JP2006087831A - Pupil detection apparatus and pupil detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、眼球を撮像した撮像画像から瞳孔に対応する領域を抽出することにより瞳孔を検出する瞳孔検出装置及び瞳孔検出方法に関するものである。 The present invention relates to a pupil detection device and a pupil detection method for detecting a pupil by extracting a region corresponding to the pupil from a captured image obtained by imaging an eyeball.
従来、被験者の眼球を撮像して得た画像に画像処理を施して各種の計測を行う装置として、CCDカメラ等を用いて眼球を撮像することにより得た画像に基づいて瞳孔径や瞳孔の大きさなどを計測したり、瞳孔の運動を計測することで眼振検査を行ったりするものが提案されている(特許文献1,2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus for performing various kinds of measurements by performing image processing on an image obtained by imaging a subject's eyeball, the pupil diameter and the size of the pupil are based on an image obtained by imaging the eyeball using a CCD camera or the like. Proposals have been made of measuring nystagmus or performing nystagmus examination by measuring pupil movement (see Patent Documents 1 and 2).
このような瞳孔検出装置では、眼球を撮像した画像に二値化処理を施すことで撮像画像から瞳孔に対応する領域を抽出し、これに基づいて瞳孔の位置や大きさ等を計測し、或いは更に瞳孔の中心位置を検出している。 In such a pupil detection device, a region corresponding to the pupil is extracted from the captured image by performing binarization processing on the image obtained by capturing the eyeball, and the position and size of the pupil are measured based on this, or Further, the center position of the pupil is detected.
また、このような瞳孔検出装置としては、装置の小型化、測定の簡便化の要請から、ゴーグル型の測定装置を被験者の顔面に装着し、この測定装置により眼球の撮像を行うようにするものも提案されている。
CCDカメラ等の撮像部にて眼球を撮像する場合、その撮像画像の外縁側は、撮像画像の中央部よりもレンズのゆがみによる像のゆがみが大きくなり、また焦点合わせの際にも撮像画像の外縁側は焦点が合いにくい。このため、眼球の特に瞳孔を計測する場合には、瞳孔がCCDカメラ等の撮像部の撮像画像の中央に位置していることが好ましい。 When an eyeball is imaged by an imaging unit such as a CCD camera, the outer edge side of the captured image has a greater distortion of the image due to lens distortion than the center of the captured image. The outer edge is hard to focus. For this reason, when measuring especially the pupil of an eyeball, it is preferable that the pupil is located in the center of the captured image of imaging parts, such as a CCD camera.
しかし、眼球の位置や二つの眼球間の幅などには個人差があるため、上記のように被験者の瞳孔を撮像部の撮像画像の中央部に正確に配置することは困難なものであった。また、特にゴーグル型の測定装置を用いる場合には、測定装置を装着した状態で測定装置の位置ずれが起こることにより、撮像部における瞳孔の位置がずれることも考えられる。 However, since there are individual differences in the position of the eyeball and the width between the two eyeballs, it is difficult to accurately position the pupil of the subject at the center of the captured image of the imaging unit as described above. . In particular, when a goggle type measuring device is used, it is conceivable that the position of the pupil in the imaging unit is shifted due to the positional shift of the measuring device with the measuring device mounted.
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、被験者の眼球を撮像して瞳孔を検出するにあたり、撮像部の撮像画像における瞳孔の配置位置を自動的に調節することで、正確かつ簡便な瞳孔の検出を行うことができる瞳孔検出装置及び瞳孔検出方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and in detecting the pupil by imaging the eyeball of the subject, by automatically adjusting the position of the pupil in the captured image of the imaging unit, An object of the present invention is to provide a pupil detection device and a pupil detection method capable of simply detecting a pupil.
本発明に係る瞳孔検出装置は、被験者の眼球Eを撮像する撮像部1と、撮像部1を移動させてその配置位置を変更する撮像部駆動部16とを備え、且つ演算制御部3として、撮像部1による撮像画像23における瞳孔Pに対応する領域の中心位置21を導出し、前記導出された瞳孔Pの中心位置21と、撮像画像23における瞳孔Pの設定上の最適な中心位置22との差を導出し、前記導出された差に基づき、撮像部1を、撮像画像23における瞳孔Pの中心位置21が設定上の最適な中心位置22に配置されるように前記撮像部駆動部16を駆動制御して撮像部1の配置位置を変更するものを備えることを特徴とするものである。
The pupil detection device according to the present invention includes an imaging unit 1 that images a subject's eyeball E, and an imaging
このようにすると、瞳孔Pが、撮像部1の視野の外縁に位置するなどして、瞳孔Pの正確な検出に支障をきたす場合に、自動的に撮像部1を適正な位置に移動させ、瞳孔Pの検出を正確に行えるようにすることができる。 In this way, when the pupil P is located at the outer edge of the field of view of the imaging unit 1 and interferes with accurate detection of the pupil P, the imaging unit 1 is automatically moved to an appropriate position, It is possible to accurately detect the pupil P.
また、映像20を表示して被験者の眼球Eへ向けて投影する映像表示手段4と、映像表示手段4を移動させてその配置位置を変更する映像表示手段駆動部18とを備え、演算制御部3として、撮像部駆動部16による撮像部1の移動と連動して、映像表示手段駆動部18を駆動制御して映像表示手段4の配置位置を変更するものを備えるようにしても良い。このようにすると、映像表示手段4による映像20を眼振検査のための視標などとして利用することができ、またこの映像20の位置ずれも、瞳孔Pの位置と同様に是正することができるものである。
The image display means 4 for displaying the
また、映像20を表示して被験者の眼球Eへ向けて投影する映像表示手段4を備え、演算制御部3として、撮像部駆動部16による撮像部1の移動と連動して、映像表示手段4にて表示される映像20の、画面内における位置を変更するものを備えるようにしても良い。このようにすると、映像表示手段4による映像20を眼振検査のための視標などとして利用することができ、またこの映像20の位置ずれも、瞳孔Pの位置と同様に是正することができるものである。また、映像表示手段4の配置位置を移動させるための駆動機構を設けることなく、映像20の位置ずれを是正することができるものである。
Further, the image display means 4 for displaying the
また、本発明に係る瞳孔検出方法は、被験者の眼球Eを撮像部1で撮像し、得られた撮像画像23における瞳孔Pの中心位置21を導出し、前記導出された瞳孔Pの中心位置21と、撮像画像23における瞳孔Pの設定上の最適な中心位置22との差を導出し、前記導出された差に基づき、撮像画像23における瞳孔Pの中心位置21が設定上の最適な中心位置22に配置されるように撮像部1の配置位置を変更することを特徴とするものである。
In the pupil detection method according to the present invention, the eyeball E of the subject is imaged by the imaging unit 1, the
本発明によれば、眼振検査などのために眼球を撮像して瞳孔を検出するにあたり、自動制御により撮像部を駆動して撮像画像における瞳孔の配置位置を所定の位置に移動することができ、正確かつ簡便な瞳孔の検出を行うことができるものである。 According to the present invention, when detecting the pupil by imaging the eyeball for nystagmus examination or the like, it is possible to drive the imaging unit by automatic control and move the position of the pupil in the captured image to a predetermined position. Thus, accurate and simple pupil detection can be performed.
以下、本発明をその実施をするための最良の形態に基づいて説明する。以下に説明するのは、本発明に係る瞳孔検出装置を、眼振検査装置として形成した場合の一例である。 Hereinafter, the present invention will be described based on the best mode for carrying out the invention. Described below is an example when the pupil detection device according to the present invention is formed as an nystagmus examination device.
図1に示す実施の形態では、瞳孔検出装置は、被験者の眼球Eを撮像する撮像部1と、撮像された画像を表示する表示部2と、装置の動作制御を行う演算制御部3とを具備する。
In the embodiment shown in FIG. 1, the pupil detection device includes an imaging unit 1 that images the subject's eyeball E, a
撮像部1は、被験者が顔面に装着可能な、図6に示すようなゴーグル型の測定装置10に内装することができる。この撮像部1としては、例えばCCDカメラやCMOSセンサなどにより構成されるものを設けることができる。
The imaging unit 1 can be housed in a goggle
ゴーグル型の測定装置10は、後述するような光学系のユニットを二組保持する本体部11に、ベルト等の保持部材12を設けて構成される。この測定装置10を被験者が装着する際は、例えば本体部11を被験者の眼前に位置させた状態でベルト等の保持部材12を被験者の頭部に巻くなどして、本体部11を保持固定するものである。
The goggle-
また、表示部2は、液晶表示パネル、CRTディスプレイ、その他適宜の映像表示装置にて形成することができ、図7に示すように、上記測定装置10とは別体の制御装置13に設けることができる。また演算制御部3もこの制御装置13に設けることができる。測定装置10と制御装置13との間の情報のやり取りは、装置間を接続するケーブル15などで行うことができる。
The
図1は、測定装置10における撮像部1を含む光学系の構成の一例を示すものである。本実施形態の瞳孔検出装置の光学系は、図示のように、被験者が測定装置10を装着した場合に眼球Eと対向するように配置される凹面鏡5と、眼球Eと凹面鏡5との間に配置されるハーフミラー6とを備えている。ハーフミラー6は、眼球Eと凹面鏡5とを結ぶ線と直交する方向の軸を中心に傾斜している。また、ハーフミラー6を挟んで配置される小型液晶パネル等の映像提示手段4とCCDカメラ等の撮像部1を備えており、このとき映像提示手段4と撮像部1を結ぶ線は、眼球Eと凹面鏡5とを結ぶ線及びハーフミラー6の傾斜軸に共に直交するようになっている。また、ハーフミラー6の一面は眼球E及び撮像部1に向けて傾斜した状態で対向しており、ハーフミラー6の他面は映像提示手段4及び凹面鏡5に向けて傾斜した状態で対向している。本実施形態では、このような光学系が、被験者の両眼にそれぞれ対応するように二つ設けられている。
FIG. 1 shows an example of the configuration of an optical system including the imaging unit 1 in the
さらに、本実施形態では、被験者の眼球E付近に位置し被験者の眼球Eへ赤外光を照射する赤外光発光ダイオード等の赤外光照射手段9を備え、また撮像部1は赤外線透過型のフィルタ8を備えていて、赤外線に対して感度を有する。また、ハーフミラー6には、撮像部1側の面にコーティングにより形成され赤外光を反射する波長選択層7が設けられている。
Further, in the present embodiment, infrared light irradiating means 9 such as an infrared light emitting diode which is located near the subject's eyeball E and irradiates the subject's eyeball E with infrared light is provided, and the imaging unit 1 is an infrared transmission type. The
撮像部1は、撮像部1の配置位置を移動させるための撮像部駆動部16を備えており、それにより、撮像部1の受光方向と直交する方向の平面上でその配置位置を移動可能に形成されている。このとき、撮像部1は、例えば前記平面上で直交する二軸方向にスライドするように駆動可能に形成されている。ここで、例えば、撮像部駆動部16は撮像部1を一軸方向にスライド移動可能に支持するスライド支持台17を備え、撮像部1はステッピングモータ等にて構成されるアクチュエータからの駆動力を受けて前記軸方向に駆動可能に形成されている。また、スライド支持台17は装置本体11に対して前記軸方向と直交する他の軸方向にスライド移動可能に支持されており、スライド支持台17はステッピングモータ等にて構成されるアクチュエータからの駆動力を受けて前記軸方向に駆動可能に形成されている。これにより、撮像部1は二軸方向(前後左右方向)に駆動可能に形成することができる。
The imaging unit 1 includes an imaging
このとき、撮像部1は、装置本体11に対して駆動するように形成されており、このため装置本体11内に固定して設けられているハーフミラー6及び凹面鏡5に対して駆動するように形成されている。
At this time, the imaging unit 1 is formed so as to be driven with respect to the apparatus
また、演算制御部3は、必要なソフトウェア、撮像画像23の情報、演算結果の情報等を記憶するメモリ等の記憶手段、各種装置の動作制御や演算処理などを行うCPU等で構成される制御手段などから構成することができる。この演算制御部3は、撮像部1で撮像された撮像画像の画像処理、映像提示手段4に提示する映像の生成、撮像部駆動部16、映像提示手段駆動部18等の動作制御を行うものであり、本発明に係る瞳孔検出装置全体の動作制御を行う。具体的な動作制御の例は後述する。
The
また、瞳孔検出装置には、必要に応じて各種機能を付加することができ、例えば眼振検査装置として用いる場合には、計測された眼球Eの動きの時系列データからリズムゆらぎ解析を行う解析機能、眼振が被験者の身体の末梢系疾患に起因した異常であるか中枢系疾患に起因した異常であるかを推定する推定機能、前記解析結果や推定結果を例えば診断支援データとして表示する表示機能等を付加することができる。解析機能や推定機能などは、上記演算制御部3に具備させることができ、或いは別途の装置を設けることができる。また、表示機能を具備させるためには、例えば、プリンタなどの印刷装置や、CRTディスプレイ、液晶ディスプレイなどの表示装置14を設けることができる。
In addition, various functions can be added to the pupil detection device as necessary. For example, when used as a nystagmus inspection device, analysis for performing rhythm fluctuation analysis from time-series data of the measured movement of the eyeball E Function, estimation function to estimate whether nystagmus is an abnormality caused by peripheral disease of the subject's body or an abnormality caused by central system disease, display that displays the analysis result and estimation result as diagnostic support data, for example Functions and the like can be added. An analysis function, an estimation function, and the like can be provided in the
以下に、上記のような瞳孔検出装置の動作について説明する。 The operation of the above pupil detection device will be described below.
まず、被験者が測定装置10を装着した状態で、映像表示手段3が映像20を表示する。映像20としては、被験者の眼球Eの往復運動を誘発させるための視標、例えば複数本の縦線を有する縞模様が時間経過とともに移動するものなどを表示する。
First, the video display means 3 displays the
映像表示手段から出た光の一部は図1中に実線の矢印で示すように、ハーフミラー6で凹面鏡5側に反射された後、さらに凹面鏡5で反射され、凹面鏡5で反射された光の一部はハーフミラー6を透過し、被験者の眼球Eに入射する。このとき、被験者は、拡大された虚像を見ることになる。
A part of the light emitted from the image display means is reflected by the half mirror 6 toward the
また、赤外光照射手段9から被験者の眼球Eに向けて照射された赤外光は眼球Eの瞳孔Pでは透過するが、図1中に実線矢印で示すように瞳孔P以外の部位では反射され、その反射光のほとんどがハーフミラー6で反射されて撮像部1で受光され、これにより眼球Eの画像が撮像される。 Further, the infrared light irradiated from the infrared light irradiation means 9 toward the eyeball E of the subject is transmitted through the pupil P of the eyeball E, but is reflected at portions other than the pupil P as shown by solid arrows in FIG. Then, most of the reflected light is reflected by the half mirror 6 and received by the imaging unit 1, whereby an image of the eyeball E is captured.
演算制御部3は、上記撮像部1にて撮像された、図5(a)に示されるような眼球Eの撮像画像23から、適宜の画像処理の手法により、瞳孔Pに対応する領域を抽出すると共に、前記領域の中心位置21を導出する。瞳孔Pに対応する領域の抽出は、適宜の画像処理技術を適用して行うようにすることができるが、例えば撮像画像23を二値化処理することにより撮像画像23から瞳孔Pに対応する領域を抽出することができる。また、前記領域の中心位置21の導出は、例えば瞳孔Pに対応する領域を内接する円を導出してこの円の中心を瞳孔の中心位置21として導出したり、或いは抽出された瞳孔Pの領域の重心位置を導出して、この重心位置を瞳孔Pの中心位置21として導出したりすることができる。この場合、抽出された瞳孔Pの領域が真円ではなかったり、瞳孔Pの領域の輪郭にがたつきが生じたりしていても、瞳孔Pの中心位置21を迅速且つ簡便に導出することができる。
The
上記のように瞳孔Pの中心位置21が計測されたら、予め設定されている瞳孔Pの最適な中心位置22と、前記計測された実際の瞳孔Pの中心位置21との差を導出する。この差は、予め設定されている平面座標系における二軸の各座標の値の差(Δx、Δy)として導出することができる。
When the
そして、上記で得られた差の値に基づいて、撮像部1の移動量を導出し、撮像部駆動部16により撮像部1を駆動する(図2参照)。これにより、撮像画像23中における瞳孔中心の設定上の配置位置に、実際の瞳孔Pの中心位置21が配置されるようにするものである(図5(b)参照)。
Based on the difference value obtained above, the amount of movement of the imaging unit 1 is derived, and the imaging
上記のように撮像部1を移動させる場合は、例えば本実施形態において撮像部1を前後方向に移動する場合のように、眼球Eから撮像部1への光路長が変化することがある。この場合には、撮像部1を撮像部1への光の入射方向に沿って駆動自在に形成したり、レンズ調整可能に形成したりして、焦点合わせが可能に形成することが好ましく、特に自動焦点合わせ機能を有する撮像部1を用いることが好ましい。 When moving the imaging unit 1 as described above, for example, the optical path length from the eyeball E to the imaging unit 1 may change as in the case where the imaging unit 1 is moved in the front-rear direction in the present embodiment. In this case, it is preferable to form the imaging unit 1 so that it can be driven along the incident direction of the light to the imaging unit 1 or to be able to adjust the lens so that focusing can be performed. It is preferable to use the imaging unit 1 having an automatic focusing function.
また、このように撮像部1を、撮像画像23における瞳孔Pの中心位置21を調整するために駆動してその配置位置を変更する場合には、それに伴って映像表示手段3の配置位置も変更することが好ましい。すなわち、撮像画像23中における瞳孔Pの中心位置21が設定位置からずれている場合には、同時に映像表示手段3から眼球Eに向けて投影される映像の位置もずれることとなり、このような位置ずれを是正するために、映像表示手段3を移動させるものである。
Further, when the image pickup unit 1 is driven to adjust the
このとき映像表示手段3は、撮像部1と同様に、映像表示手段駆動部18を備え、これにより例えば前記平面上で直交する二軸方向にスライドするように駆動可能に形成することができる。ここで、例えば、映像表示手段駆動部18は映像表示手段3を一軸方向にスライド移動可能に支持するスライド支持台19を備え、映像表示手段3はステッピングモータ等にて構成されるアクチュエータからの駆動力を受けて前記軸方向に駆動可能に形成されている。また、スライド支持台19は装置本体11に対して前記軸方向と直交する他の軸方向にスライド移動可能に支持されており、スライド支持台19はステッピングモータ等にて構成されるアクチュエータからの駆動力を受けて前記軸方向に駆動可能に形成されている。これにより、映像表示手段3は二軸方向(前後左右方向)に駆動可能に形成することができる。このように映像表示手段3を駆動することで、映像表示手段3に表示される映像20の配置位置を変更することができる(図3参照)。
At this time, the image display means 3 includes the image display means
映像表示手段3の移動量は、撮像部1の場合と同様に、瞳孔中心の設定上の配置位置と、前記計測された実際の瞳孔Pの中心位置21との差に基づいて導出される。
The amount of movement of the image display means 3 is derived based on the difference between the setting position of the pupil center and the measured
また、映像表示手段3を移動させずに、映像表示手段3に表示される映像20の、画面内における表示位置を移動させるようにしても良いものであり、この場合は映像表示手段3を駆動させるための駆動機構を必要とすることなく、眼球Eに投影される映像20の位置を是正することができる。この場合の映像20の移動量は、瞳孔中心の設定上の配置位置と、前記計測された実際の瞳孔Pの中心位置21との差に基づいて導出される(図4参照)。
Further, the display position of the
このようにして撮像画像23における瞳孔Pの中心の配置位置を調整し、或いは更に映像表示手段3にて表示される映像20の位置の調整をした後、映像表示手段3にて表示される視標、例えば複数本の縦線を有する縞模様を、時間経過とともに移動させるようにして、眼球運動を誘発し、この状態で、瞳孔Pの中心位置の変化を計測する。瞳孔Pの中心位置の計測は上記の場合と同様に適宜の画像処理の手法により行うことができるものであり、このような処理を繰り返し行うことにより、眼球運動に基づく瞳孔Pの中心位置21の経時的変化を検知することができ、これにより眼球Eの動きを計測することができる。
In this way, the position of the center of the pupil P in the captured
そして、眼振検査を行う場合には、この計測された眼球Eの動きの時系列データからリズムゆらぎ解析を行い、その結果をプリンタなどの印刷装置や、CRTディスプレイ、液晶ディスプレイなどの表示装置14で表示することができる。また、眼振が被験者の身体の末梢系疾患に起因した異常であるか中枢系疾患に起因した異常であるかを推定し、その結果を前記と同様に表示するようにしても良い。
When performing nystagmus examination, rhythm fluctuation analysis is performed from the measured time series data of the movement of the eyeball E, and the result is displayed on a printing device such as a printer, or a
本発明に係る瞳孔検出装置は、上述のように眼振検査に好適に適用することができるが、これに限定されるものではない。 The pupil detection device according to the present invention can be suitably applied to nystagmus examination as described above, but is not limited thereto.
1 撮像部
3 演算制御部
4 映像表示手段
16 撮像部駆動部
18 映像表示手段駆動部
20 映像
21 中心位置
22 中心位置
23 撮像画像
E 眼球
P 瞳孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image pick-up
Claims (4)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004280408A JP2006087831A (en) | 2004-09-27 | 2004-09-27 | Pupil detection apparatus and pupil detection method |
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