄ bestimmt ist, den größten Steigungswinkel und entspricht der ersten Linie K1′.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, zeichnet sich das zweite Ausführungsbeispiel dadurch aus, daß die erste Linie K1′ als die Linie mit dem größten Steigungswinkel erhalten wird.

3.3′ Danach wird die Position X₁′ ermittelt, bei der die erste Linie K1′ den Nullpegel schneidet. Das der Posi tion X₁′ links am nächsten liegende Bitelement wird als Nulldurchgangs-Bitelement I₇ gesetzt. Dies ergibt sich durch Speichern des Wertes (-B₁ DIV A₁) in dem Spei cherabschnitt I_UP. (B₁ DIV A₁) wird durch die folgende Gleichung bestimmt:

B DIV A=SGN(B/A)×INT(ABS(B/A) ).

Dabei ist ABS(B/A) der Absolutwert von B/A, INT eine ganze Zahl von B/A, die auf die nächst kleinere ganze Zahl abgerundet ist, und SGN ein Vorzeichen zum Unter scheiden des negativen und des positiven Wertes. Auf diese Weise ergibt sich das Nulldurchgangs-Bitelement.

Danach wird das vierte Bitelement I_UP-4 (=I₈), ausgehend von dem Nulldurchgangs-Bitelement I₇ nach links, in dem Speicherabschnitt I_LO in Schritt S122 gespeichert. Da nach geht die Steuerung zu Schritt S123 in Fig. 10B, um die Routine der arithmetischen Operation zum Darstellen der zweiten Linie K2′ durchzuführen, die in Fig. 12 gezeigt ist. Die zweite Linie K2′ wird erhalten durch Verbinden des Ausgangswertes V₈ des Bitelements I₈ und des Ausgangswertes V₇ des Nulldurchgangs-Bitelements I₇. Die zweite Linie K2′ hat einen Steigungswinkel A₂, der kleiner als derjenige der ersten Linie K1′ ist. Der Steigungswinkel A₂ und ein Abschnitt B₂ können in ähnlicher Weise wie für die erste Linie K1′ erhalten werden.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel muß die zweite Linie K2′ durch das Ausgangssignal eines Nulldurchgangs-Bit elements und das Ausgangssignal eines Bitelements mit Abstand zu dem Nulldurchgangs-Bitelement ermittelt werden, wobei dieser Abstand mindestens ein Bitelement beträgt.

3.4 Ein Schnittpunkt Xedge′ der ersten Linie K1′ mit der zweiten Linie K2′ wird mathematisch abgeleitet. Der Änderungspunkt 5 ergibt sich durch den Schnittpunkt Xedge′, um einen der diametralen Punkte 37 der Pupille zu bestimmen.

Die nachfolgenden Prozesse stimmen mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels überein.

Obwohl bestimmte Bitelemente ausgehend von einem Referenz bitelement ausgewählt werden, um die erste, zweite und drit te Linie K1, K1′, K2, K2′ und K3 bei den vorstehend be schriebenen Ausführungsbeispielen zu bestimmen, hängt die Auswahl der photoleitfähigen Bitelemente des Liniensensors von dessen Größe oder den optischen Eigenschaften der zu verarbeitenden photoelektrischen Signale usw. ab.

Claims

1. Signalverarbeitungsverfahren zum Erfassen eines Ände rungspunktes zwischen einem ersten Signalpegel und einem zweiten Signalpegel, die von einem Liniensensor abgegeben werden, welcher aus einer Anordnung photo leitfähiger Bitelemente besteht, insbesondere zum Er fassen der Blickrichtung des menschlichen Auges durch Auswerten von am Augapfel reflektiertem Licht mit einer dem ersten Signalpegel entsprechenden Reflexion an der Iris und einer dem zweiten Signalpegel entsprechenden Reflexion am Augenhintergrund, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Signalpegel und dem zweiten Signalpegel ein Schwellenpegel festgelegt wird, daß zwei Bitelemente mit einem Ausgangspegel größer bzw. kleiner als der Schwellenpegel erfaßt werden, daß aus den Ausgangspegeln der beiden Bitelemente oder zweier Bitelemente mit bestimmter Beziehung zu diesen Bitele menten eine erste Linie bestimmt wird, daß ein Null durchgangs-Bitelement bestimmt wird, das an einem Schnittpunkt der ersten Linie mit einem vorbestimmten Ausgangspegel liegt, daß eine zweite Linie bestimmt wird, deren Absolutwert des Steigungswinkels kleiner als derjenige der ersten Linie ist, wozu die Ausgangs pegel des Nulldurchgangs-Bitelements und eines Bitele ments mit vorbestimmter Beziehung dazu oder die Aus gangspegel zweier Bitelemente mit vorbestimmter Bezie hung zu dem Nulldurchgangs-Bitelement verwendet werden, und daß der Änderungspunkt durch den Schnittpunkt der ersten und der zweiten Linie bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestimmen der ersten Linie durch Erhalten einer Liniengruppe aus den Ausgangspegeln von Bitelementpaa ren und durch Auswählen der ersten Linie aus der Li niengruppe erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie mit dem größten Steigungswinkel ausgewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Linie bestimmt wird, deren Absolutwert des Steigungswinkels größer als der jenige der ersten Linie mit Bezug auf das Nulldurch gangs-Bitelement ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungspunkt durch den Schnittpunkt der dritten mit der zweiten Linie bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenpegel etwa ein Mittelwert des höheren der beiden Signalpegel ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blickrichtung aus der relativen Positionsbeziehung zwischen dem Änderungs punkt und einem Spitzenwert der photoelektrischen Si gnale bestimmt wird, welche durch ein erstes Purkinje- Bild definiert sind.