JP2006123102A - 眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 眼球により表現される視線により観察者の注意を所望の対象物に正確に誘導することができる眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムを提供することである。
【解決手段】 知覚ずれ角度θ_e を、θ_e ＝０．０７９×θ_u −０．０２により求める。ロボット１の視線方向Ｓと頭部方向Ｒとの間の角度が注視対象角度θ_t に知覚ずれ角度θ_e を加えた値になるように眼球回転角度θ_s を設定する。それにより、ユーザ３０は、ロボット１が対象物１００を注視していると知覚することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、眼球の回転運動を制御する眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムに関する。

従来より、眼球を有する種々のロボットが開発されている（特許文献１〜４参照）。このようなロボットは、眼球の向きにより視線方向を表現している。そのため、視線方向を変更するために眼球の回転運動を制御する制御装置が設けられる。ロボットが眼球を回転させることにより視線を対象物に向けると、視線が向けられた対象物にユーザの注意が誘導される。

一方、コンピュータグラフィックス技術により作成される人物またはロボットの頭部の画像においては、眼の瞳の位置および形状により視線方向が表現される。したがって、頭部の画像においても、眼球を回転させることにより視線を対象物に向けると、視線が向けられた対象物に画像の観察者の注意が誘導される。
特開２００４−４２１５１号公報 特開２００４−２３３５８５号公報 特開２００１−１５７９９２号公報 特開平８−２２３４５号公報

しかしながら、ロボットの実際の視線方向とユーザが知覚するロボットの視線方向とが異なる場合がある。例えば、ロボットがある対象物に視線を向けている場合に、ユーザは、ロボットがその対象物からずれた位置にある他の対象物に視線を向けていると知覚することがある。このような場合、ロボットが意図する対象物とは異なる対象物にユーザの注意が誘導されることになる。

同様に、コンピュータグラフィックス技術により作成される頭部の画像の実際の視線方向と画像の観察者が知覚する頭部の画像の視線方向とが異なる場合がある。このような場合、頭部の画像が意図する対象物とは異なる対象物に観察者の注意が誘導されることになる。

本発明の目的は、眼球により表現される視線により観察者の注意を所望の対象物に正確に誘導することができる眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムを提供することである。

本発明者は、種々の実験および検討を重ねた結果、観察者に対面する人がある対象物を注視している場合に、その人の頭部が観察者に向かう方向からどちらかの側に回転されると、観察者は、その人が対象物の方向からずれた方向を注視していると知覚することを見出し、以下の発明を案出した。

第１の発明に係る眼球制御装置は、観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転角度を制御する眼球制御装置であって、観察者に向かう方向と頭部の正面の方向とのなす角度を頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得する第１の取得手段と、頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度を注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得する第２の取得手段と、第１の取得手段により取得された頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出する第１の算出手段と、第１の取得手段により取得された頭部回転角度θ_uおよび第１の算出手段により算出された知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて頭部の正面の方向を基準とする眼球の回転角度θ_sを、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出する第２の算出手段と、眼球により表現される視線の方向と頭部の正面の方向とのなす角度を第２の算出手段により算出された回転角度θ_sに設定する設定手段とを備えたものである。

本発明に係る眼球制御装置においては、第１の取得手段により観察者に向かう方向と頭部の正面の方向とのなす角度が頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得される。また、第２の取得手段により頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度が注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得される。次に、第１の算出手段により頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］が、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出される。次いで、第２の算出手段により頭部回転角度θ_uおよび知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて頭部の正面の方向を基準とする眼球の回転角度θ_sが、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出される。さらに、眼球により表現される視線の方向と頭部の正面の方向とのなす角度が設定手段により回転角度θ_sに設定される。

このようにして、頭部回転角度θ_u に応じて眼球により表現される視線の方向を対象物の方向から知覚ずれ角度θ_e ずれた方向に設定することにより、観察者は眼球の視線が対象物の方向を向いていると知覚することができる。したがって、眼球の視線により観察者の注意を所望の対象物に正確に誘導することができる。

第１の係数は約０．０８であり、第２の係数は約０．０２［ｄｅｇ］であることが好ましい。これにより、頭部回転角度θ_u に応じて対面する観察者による知覚ずれ角度を正確に求めることができる。

頭部は、ロボットの頭部であり、眼球は、ロボットの眼球であってもよい。この場合、ロボットの頭部の回転角度に応じてロボットの眼球により表現される視線の方向を対象物の方向から知覚ずれ角度ずれた方向に設定することにより、観察者はロボットの眼球の視線が対象物の方向を向いていると知覚することができる。したがって、ロボットの眼球の視線により観察者の注意を所望の対象物に正確に誘導することができる。

頭部は、頭部の画像であり、眼球は、眼球の画像であってもよい。この場合、頭部の画像の回転角度に応じて眼球の画像により表現される視線の方向を対象物の方向から知覚ずれ角度ずれた方向に設定することにより、観察者は眼球の画像の視線が対象物の方向を向いていると知覚することができる。したがって、眼球の画像の視線により観察者の注意を所望の対象物に正確に誘導することができる。

第２の発明に係る眼球制御方法は、観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転角度を制御する眼球制御方法であって、観察者に向かう方向と頭部の正面の方向とのなす角度を頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得するステップと、頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度を注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得するステップと、取得された頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出するステップと、取得された頭部回転角度θ_uおよび算出された知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて頭部の正面の方向を基準とする眼球の回転角度θ_sを、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出するステップと、眼球により表現される視線の方向と頭部の正面の方向とのなす角度を前記算出された回転角度θ_sに設定するステップとを備えたものである。

本発明に係る眼球制御方法においては、観察者に向かう方向と頭部の正面の方向とのなす角度が頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得される。また、頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度が注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得される。次に、頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］が、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出される。次いで、頭部回転角度θ_uおよび知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて頭部の正面の方向を基準とする眼球の回転角度θ_sが、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出される。さらに、眼球により表現される視線の方向と頭部の正面の方向とのなす角度が回転角度θ_sに設定される。

このようにして、頭部回転角度θ_u に応じて眼球により表現される視線の方向を対象物の方向から知覚ずれ角度θ_e ずれた方向に設定することにより、観察者は眼球の視線が対象物の方向を向いていると知覚することができる。したがって、眼球の視線により観察者の注意を所望の対象物に正確に誘導することができる。

第３の発明に係る眼球制御プログラムは、観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転角度を制御するためにコンピュータにより実行可能な眼球制御プログラムであって、観察者に向かう方向と頭部の正面の方向とのなす角度を頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得する処理と、頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度を注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得する処理と、取得された頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出する処理と、取得された頭部回転角度θ_uおよび算出された知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて頭部の正面の方向を基準とする眼球の回転角度θ_sを、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出する処理と、前記眼球により表現される視線の方向と前記頭部の正面の方向とのなす角度を前記算出された回転角度θ_sに設定するステップと眼球により表現される視線の方向と頭部の正面の方向とのなす角度を前記算出された回転角度θ_sに設定する処理とを、コンピュータに実行させるものである。

本発明に係る眼球制御プログラムにおいては、観察者に向かう方向と頭部の正面の方向とのなす角度が頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得される。また、頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度が注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得される。次に、頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］が、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出される。次いで、頭部回転角度θ_uおよび知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて頭部の正面の方向を基準とする眼球の回転角度θ_sが、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出される。さらに、眼球により表現される視線の方向と頭部の正面の方向とのなす角度が回転角度θ_sに設定される。

このようにして、頭部回転角度θ_u に応じて眼球により表現される視線の方向を対象物の方向から知覚ずれ角度θ_e ずれた方向に設定することにより、観察者は眼球の視線が対象物の方向を向いていると知覚することができる。したがって、眼球の視線により観察者の注意を所望の対象物に正確に誘導することができる。

本発明によれば、頭部回転角度θ_u に応じて眼球により表現される視線の方向を対象物の方向から知覚ずれ角度θ_e ずれた方向に設定することにより、観察者は眼球の視線が対象物の方向を向いていると知覚することができる。したがって、眼球の視線により観察者の注意を所望の対象物に正確に誘導することができる。

（１）第１の実施の形態
まず、本発明に係る眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムをロボットに適用した場合について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る眼球制御装置を備えたロボットの正面図である。図２は図１のロボットの頭部の横断面図である。図３は図１のロボットの縦断面図である。図４は図１のロボットの制御系を示すブロック図である。

図１に示すように、ロボット１は、頭部１０、頸部２０および胴部２１を備える。胴部２１上に頸部２０を介して頭部１０が設けられている。

頭部１０の前面には、右の眼球１１Ｒおよび左の眼球１１Ｌが設けられている。眼球１１Ｒ，１１Ｌは、角膜および水晶体に相当するレンズ１２Ｒ，１２Ｌを有する。頭部１０の前面の上部には光センサ１３およびＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ等のカメラ１６が取り付けられている。

図２に示すように、右の眼球１１Ｒは、右眼回転駆動装置１４Ｒにより鉛直軸の周りで左右に回転駆動される。左の眼球１１Ｌは、左眼回転駆動装置１４Ｌにより鉛直軸の周りで左右に回転駆動される。頭部１０は、頭部回転駆動装置２２により鉛直軸の周りで左右に回転駆動される。

図３に示すように、頭部１０内の上部には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ等からなる制御装置１５が設けられている。光センサは、頭部１０に照射される光を検知する。また、カメラ１６は、頭部１０の前方の対象物を撮影する。

図４に示すように、制御装置１５は、光センサ１３の出力信号およびカメラ１６により撮影された画像を受け、右眼回転駆動装置１４Ｒ、左眼回転駆動装置１４Ｌおよび頭部回転駆動装置２２を制御する。この制御装置１５は、光センサ１３の出力信号に基づいて頭部１０に照射される光の方向を検出することができる。また、制御装置１５は、カメラ１６から与えられる画像に基づいてロボット１に対面するユーザ（観察者）の位置を検出することができる。制御装置１５は、ロボット制御プログラムに従って動作する。ロボット制御プログラムは、眼球制御プログラムを含む。

次に、図５および図６を参照しながら第１の実施の形態に係るロボットにおける眼球制御動作について説明する。図５および図６は第１の実施の形態に係るロボットにおける眼球制御動作の原理を説明するための図であり、（ａ）はロボット、ユーザおよび対象物の関係を示す平面図、（ｂ）は左の眼球の平面図である。

後述するように、本実施の形態に係るロボット１は、視線により所望の対象物にユーザの注意を誘導することができる。

図５および図６において、頭部１０の中心点Ｏから左の眼球１１Ｌと右の眼球１１Ｒとを結ぶ線分の中点を通って前方に向かう方向を頭部方向Ｒと呼ぶ。また、頭部１０の中心点Ｏからユーザ（観察者）３０の頭部の中心点に向かう方向をユーザ方向Ｕと呼ぶ。ここで、ロボット１の視線によりユーザ３０の注意を対象物３０に誘導するものとする。頭部１０の中心点Ｏから対象物１００に向かう方向を注視対象方向Ｔと呼ぶ。

図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、眼球１１Ｌの中心点Ｐからレンズ１２Ｌの中心点を通って前方へ向かう方向を視線方向と定義する。右の眼球１１Ｒの視線方向も同様に定義する。

図５（ａ）および図６（ａ）において、右の眼球１１Ｒの視線方向と左の眼球１１Ｌの視線方向との交点を注視点とし、頭部１０の中心点Ｏから注視点に向かう方向を視線方向Ｓと呼ぶ。右の眼球１１Ｒの視線方向と左の眼球１１Ｌの視線方向とは厳密には異なるが、ここでは、説明を簡単にするために、右の眼球１１Ｒの視線方向および左の眼球１１Ｌの視線方向は図５（ａ）および図６（ａ）の視線方向Ｓと等しいものとする。

図５（ａ）および図６（ａ）において、ユーザ方向Ｕと頭部方向Ｒとの間の角度を頭部回転角度θ_u と定義する。頭部方向Ｒと注視対象方向Ｔとの間の角度を注視対象角度θ_t と定義する。

図５（ａ）には、ロボット１の視線方向Ｓが注視対象方向Ｔに一致する場合が示される。すなわち、ロボット１の眼球１１Ｒ，１１Ｌが対象物１００を注視している。ロボット１の頭部方向Ｒがユーザ方向Ｕからどちらかの側に回転されると、ユーザ３０は、ロボット１が注視対象方向Ｔよりも頭部方向Ｒ側にずれた方向を注視していると知覚する。ユーザ３０が知覚するロボット１の視線方向を視線知覚方向Ｅと呼ぶ。ロボット１の視線方向Ｓとユーザ３０の視線知覚方向Ｅとの間の角度を知覚ずれ角度θ_e と定義する。

すなわち、図５（ａ）の状態では、ユーザ３０は、ロボット１が視線知覚方向Ｅを注視していると知覚する。

そこで、本実施の形態では、図６（ａ）に示すように、ロボット１の視線方向Ｓと頭部方向Ｒとの間の角度が注視対象角度θ_t に知覚ずれ角度θ_e を加えた値になるように眼球回転角度θ_s を設定する。眼球回転角度θ_s は次式で表される。

θ_s ＝θ_t ＋θ_e …（１）
図６（ａ）に示すように、眼球回転角度θ_s を上式（１）のように設定することにより注視対象方向Ｔと視線知覚方向Ｅとが一致する。それにより、ユーザ３０は、ロボット１が対象物１００を注視していると知覚することができる。

ここで、後述するように、知覚ずれ角度θ_e は、頭部回転角度θ_u に依存して変化する。知覚ずれ角度θ_e は次式のように表される。

θ_e ＝ａθ_u −ｂ …（２）
上式（２）において、ａおよびｂはそれぞれ所定の係数である。後述する実験結果によると、ａ≒０．０７９であり、ｂ≒０．０２である。すなわち、知覚ずれ角度θ_e は次式（３）で表される。

θ_e ＝０．０７９×θ_u −０．０２ …（３）
次に、第１の実施の形態に係るロボットの眼球制御動作について説明する。図７は第１の実施の形態に係るロボットの眼球制御動作を示すフローチャートである。

まず、制御装置１５は、注視対象角度θ_t を決定する（ステップＳ１）。次に、制御装置１５は、カメラ１６から与えられる画像に基づいて頭部回転角度θ_u を算出する（ステップＳ２）。この場合、制御装置１５は、カメラ１６から与えられるユーザ３０の画像を解析することによりユーザ方向Ｕを判定し、ユーザ方向Ｕに基づいて頭部回転角度θ_u を算出する。

次いで、制御装置１５は、頭部回転角度θ_u が−１５°以上＋１５°以下の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。本実施の形態では、頭部回転角度θ_u の限界値を±１５°とする。

頭部回転角度θ_u が−１５°以上＋１５°以下の範囲内にない場合には、警告の発生および頭部１０の回転操作を行い（ステップＳ４）、ステップＳ１に戻る。ここで、警告は、スピーカ（図示せず）による警告音または表示ランプ（図示せず）による警告表示である。

頭部１０の回転操作によりユーザ方向Ｕおよび頭部回転角度θ_u が変化する。ステップＳ３において頭部回転角度θ_u が−１５°以上＋１５°以下の範囲内にある場合には、制御装置１５は、頭部回転角度θ_u に基づいて上式（３）より知覚ずれ角度θ_e を算出する（ステップＳ５）。

さらに、制御装置１５は、注視対象角度θ_t および知覚ずれ角度θ_e に基づいて上式（１）より眼球回転角度θ_s を算出する（ステップＳ６）。

次いで、制御装置１５は、右眼回転駆動装置１４Ｒおよび左眼回転駆動装置１４Ｌにより眼球１１Ｒ，１１Ｌをそれぞれ眼球回転角度θ_s 回転させる（ステップＳ７）。

本実施の形態に係るロボット１においては、頭部回転角度θ_u に応じて視線方向Ｓを注視対象方向Ｔから知覚ずれ角度θ_e ずれた方向に制御することにより、ユーザ３０はロボット１が対象物１００を注視していると知覚することができる。したがって、ロボット１の視線によりユーザ３０の注意を所望の対象物１００に誘導することができる。

本実施の形態においては、制御装置１５が第１の取得手段、第２の取得手段、第１の算出手段および第２の算出手段に相当し、右眼回転駆動装置１４Ｒおよび左眼回転駆動装置１４Ｌが設定手段に相当する。

（２）第２の実施の形態
次に、本発明に係る眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムを画像作成装置に適用した場合について説明する。

図８は本発明の第２の実施の形態の係る画像作成装置の構成を示すブロック図である。

画像作成装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）５０１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）５０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５０３、入力装置５０４、表示装置５０５、外部記憶装置５０６、記録媒体駆動装置５０７および入出力インタフェース５０８を含む。この画像作成装置５０は、コンピュータグラフィックス画像（以下、ＣＧ画像と呼ぶ）を作成する。

入力装置５０４は、キーボード、マウス等からなり、各種指令および各種データを入力するために用いられる。ＲＯＭ５０２にはシステムプログラムが記憶される。記録媒体駆動装置５０７は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）ドライブ、フレキシブルディスクドライブ等からなり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク等の記録媒体５０９に対してデータの読み書きを行う。

記録媒体５０９には、画像作成プログラムが記録されている。画像作成プログラムは、眼球制御プログラムを含む。外部記憶装置５０６は、ハードディスク装置等からなり、記録媒体駆動装置５０７を介して記録媒体５０９から読み込まれた画像作成プログラムおよび各種データを記憶する。ＣＰＵ５０１は、外部記憶装置５０６に記憶された画像作成プログラムをＲＡＭ５０３上で実行する。

表示装置５０５は、液晶表示パネル、ＣＲＴ（陰極線管）等からなり、各種画像を表示する。入出力インタフェース５０８には、デジタルカメラ、イメージスキャナ、プリンタ等の外部機器を接続することができる。入出力インタフェース５０８は、デジタルカメラ、イメージスキャナ等の外部機器により画像データとして与えられる画像を外部記憶装置５０６に転送するとともに、画像作成プログラムにより作成された画像をプリンタ等の外部機器に転送する。

なお、画像作成プログラムを記録する記録媒体５０９として、ＲＯＭ等の半導体メモリ、ハードディスク等の種々の記録媒体を用いることができる。また、画像作成プログラムを通信回線等の通信媒体を介して外部記憶装置５０６にダウンロードし、ＲＡＭ５０３上で実行してもよい。

図９は図８の画像作成装置の動作を示すフローチャートである。この画像作成装置の動作は、画像作成プログラムに従ってＣＰＵ５０１により制御される。

まず、ＣＰＵ５０１は、頭部回転角度θ_u を決定する（ステップＳ１１）。次に、ＣＰＵ５０１は、注視対象方向θ_t を決定する（ステップＳ１２）。続いて、ＣＰＵ５０１は、頭部回転角度θ_u が−１５°以上＋１５°以下の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

頭部回転角度θ_u が−１５°以上＋１５以下の範囲内にない場合には、ＣＰＵ５０１は、警告の発生および頭部回転角度θ_u の修正を行う（ステップＳ１４）。ここで、警告は、スピーカ（図示せず）による警告音または表示ランプ（図示せず）による警告表示である。

ステップＳ１３において頭部回転角度θ_u が−１５°以上＋１５以下の範囲内にある場合には、ＣＰＵ５０１は、頭部回転角度θ_u に基づいて上式（３）より知覚ずれ角度θ_e を算出する（ステップＳ１５）。

次いで、ＣＰＵ５０１は、注視対象方向θ_t および知覚ずれ角度θ_e に基づいて上式（１）より眼球回転角度θ_s を算出する（ステップＳ１６）。

さらに、ＣＰＵ５０１は、頭部回転角度θ_u に基づいて頭部１０の画像を作成する（ステップＳ１７）。また、ＣＰＵ５０１は、眼球回転角度θ_s に基づいて眼球内の瞳（瞳孔）の位置を決定する（ステップＳ１８）。眼球内の瞳の位置の決定方法については後述する。

最後に、ＣＰＵ５０１は、眼球内の瞳の位置に基づいて右眼および左眼の画像を作成する（ステップＳ１９）。

図１０は眼球内の瞳の位置の決定方法を説明するための模式図であり、（ａ）は眼球を上から見た図を示し、（ｂ）は眼の画像を示す。

図１０（ａ）に示すように、まず、眼球８１の中心点Ｐからユーザ方向Ｕを作図する。ここでは、観察者が表示装置の正面から画面を見ることを想定し、ユーザ方向Ｕは、画面に垂直な方向に設定する。

次に、頭部回転角度θ_uに基づいて頭部方向Ｒを作図する。また、注視対象角度θ_tに基づいて注視対象方向Ｔを作図する。さらに、知覚ずれ角度θ_eに基づいて視線方向Ｓを作図する。視線方向Ｓを中心として角膜部分８２を作図する。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、眼６１の外形を描画し、眼６１内に図１０（ａ）の視線方向Ｓと角膜部分８２との交点を投影することにより瞳孔６２を描画し、さらに虹彩６３を描画する。このようにして、視線方向Ｓを注視する眼の画像が作成される。

図１１は第２の実施の形態に係る画像作成装置により作成される画像の例を示す模式図である。

図１１（ａ）に示す画像５００においては、頭部６０が正面を向き、眼６１Ｒ，６１Ｌの視線方向が対象物７０を向いている。

また、図１１（ｂ）に示す画像５０１においては、頭部６０が左前方を向き、眼６１Ｒ，６１Ｌの視線方向が対象物７０よりも左側の点７５を向いている。これにより、画像５０１を見る人は、眼６１Ｒ，６１Ｌが対象物７０を注視していると知覚することができる。

図１２は第２の実施の形態に係る画像作成装置により作成されたＣＧ画像の一例を示す図である。図１２のＣＧ画像においては、図９に示した方法により右および左の眼の視線方向が決定されている。

本実施の形態に係る画像作成装置５０においては、頭部の画像の回転角度に応じて眼の画像の視線方向を注視対象方向から知覚ずれ角度ずれた方向に制御することにより、観察者は眼の画像が対象物を注視していると知覚することができる。したがって、眼の画像の視線により観察者の注意を所望の対象物に誘導することができる。

本実施の形態においては、ＣＰＵ５０１が第１の取得手段、第２の取得手段、第１の算出手段、第２の算出手段および設定手段に相当する。

（式（３）の導出のための実験）
人間の視線方向の知覚に対して頭部方向が及ぼす影響を調べるために次のような実験を行い、上式（３）を導出した。図１３は視線方向の知覚実験の方法を示す模式図である。

着席する実験者１１０の前方に距離Ｌを隔てて被験者１２０が着席する。被験者１２０としては、健常な視力を有する日本人の男女の合計９名を採用した。実験者１１０と被験者１２０との間の距離Ｌは２００ｃｍとした。

被験者１２０の眼の高さの位置に直径７〜１０ｃｍの１３個の玉を対象物１３０として水平方向に配置した。以下、被験者１２０の左方向を−（負の符号）で表し、右方向を＋（正の符号）で表す。

対象物１３０の配置箇所は、実験者１１０の両眼間の中心から被験者２００の両眼間の中心に向かう方向を０度とし、０度、±２．５度、±５度、±７．５度、±１０度、±１２．５度および±１５度の計１３箇所とした。

実験者１１０の頭部に光を照射するための光源してライト４００，４１０を２箇所に設けた。ライト４００は、実験者１１０の正面から実験者１１０の頭部に光を照射するように、被験者１２０の後方に配置した。また、ライト４０１は、実験者１１０の右前方の６０度の方向から実験者１１０の頭部に光を照射するように配置した。

実験者１１０は、頭部を−１５度、−５度、０度、＋５度および＋１５度のいずれかの方向に回転させた状態で左右の眼で０度、±２．５度、±５度、±１０度および±１５度のいずれかの方向の対象物１３０を注視した。

被験者１２０は、実験者１１０の眼を観察し、実験者１１０の視線方向を判断する。−１５度から＋１５度の方向に位置する１３個の対象物１３０を１番〜１３番とし、被験者１２０は実験者１１０が注視する対象物１３０を番号で回答した。

図１４は視線方向の知覚実験の結果を示す図である。図１４は、ライト４００により実験者１１０の頭部に正面から光を照射した場合の実験結果である。図１４の横軸は実験者１１０の注視方向を示し、縦軸は被験者１２０の知覚方向を示す。

頭部の回転に伴い、被験者１２０の知覚方向が実験者１１０の注視方向とずれてくる。ずれの方向は頭部の回転方向とは逆になった。例えば、実験者１１０の頭部が被験者１２０からみて右側に頭部回転角度θ_u 回転した場合には、被験者１２０は実験者１１０の視線方向を実際の視線方向よりも左側に知覚ずれ角度θ_e だけずれて知覚する。

図１５は知覚実験の結果に基づく頭部回転角度と知覚ずれ角度の関係を示す図である。図１５の横軸は頭部回転角度を示し、縦軸は知覚ずれ角度を示す。図１５の関係から上式（３）が導出される。

なお、ライト４１０により実験者１１０の右前方６０度の方向から実験者の頭部に光を照射した場合には、頭部回転角度θ_u と知覚ずれ角度θ_e との関係が図１５の関係とは異なった。すなわち、頭部の左右に光量差がある場合には、頭部回転角度θ_u と知覚ずれ角度θ_e との関係を表わす式（２）の係数ａおよびｂの値が異なることがわかった。したがって、頭部の左右に光量差がある場合には、式（２）の係数ａおよびｂを光量差に基づいて修正することが好ましい。

本発明は、ロボット、画像作成等に利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る眼球制御装置を備えたロボットの正面図である。 図１のロボットの頭部の横断面図である。 図１のロボットの縦断面図である。 図１のロボットの制御系を示すブロック図である。 第１に実施の形態に係るロボットにおける眼球制御動作の原理を説明するための図である。 第１の実施の形態に係るロボットにおける眼球制御動作の原理を説明するための図である。 第１の実施の形態に係るロボットの眼球制御動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の係る画像作成装置の構成を示すブロック図である。 図８の画像作成装置の動作を示すフローチャートである。 眼球内の瞳の位置の決定方法を説明するための模式図である。 第２の実施の形態に係る画像作成装置により作成される画像の例を示す模式図である。 第２の実施の形態に係る画像作成装置により作成されたＣＧ画像の一例を示す図である。 視線方向の知覚実験の方法を示す模式図である。 視線方向の知覚実験の結果を示す図である。 知覚実験の結果に基づく頭部回転角度と知覚ずれ角度の関係を示す図である。

符号の説明

１ ロボット
１０ 頭部
１１Ｒ 右の眼球
１１Ｌ 左の眼球
１２Ｒ，１２Ｌ レンズ
１４Ｒ 右眼回転駆動装置
１４Ｌ 左眼回転駆動装置
１５ 制御装置
２０ 頸部
２１ 胴部
５０ 画像作成装置
６１ 眼
６２ 瞳孔
８１ 眼球
８２ 角膜部分
５０１ ＣＰＵ
５０２ ＲＯＭ
５０３ ＲＡＭ
５０４ 入力装置
５０５ 表示装置
５０６ 外部記憶装置
５０７ 記録媒体駆動装置
５０８ 入出力インタフェース
５０９ 記録媒体
Ｐ 中心点

Claims (6)

1. 観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転角度を制御する眼球制御装置であって、
   観察者に向かう方向と前記頭部の正面の方向とのなす角度を頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得する第１の取得手段と、
   前記頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度を注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得する第２の取得手段と、
   前記第１の取得手段により取得された頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて前記観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出する第１の算出手段と、
   前記第１の取得手段により取得された頭部回転角度θ_uおよび前記第１の算出手段により算出された知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて前記頭部の正面の方向を基準とする前記眼球の回転角度θ_sを、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出する第２の算出手段と、
   前記眼球により表現される視線の方向と前記頭部の正面の方向とのなす角度を前記第２の算出手段により算出された回転角度θ_sに設定する設定手段とを備えたことを特徴とする眼球制御装置。
2. 前記第１の係数は約０．０８であり、前記第２の係数は約０．０２［ｄｅｇ］であることを特徴とする請求項１記載の眼球制御装置。
3. 前記頭部は、ロボットの頭部であり、前記眼球は、前記ロボットの眼球であることを特徴とする請求項１または２記載の眼球制御装置。
4. 前記頭部は、頭部の画像であり、前記眼球は、前記眼球の画像であることを特徴とする請求項１または２記載の眼球制御装置。
5. 観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転角度を制御する眼球制御方法であって、
   観察者に向かう方向と前記頭部の正面の方向とのなす角度を頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得するステップと、
   前記頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度を注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得するステップと、
   前記取得された頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて前記観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出するステップと、
   前記取得された頭部回転角度θ_uおよび前記算出された知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて前記頭部の正面の方向を基準とする前記眼球の回転角度θ_sを、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出するステップと、
   前記眼球により表現される視線の方向と前記頭部の正面の方向とのなす角度を前記算出された回転角度θ_sに設定するステップとを備えたことを特徴とする眼球制御方法。
6. 観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転角度を制御するためにコンピュータにより実行可能な眼球制御プログラムであって、
   観察者に向かう方向と前記頭部の正面の方向とのなす角度を頭部回転角度θ_u［ｄｅｇ］として取得する処理と、
   前記頭部の正面の方向と対象物の方向とのなす角度を注視対象角度θ_t［ｄｅｇ］として取得する処理と、
   前記取得された頭部回転角度θ_uならびに所定の第１の係数ａおよび所定の第２の係数ｂ［ｄｅｇ］を用いて前記観察者による知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を、θ_e＝ａθ_t−ｂにより算出する処理と、
   前記取得された頭部回転角度θ_uおよび前記算出された知覚ずれ角度θ_e［ｄｅｇ］を用いて前記頭部の正面の方向を基準とする前記眼球の回転角度θ_sを、θ_s＝θ_t＋θ_eにより算出する処理と、
   前記眼球により表現される視線の方向と前記頭部の正面の方向とのなす角度を前記算出された回転角度θ_sに設定する処理とを、前記コンピュータに実行させることを特徴とする眼球制御プログラム。

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