JP2006280938A - 安全な眼球検出 - Google Patents

Abstract

【課題】眼球検出システムにおいて、被験者の目を保護すること
【解決手段】被験者の目の位置を安全に検出するための眼球検出システムは、眼球検出システムから被験者までの距離を判断し、被験者が眼球検出システムに接近しすぎている場合には、眼球検出システムの少なくとも１つの一次光源のパワーレベルを低減する。被験者が眼球検出システムにあまり接近していない場合には、眼球検出システムの少なくとも１つの一次光源のパワーレベルが上げられ、提供されるパワーレベルは所定の最大パワーレベル未満である。少なくとも１つの一次光源からの一次光は、被験者から反射され、１つ又は複数のイメージを得るために撮像装置により検出され、１つ又は複数のイメージから被験者の目の位置が判断される。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して眼球検出の分野に関する。より具体的には、本発明は、目の位置及び視線の方向を安全に検出するための方法と装置に関する。

顔のエピポーラステレオイメージの解析に基づいた眼球検出システムは、人間の目の位置と視線の方向を報じる際に高い精度を達成している。このシステムを実現するための簡単な光学的な手法は、目を照射するために赤外線（ＩＲ）光を使用することである。光は目の内側後面から反射されて、撮像装置によって検出される。２組のＩＲ光源を使用することにより、２組のイメージが撮像装置によって検出される。それらの光源は時間的に分離されるか、又は異なる波長を有することができ、それらのイメージは、時間ゲーティング又は波長フィルタリングにより分離され得る。これらのイメージはデジタル的に処理されて、瞳孔位置を表す明るい円を生成する。

この手法の欠点は、被験者が光源及び撮像装置に接近しない場合に、使用できないことである。これは、より強力なＩＲ光源を使用する必要があるということになる。係る光源は、被験者が光源に接近しすぎて直接的に光源を凝視する場合に、安全面でのリスクをもたらす。係る高パワー信号に対する長い曝露により、目が損傷を受ける可能性がある。例えば、システムが１２ｃｍよりも長い距離で安全であるように設計されている場合、例えばテレビの具現化形態の場合のように被験者が検出器から２ｍを超えて離れている場合には、係る手法は機能しない。

別の手法は、望遠レンズ、受動的照明、及び従来のイメージ処理を使用するが、この手法は適切な周囲光と共に機能するのみであり、サングラスを通して機能しない。更に、これは、目の位置を見つけるために、かなりのコンピュータ資源を必要とする。

従って、本発明の課題は、上述した技術的な問題を克服、又は少なくとも緩和することにある。

本発明は、概して目の位置を安全に検出することに関する。本発明の目的及び特徴は、本発明の以下の詳細な説明を斟酌することによって、当業者には明らかになるであろう。

本発明の一実施形態において、被験者の目の位置を安全に検出するための眼球検出システムは、眼球検出システムから被験者までの距離を判断し、被験者が眼球検出システムに接近しすぎている場合には、眼球検出システムの少なくとも１つの一次光源のパワーレベルを低減する。被験者が眼球検出システムにあまり接近していない場合には、眼球検出システムの少なくとも１つの一次光源のパワーレベルが上げられ、提供されるパワーレベルは所定の最大パワーレベル未満である。少なくとも１つの一次光源からの一次光は、被験者から反射され、１つ又は複数のイメージを得るために撮像装置により検出され、１つ又は複数のイメージから被験者の目の位置が判断される。

本発明によれば、眼球検出システムのＩＲ光源のパワーレベルは、眼球検出システムと被験者との間の距離に応じて調整される。これにより、被験者が、眼球検出システムのＩＲ光源に接近している場合に危険なレベルのＩＲ光源に曝露されることが防止される。

本発明の特徴であると考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載される。しかしながら、本発明自体、並びに使用の好適なモード、及び本発明の更なる目的と利点は、例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照して、添付図面に関連して読まれる際に最も良く理解されるであろう。

本発明は、多くの異なる形態の実施形態からなることができるが、１つ又は複数の特定の実施形態が図面に示され、本明細書において詳細に説明される。理解されるように、本開示は、本発明の原理の例示とみなされるべきであり、図示され説明される特定の実施形態に本発明を制限することは意図されていない。以下の説明において、幾つかの図面において同じ参照符号を用いて、同じ部品、類似した部品、又は対応する部品を説明する。

図１は、本発明の実施形態による方法の流れ図である。その流れ図は、被験者を照射するために赤外線（ＩＲ）光を使用する眼球検出システムの安全な動作の方法を示す。図１を参照すると、開始ブロック１０２に続いて、眼球検出システムのＩＲ光源から被験者までの距離が判断される。これは種々の態様で実施され得る。本発明の一実施形態において、赤外線近接センサが使用される。このセンサは、眼球検出システムと一体化され得る。本発明の別の実施形態において、ＩＲ光源、及び眼球検出システムの撮像装置が、近接センサとして使用される。更なる実施形態において、被験者から反射されたＩＲ光の強度が測定される。更なる実施形態において、被験者の瞳孔のイメージのサイズが測定され、被験者までの距離を判断するために使用される。また、別の実施形態において、卵形の顔のサイズが測定されて距離を判断することができる。また、当業者には明らかなように、被験者までの距離を判断するための種々の手法は、より高い精度、又はより高い信頼性を提供するように組み合わせられ得る。

判断ブロック１０６において、被験者がＩＲ光源に接近しすぎているか否か判定するために、検査が行われる。この判断は、ＩＲ光源の現在のパワーレベル、及び判断された被験者までの距離に基づくことができる。被験者が接近しすぎていると判定される場合、判断ブロック１０６からの肯定分岐部分によって示されるように、ブロック１０８において、ＩＲ光源のパワーレベルが低減される。ＩＲ光源のパワーレベルは、応用形態に適切である場合にはゼロまで低減され得る。ひとたびパワーレベルが低減されたなら、流れはブロック１０４に戻る。被験者があまり接近していないと判定された場合には、判断ブロック１０６からの否定分岐部分によって示されるように、判断ブロック１１０において検査が行われ、ＩＲ光源のパワーレベルが最大レベルに設定されているかに関して判定される。パワーレベルが最大でない場合には、判断ブロック１１０からの否定分岐部分によって示されるように、ブロック１１２においてパワーレベルが増加される。パワーレベルは、増分的に増加されるか、又は最大レベルに設定され得る。判断ブロック１１０からの肯定分岐部分によって示されるように、パワーレベルが最大である場合、又はブロック１１２においてパワーレベルが増加された場合には、流れはブロック１１４へ続き、眼球検出が実施される。単一の眼球検出測定を行うことができ、又は眼球検出は所定の時間の長さにわたって実施され得る。次いで、流れはブロック１０４に戻る。

このようにして、パワーレベルは、眼球検出システムと被験者との間の距離に応じて調整される。これにより、被験者が、眼球検出システムのＩＲ光源に接近している場合に危険なレベルのＩＲ光源に曝露されることが防止される。

図２は、本発明の実施形態による眼球検出システムの模式図である。図２において、支持構造体２０２は、第１の駆動信号２０６により駆動される第１のＩＲ光源２０４と、第２の駆動信号２１０により駆動される第２のＩＲ光源２０８とを支持する。この実施形態において、第１のＩＲ光源２０４は、「軸外」光源であり、第２のＩＲ光源２０８は、「軸上」光源である。本発明の一実施形態において、第１及び第２の光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源である。光源は異なる波長の光を放出することができ、例えば、第１の光源２０４は８５０ｎｍの光を放出することができる一方で、第２の光源２０８は７８０ｎｍの光を放出することができ、逆もまた同じである。第１の光源２０４は、光路２１４に沿って光を被験者２１２に放出し、第２の光源２０８は光路２１６に沿って光を被験者２１２に放出する。全ての光源の光からの光は、被験者２１２の瞳孔を通過し、目の裏の網膜から光路２１８に沿って撮像装置２２０へと反射される。撮像装置は、フォトダイオードのような光センサのアレイを含む。例えば、撮像装置は、第１の波長の光に敏感な第１の複数の光学検出素子と、第２の波長の光に敏感な第２の複数の光学検出素子とを含む。一実施形態において、撮像装置は、メガピクセルアレイを備えるＣＭＯＳ光学撮像装置のようなシリコン検出器である。アレイの多数のピクセルは、眼球検出器の感度を増加させる。撮像装置からサンプリングされた信号を処理して、被験者２１２の目に関連する情報が生成される。撮像装置２２０はイメージ信号２２２を出力する。

図３は、本発明の実施形態による眼球検出システムのブロック図である。図３を参照すると、眼球検出システムは、第１の光源（単数又は複数）２０４に対する第１の駆動信号（単数又は複数）２０６、及び第２の光源（単数又は複数）２０８に対する第２の駆動信号（単数又は複数）２１０を生成する信号源ドライバ３０２を含む。信号源ドライバ３０２は、駆動信号の振幅を変調することにより、又はパルス幅変調信号のパルス幅を変更することによりＩＲ光源の出力を制御することができる。光源の出力は、被験者２１２からの反射された光が所望の範囲内にあることを保証するために制御され得る。デジタル信号プロセッサのようなプロセッサ３０４は、撮像装置２２０から受け取ったイメージ信号２２２に応答して信号２０６と２１０のレベルを制御するように信号源ドライバ３０２を制御する。例えば、光源２０４と２０８は、光源２０４と２０８からの被験者２１２の距離を判断するための近接センサとして、撮像装置２２０と共に使用され得る。代案として、被験者の網膜から反射された光の強度を測定することができ、又は網膜のイメージのサイズを測定することができ、又は顔のサイズを測定することができる。反射された光の強度は、被験者が眼球検出システムに対してより接近するように移動する場合に増加し、そのため被験者の近接性の判断が可能になる。また、網膜のイメージのサイズは、被験者が眼球検出システムに対してより接近するように移動する場合に増加し、そのためこれも被験者の近接性の判断を可能にする。追加の検査として、２つの網膜のイメージの間隔を測定することができる。大きな間隔は、被験者が眼球検出器に対して近いことを示す。しかしながら、小さい間隔は、被験者が遠く離れていることを示すことはできない。プロセッサ３０４は、撮像装置からの信号２２２を受け取って解析し、眼球検出を実施して被験者の近接性を判断する。眼球検出情報３０６を用いて、いろいろなシステムを制御することができる。例えば、図３に示されるように、カメラ３１０のパン、傾け、及びズームを制御するカメラコントローラ３０８に、眼球検出情報３０６を送ることができる。係るシステムの１つの用途は、顔認識用である。カメラのパン、傾け、及びズームを用いて、イメージをイメージフレーム内の好適な位置に配置してイメージの最適な倍率を保証することができる。これにより、イメージを解析して最大イメージ品質を保証するために必要な後処理の量が低減される。

図４は、本発明の更なる実施形態による眼球検出システムの模式図である。図４において、支持構造体２０２のうちの１つが、信号放出器４０２を支持する。信号放出器４０２からの光は、信号経路４０４に沿って送られる。被験者２１２、又は他の対象物が眼球検出システムに接近している場合、信号は、被験者から信号経路４０６に沿って信号検出器４０８へと反射される。信号放出器４０２は、例えばＬＥＤのようなＩＲ光源とすることができ、この場合、ＩＲ光源の波長は、ＩＲ光源２０４と２０８によって放出されるものとは異なるように選択される。信号検出器４０８は、ＰＩＮ（positive-intrinsic-negative）フォトダイオードとすることができる。被験者２１２から反射された信号が信号検出器４０８で検出された場合、ＩＲ光源はスイッチオフされるか、又は低減されたパワーレベルで動作することができる。

図５は、本発明の更なる実施形態による眼球検出システムのブロック図である。ＩＲ光源２０４と２０８、及び眼球検出に使用される撮像装置２２０に加えて、システムは、被験者の近接性の検出に使用される信号放出器４０２と信号検出器４０８とを含む。信号放出器４０２は、被験者２１２から反射されて信号検出器４０８により受信される信号を放出する。プロセッサ３０４は、撮像装置２２０から受信したイメージ信号２２２に応答して、信号２０６と２１０のレベルを制御するために信号源ドライバ３０２を制御する。信号放出器４０２と信号検出器４０８は、放出器からの信号が直接路を介して検出器に到達することを防止するように互いに対して配置され得る。また、プロセッサ３０４は、信号放出器４０２を駆動するために使用される信号を制御するために信号源ドライバ３０２も制御する。プロセッサ３０４は、撮像装置からの信号２２２を受信して解析して眼球検出を実施し、及び被験者の近接性を判断するために信号検出器４０８からの信号も受信する。ＩＲ光源は、被験者がＩＲ光源に接近しすぎていることが検出される場合に、スイッチオフされるか、又は低減されたパワーレベルで動作することができる。

眼球検出システムを用いて、いろいろなシステムに情報を提供することができる。これらには、被験者の顔を追跡するカメラ、注視する目が検出されない場合に電力を節約するために暗くされるか、又はスイッチオフされ得る光ディスプレイ、表示されたイメージの向きを観察者の向きに一致させるように制御する光ディスプレイ、ユーザによって視認される物体を選択するために表示画面をあちこちナビゲートするコンピュータインターフェース、及び他の視線制御型ターゲッティングシステムが含まれる。

当業者には認識されるように、本発明は、例示的な実施形態に関して説明された。しかしながら、本発明は、そのように制限されない。なぜなら、本発明は、説明されて特許請求されたような本発明と等価な特殊用途のハードウェア及び／又は専用プロセッサなどのハードウェアコンポーネントの等価物を用いて実施され得るからである。同様に、汎用コンピュータ、マイクロプロセッサを用いたコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、専用プロセッサ、カスタム回路、ＡＳＩＣＳ、専用の配線論理回路、及び／又はプログラム可能ゲートアレイを用いて、本発明の代替の等価な実施形態を構成することができる。

本発明は、特定の実施形態に関連して説明されたが、上記の説明に鑑みて、多くの代替形態、修正形態、置換形態、及び変形形態が当業者に明らかになることは明白である。従って、本発明は、係る代替形態、修正形態、及び変形形態を添付の特許請求の範囲内に入るものとして包含することが意図されている。

本発明の実施形態による方法の流れ図である。 本発明の実施形態による眼球検出システムの模式図である。 本発明の実施形態による眼球検出システムのブロック図である。 本発明の更なる実施形態による眼球検出システムの模式図である。 本発明の更なる実施形態による眼球検出システムのブロック図である。

符号の説明

204、208 光源
206、210 駆動信号
212 被験者
220 撮像装置
222 イメージ信号
302 信号源ドライバ
304 プロセッサ
308 カメラ
402 信号放出器
408 信号検出器

Claims (21)

1. 被験者の目の位置を安全に検出するための眼球検出システムの動作の方法であって、
   前記眼球検出システムから被験者までの距離を判断し、
   被験者が前記眼球検出システムに接近しすぎている場合には、前記眼球検出システムの少なくとも１つの一次光源のパワーレベルを低減し、
   被験者が前記眼球検出システムにあまり接近していない場合には、前記眼球検出システムの少なくとも１つの一次光源のパワーレベルを増加させ、提供されるパワーレベルが所定の最大パワーレベル未満であり、
   被験者から反射された、少なくとも１つの一次光源からの一次光を検出して、少なくとも１つのイメージを得て、及び
   前記少なくとも１つのイメージに従って被験者の目の位置を検出することを含む、方法。
2. 前記眼球検出システムから被験者までの距離を判断することが、
   二次光源からの光を放出し、
   被験者から反射された、二次光源からの光を検出して、反射された光信号を得て、及び
   前記反射された光信号を解析して、前記眼球検出システムから被験者までの距離を判断することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記二次光源が赤外線光源であり、被験者から反射された、前記二次光源からの光を検出することが、赤外線光検出器により実施される、請求項２に記載の方法。
4. 前記眼球検出システムから被験者までの距離を判断することが、前記少なくとも１つのイメージを処理して、被験者の目から反射された一次光の強度を判断することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記眼球検出システムから被験者までの距離を判断することが、前記少なくとも１つのイメージを処理して、被験者の目から反射された一次光のイメージのサイズを判断することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記眼球検出システムから被験者までの距離を判断することが、前記少なくとも１つのイメージを処理して、被験者の顔に関するイメージのサイズを判断することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記眼球検出システムの少なくとも１つの一次光源のパワーレベルは、被験者が第１のレベルに関する安全な最小距離より接近している場合に、前記第１のレベルから低いレベルへ低減される、請求項１に記載の方法。
8. 被験者の目の位置が検出されたか否かに応じて、外部装置を制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 被験者の目の位置に応じて外部装置を制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記外部装置がカメラを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記外部装置が視覚的表示画面を含む、請求項９に記載の方法。
12. 被験者の目の位置を安全に検出するための眼球検出システムであって、
    一次光を放出するように動作可能な少なくとも１つの一次光源と、
    被験者から反射された一次光を検出してそれからイメージを生成するように動作可能な撮像装置と、
    前記少なくとも１つの一次光源に駆動信号を提供するように動作可能な信号源ドライバと、
    被験者の目の位置を検出するために前記イメージを処理するように動作可能なプロセッサと、及び
    前記眼球検出システムに対する被験者の近接性を検出するように動作可能な近接センサとを含み、
    前記プロセッサが、前記眼球検出システムに対する被験者の近接性に応じて、前記少なくとも１つの一次光源への前記駆動信号を調節するために前記信号源ドライバを制御するように動作可能である、眼球検出システム。
13. 前記近接センサが、
    二次光を放出するように動作可能な二次光源と、及び
    被験者から反射された二次光を検出するように動作可能な光検出器とを含む、請求項１２に記載の眼球検出システム。
14. 前記一次光が第１の波長を有する赤外線光からなり、前記二次光が第２の波長を有する赤外線光からなる、請求項１３に記載の眼球検出システム。
15. 被験者の目の位置を安全に検出するための眼球検出システムであって、
    一次光を放出するように動作可能な少なくとも１つの一次光源と、
    被験者から反射された一次光を検出してそれからイメージを生成するように動作可能な撮像装置と、
    前記少なくとも１つの一次光源に駆動信号を提供するように動作可能な信号源ドライバと、及び
    被験者の目の位置を検出するために前記イメージを処理するように動作可能なプロセッサとを含み、
    前記プロセッサが前記眼球検出システムに対する被験者の近接性を判断して、前記眼球検出システムに対する被験者の近接性に応じて、前記少なくとも１つの一次光源への前記駆動信号を調節するために前記信号源ドライバを制御するように更に動作可能である、眼球検出システム。
16. 前記プロセッサが、前記撮像装置によって生成されたイメージを処理して、被験者の目から反射された一次光のイメージのサイズを判断することにより、前記眼球検出システムに対する被験者の近接性を判断するように動作可能である、請求項１５に記載の眼球検出システム。
17. 前記プロセッサが、前記撮像装置によって生成されたイメージを処理して、被験者の目から反射された一次光の強度を判断することにより、前記眼球検出システムに対する被験者の近接性を判断するように動作可能である、請求項１５に記載の眼球検出システム。
18. 前記少なくとも１つの一次光源が、
    前記撮像装置の近傍に配置された軸上光源であって、その軸上光源から被験者までの光路が、被験者から前記撮像装置までの光路に対して第１の角度にあるようになっている、軸上光源と、及び
    軸外光源から被験者までの光路が、被験者から前記撮像装置までの光路に対して第２の角度にあるように配置された前記軸外光源とからなり、
    前記第２の角度が前記第１の角度より大きい、請求項１５に記載の眼球検出システム。
19. 前記軸上光源が、第１の波長で赤外線光を放出するように動作可能な赤外線光源であり、前記軸外光源が、第２の波長で赤外線光を放出するように動作可能な赤外線光源である、請求項１８に記載の眼球検出システム。
20. 前記撮像装置が、前記第１の波長の光に敏感な第１の複数の光学検出素子と、前記第２の波長の光に敏感な第２の複数の光学検出素子とを含む、請求項１９に記載の眼球検出システム。
21. 被験者の目の位置に応じて制御される外部装置を更に含む、請求項１９に記載の眼球検出システム。
    

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