JP2012055418A - View line detection device and view line detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被験者の周辺環境への視線を検出する視線検出装置及び視線検出方法に関する。 The present invention relates to a line-of-sight detection device and a line-of-sight detection method for detecting a line of sight to a surrounding environment of a subject.
視線検出は現代・次世代の情報環境を構築するために重要かつ必須な技術である。視線情報を用いたユーザーインタフェースやユビキタス・アンビエント環境、人の行動認識・理解やコミュニケーション解析など、視線検出に関する技術の応用範囲は広い。従って商用製品も含め多くの技術が実用化されている(特許文献1)。 Gaze detection is an important and indispensable technology for building modern and next-generation information environments. The application range of gaze detection technology is wide, such as user interface using gaze information, ubiquitous / ambient environment, human behavior recognition / understanding and communication analysis. Therefore, many technologies including commercial products have been put into practical use (Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載のシステムでは、赤外線照明を直接眼球に照射し、頭部に対する眼球の角度を測定した上で視線を推定するため、被験者の頭部にカメラや姿勢センサ等を装着しなければならず、被験者に負担がかかる。また、使用開始時に、被験者が視線を特定の位置に動かして校正することも必要である。
However, in the system described in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、頭部に対する眼球の角度を測定することなく被験者の視線を検出することができる視線検出装置及び視線検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a visual line detection device and a visual line detection method that can detect the visual line of a subject without measuring the angle of the eyeball with respect to the head. It is in.
上記課題を解決するために、本発明に係る視線検出装置の特徴的な構成は、被験者の周辺環境への視線を検出する視線検出装置であって、被験者の眼球から反射した反射光を検出する反射光検出手段と、反射光と周辺環境の光とに基づいて、被験者による被視点を検出する被視点検出手段とを備える。 In order to solve the above-described problem, a characteristic configuration of a visual line detection device according to the present invention is a visual line detection device that detects a visual line toward a surrounding environment of a subject, and detects reflected light reflected from the eyeball of the subject. The apparatus includes a reflected light detection unit and a subject detection unit that detects a subject by the subject based on the reflected light and the ambient light.
背景技術の項目で説明したように、従来の視線検出装置では、被験者の頭部に対する眼球の角度を検出する。その結果、被験者の頭部にカメラや姿勢センサ等を装着しなければならず、被験者に負担がかかる。また、使用開始時に、被験者が視線を特定の位置に動かして校正することも必要である。一方、本発明の視線検出装置によれば、反射光と周辺環境の光とに基づいて、被験者による被視点を検出する。従って、頭部に対する眼球の角度を検出することなく、被験者の周辺環境への視線を検出することができる。その結果、乳幼児の視線を検出し発達障害の有無を判断するなど、人間の視覚や知能の発達理解に適用することが可能な視線検出装置を実現することができる。 As described in the section of the background art, the conventional gaze detection device detects the angle of the eyeball with respect to the head of the subject. As a result, a camera, a posture sensor, etc. must be mounted on the subject's head, which places a burden on the subject. It is also necessary for the subject to calibrate by moving the line of sight to a specific position at the start of use. On the other hand, according to the line-of-sight detection device of the present invention, the subject's viewpoint is detected based on the reflected light and the light in the surrounding environment. Therefore, it is possible to detect the line of sight of the subject to the surrounding environment without detecting the angle of the eyeball with respect to the head. As a result, it is possible to realize a line-of-sight detection apparatus that can be applied to human visual and intelligence development understanding, such as detecting the line of sight of infants and determining the presence or absence of developmental disorders.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、周辺環境に光を投影する投影手段を更に備え、被視点検出手段は、反射光と周辺環境に投影された投影光とを照合して、被験者による被視点を検出する。投影光は、広領域に照射することが可能であるため、広域環境での視線検出が可能となる。また、周辺環境に投影する光は能動的であるため光の明るさを制御し易く、明るい反射光を検出することができ、安定した視線検出が可能となる。 According to a preferred embodiment of the eye gaze detection apparatus according to the present invention, the visual line detection device further includes a projection unit that projects light onto the surrounding environment, and the viewpoint detection unit collates the reflected light with the projection light projected onto the surrounding environment. Then, the subject by the subject is detected. Since the projection light can be applied to a wide area, it is possible to detect the line of sight in a wide area environment. Moreover, since the light projected onto the surrounding environment is active, the brightness of the light can be easily controlled, bright reflected light can be detected, and stable line of sight detection is possible.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、投影光を検出する投影光検出手段を更に備え、被視点検出手段は、反射光と検出された投影光とを照合して、被験者による被視点を検出する。従って、凹凸のある周辺環境に光が投影された場合でも、視線検出装置は被験者の周辺環境の光を検出することができる。その結果、周辺環境の形状に左右されることなく被験者の視線を高精度に検出することができる。 According to a preferred embodiment of the line-of-sight detection apparatus according to the present invention, the visual line detection device further includes a projection light detection unit that detects the projection light, and the subject detection unit collates the reflected light with the detected projection light to determine the subject. Detect the subject by. Therefore, even when light is projected onto an uneven surrounding environment, the line-of-sight detection device can detect light in the surrounding environment of the subject. As a result, the subject's line of sight can be detected with high accuracy without being influenced by the shape of the surrounding environment.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、周辺環境の光を表示する表示手段を更に備え、被視点検出手段は、反射光と表示手段に表示された表示光とを照合して、被験者による被視点を検出する。従って周辺環境の形状は常に表示手段の表示領域のため、周辺環境の形状を常に認識し得る。その結果、被験者の視線を高精度に検出することができる。また、表示手段に表示される光は能動的であるため光の明るさを制御し易く、明るい反射光を検出することができ、安定した視線検出が可能となる。 According to a preferred embodiment of the visual line detection device according to the present invention, the visual line detection device further includes display means for displaying light in the surrounding environment, and the subject detection means collates the reflected light with the display light displayed on the display means. Then, the subject by the subject is detected. Therefore, since the shape of the surrounding environment is always the display area of the display means, the shape of the surrounding environment can always be recognized. As a result, the subject's line of sight can be detected with high accuracy. Further, since the light displayed on the display means is active, it is easy to control the brightness of the light, bright reflected light can be detected, and stable line-of-sight detection is possible.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、反射光検出手段は、被験者の眼球を追跡する眼球追跡手段を更に備える。従って、被験者が挙動の不安定な者であっても、また、着座していない者であっても、被験者の眼球からの反射光を精度よく検出することができる。その結果、安定した視線検出が可能となり、更に被験者の視線を高精度に検出することができる。 According to a preferred embodiment of the eye gaze detection apparatus according to the present invention, the reflected light detection means further includes eyeball tracking means for tracking the eyeball of the subject. Therefore, even if the subject is a person whose behavior is unstable or a person who is not seated, the reflected light from the eyeball of the subject can be accurately detected. As a result, stable line-of-sight detection becomes possible, and the subject's line of sight can be detected with high accuracy.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、複数の反射光データを記録する第1記録手段と周辺環境の複数の光データを記録する第2記録手段とを更に備え、被視点検出手段は、複数の反射光データと周辺環境の複数の光データとを照合することによって、被験者による被視点を検出する。従って、所望のタイミングで反射光を検出できない場合でも、別のタイミングで検出した反射光と周辺環境の光とを照合することができる。また所望のタイミングで反射光を検出できない場合でも、別のタイミングで検出に成功したデータの外挿や内挿によって、検出に失敗したデータを推定することができる。その結果、被験者の視線を更に高精度に検出することができる。 According to a preferred embodiment of the line-of-sight detection device according to the present invention, the apparatus further comprises a first recording means for recording a plurality of reflected light data and a second recording means for recording a plurality of optical data of the surrounding environment. The detection means detects the subject by the subject by comparing the plurality of reflected light data with the plurality of light data of the surrounding environment. Therefore, even if the reflected light cannot be detected at a desired timing, the reflected light detected at another timing can be collated with the light in the surrounding environment. Even when the reflected light cannot be detected at a desired timing, the data that failed to be detected can be estimated by extrapolation or interpolation of data that has been successfully detected at another timing. As a result, the line of sight of the subject can be detected with higher accuracy.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、複数の光データは、複数のグレイコードパターンを示す。その結果、単純なパターンで被験者の被視点を高精度に検出することができる。 According to a preferred embodiment of the visual line detection device according to the present invention, the plurality of optical data indicate a plurality of gray code patterns. As a result, the subject's viewpoint can be detected with a simple pattern with high accuracy.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、反射光は、被験者の瞳の周辺部分から反射した光である。従って被験者の瞳の周辺部分から反射した光から外挿や内挿によって、瞳の中心に対応する光を推定することができる。その結果、安定した視線検出が可能となる。 According to a preferred embodiment of the visual line detection device according to the present invention, the reflected light is light reflected from the peripheral portion of the pupil of the subject. Therefore, the light corresponding to the center of the pupil can be estimated by extrapolation or interpolation from the light reflected from the peripheral portion of the subject's pupil. As a result, stable line-of-sight detection is possible.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、周辺環境の光は、赤外光である。赤外光は不可視光であるため、被験者には認識することができない。従って、被験者に気づかれることなく被験者の視線を検出し得、周辺環境の光に惑わされることで被験者の挙動が不安定になることを防ぐことができる。その結果、安定した視線検出が可能となる。 According to a preferred embodiment of the visual line detection device according to the present invention, the light in the surrounding environment is infrared light. Since infrared light is invisible, it cannot be recognized by the subject. Accordingly, the subject's line of sight can be detected without being noticed by the subject, and the subject's behavior can be prevented from becoming unstable due to being confused by the light in the surrounding environment. As a result, stable line-of-sight detection is possible.
上記課題を解決するために、本発明に係る視線検出方法の特徴的な構成は、被験者の周辺環境への視線を検出する視線検出方法であって、被験者の眼球から反射した反射光を検出する反射光検出ステップと、反射光と周辺環境の光とに基づいて、被験者による被視点を検出する被視点検出ステップとを包含する。 In order to solve the above-described problem, a characteristic configuration of a gaze detection method according to the present invention is a gaze detection method for detecting a gaze to the surrounding environment of the subject, and detects reflected light reflected from the eyeball of the subject. A reflected light detection step and a subject detection step of detecting a subject by the subject based on the reflected light and the ambient light.
本発明に係る視線検出方法によれば、上記説明した本発明の視線検出装置と同様の作用効果を奏する。すなわち、本発明の視線検出方法によれば、反射光と周辺環境の光とに基づいて、被験者による被視点を検出する。従って、頭部に対する眼球の角度を検出することなく、被験者の周辺環境への視線を検出することができる。その結果、乳幼児の視線を検出し発達障害の有無を判断するなど、人間の視覚や知能の発達理解に適用することが可能な視線検出装置を実現することができる。 According to the visual line detection method according to the present invention, the same effects as those of the visual line detection device according to the present invention described above can be obtained. That is, according to the line-of-sight detection method of the present invention, the subject's viewpoint is detected based on the reflected light and the ambient light. Therefore, it is possible to detect the line of sight of the subject to the surrounding environment without detecting the angle of the eyeball with respect to the head. As a result, it is possible to realize a line-of-sight detection apparatus that can be applied to human visual and intelligence development understanding, such as detecting the line of sight of infants and determining the presence or absence of developmental disorders.
本発明に係る視線検出方法の好適な実施形態によれば、周辺環境に光を投影する投影ステップを更に包含し、被視点検出ステップは、反射光と周辺環境に投影された投影光とを照合して、被験者による前記被視点の検出を実行する。 According to a preferred embodiment of the eye gaze detection method according to the present invention, it further includes a projection step of projecting light onto the surrounding environment, and the subject detection step collates the reflected light with the projection light projected onto the surrounding environment. Then, the subject is detected by the subject.
本発明に係る視線検出方法の好適な実施形態によれば、周辺環境の光を表示する表示ステップを更に包含し、被視点検出ステップは、反射光と表示ステップを実行することで表示された表示光とを照合して、被験者による被視点の検出を実行する。 According to a preferred embodiment of the eye gaze detection method according to the present invention, the method further includes a display step of displaying light of the surrounding environment, and the subject detection step is a display displayed by executing the reflected light and the display step. The subject is detected by comparing with the light.
図1〜図7を参照して、本発明の視線検出装置及び視線検出方法に関する実施形態を説明する。本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図せず、当該構成と均等な構成も含む。 With reference to FIGS. 1-7, embodiment regarding the gaze detection apparatus and gaze detection method of this invention is described. The present invention is not intended to be limited to the configurations described in the embodiments and drawings described below, and includes configurations equivalent to those configurations.
[実施形態1]
[投影型視線検出装置]
図1は、本発明の実施形態1に係る視線検出装置100を示す模式図である。視線検出装置100は、投影型視線検出装置である。視線検出装置100は、被験者Aの周辺環境Bへの視線を検出する。視線検出装置100は、投影手段102と、投影光検出手段104と、反射光検出手段106と、被視点検出手段108とを備える。
[Embodiment 1]
[Projection-type gaze detection device]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a visual
投影手段102は光源を有し、周辺環境Bに光を投影する。投影手段102は、例えばプロジェクタである。投影手段102は、例えば、周辺環境Bに景色を示す可視光やグレイコードパターンを示す可視光を投影する。本発明の実施形態において、周辺環境Bとは、被験者Aの周辺の空間であり、XY座標で示される空間やXYZ座標で示される空間であり得る。周辺環境Bが部屋の壁である場合は、投影手段102は光を部屋の壁に投影する。周辺環境Bが山の岩壁である場合は、投影手段102は光を凹凸の岩壁に投影する。さらに、投影手段102が三次元映像装置であれば、空気以外なにも存在しない空間にドットアレイからなるリアルな3次元映像を投影し得る。
The
投影光検出手段104は、投影光を検出する。投影光検出手段104は、例えば、デジタルカメラやCCDカメラであり、可視光領域の光を検出し得る。
The projection
反射光検出手段106は、被験者Aの眼球aから反射した反射光を検出する。反射光検出手段106は、例えば、デジタルカメラ、CCDカメラ又はパン・チルト・ズームカメラであり、可視光領域の光を検出し得る。反射光検出手段106は、静止している被験者Aの眼球a又は動いている被験者Aの眼球aから反射した光を検出する。 The reflected light detection means 106 detects the reflected light reflected from the eyeball a of the subject A. The reflected light detection means 106 is, for example, a digital camera, a CCD camera, or a pan / tilt / zoom camera, and can detect light in the visible light region. The reflected light detection means 106 detects light reflected from the eyeball a of the subject A who is stationary or the eyeball a of the subject A who is moving.
被視点検出手段108は、反射光検出手段106によって検出された反射光と投影光検出手段104によって検出された投影光とを照合して、被験者Aによる被視点bを検出する。例えば、被視点検出手段108は反射光を示すデジタルデータと反射光を示すデジタルデータとを対応付け、対応付けたデジタルデータから周辺環境Bに含まれる被視点bを検出する。なお、本明細書において、被験者Aによる被視点bは、被験者Aの目に映る点や領域や部分を示す。
The
反射光検出手段106は、眼球追跡手段110を備え得る。被視点検出手段108は、第1記録手段112と第2記録手段114とを備え得る。眼球追跡手段110、第1記録手段112及び第2記録手段114の詳細は、後述する。
The reflected
[視線検出方法]
図2は、視線検出装置100の動作を示すフローチャートである。図3は、視線検出装置100の各構成要素によって検出される画像を示す写真である。図1〜図3を参照して、視線検出方法を説明する。下記に示すように視線検出装置100によってステップ202からステップ216を実行することで本発明の実施形態1による視線検出が実現する。
[Gaze detection method]
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the visual
ステップ202:視線検出装置100を駆動することにより、投影手段102は周辺環境Bに光を投影する。図3(a1)は、投影手段102が部屋の壁に投影した投影像を示す。周辺環境Bに光を投影した後に、動作はステップ204に進む。
Step 202: The projection means 102 projects light onto the surrounding environment B by driving the visual
ステップ204:投影光検出手段104は周辺環境Bに投影された投影光を検出する。例えば、投影光検出手段104は投影光を検出し、投影光によって示された投影像を画像処理する。図3(a2)は、投影光検出手段104によって処理された投影像データを示す。投影像データは被視点検出手段108に送信され、動作はステップ206に進む。
Step 204: The projection light detection means 104 detects the projection light projected on the surrounding environment B. For example, the projection
ステップ206:被験者Aが周辺環境Bに投影された投影光を見る。被験者Aが投影光を見たままの状態で、動作はステップ208に進む。 Step 206: The subject A looks at the projection light projected on the surrounding environment B. The operation proceeds to step 208 while the subject A is still looking at the projection light.
ステップ208:被験者Aの眼球aの表面に周辺環境Bに投影された投影光の少なくとも一部が映る。図3(b1)は、被験者Aの眼球aの表面に映っている投影像を示す。投影光が被験者Aの眼球aの表面に映っている状態で、動作はステップ210に進む。 Step 208: At least a part of the projection light projected on the surrounding environment B is reflected on the surface of the eyeball a of the subject A. FIG. 3 (b1) shows a projected image shown on the surface of the eyeball a of the subject A. The operation proceeds to step 210 in a state where the projection light is reflected on the surface of the eyeball a of the subject A.
ステップ210:投影光の少なくとも一部が被験者Aの眼球aの表面から反射する。投影光が被験者Aの眼球aの表面から反射している状態で、動作はステップ212に進む。 Step 210: At least part of the projection light is reflected from the surface of the eyeball a of the subject A. With the projection light reflected from the surface of the eyeball a of the subject A, the operation proceeds to step 212.
ステップ212:反射光検出手段106は、被験者Aの眼球aから反射した反射光を検出する。例えば、反射光検出手段106は反射光を検出し、反射光によって示された反射像を画像処理する。図3(b2)は、反射光検出手段106によって処理された反射像データを示す。反射像データは被視点検出手段108に送信され、動作はステップ214に進む。
Step 212: The reflected light detection means 106 detects the reflected light reflected from the eyeball a of the subject A. For example, the reflected
ステップ214:被視点検出手段108は、反射光と投影光とを照合する。例えば被視点検出手段108は、反射光検出手段106から受信した反射像データと投影光検出手段104から受信した投影像データとを対応付ける。対応付けた後に、動作はステップ216に進む。
Step 214: The subject detection means 108 collates the reflected light and the projected light. For example, the
ステップ216:対応付けたデジタルデータから被視点bを検出する。 Step 216: The subject b is detected from the associated digital data.
以上、図1から図3を参照して、本発明の実施形態1に係る視線検出装置100と視線検出方法とを説明した。本発明の視線検出装置によれば、反射光と周辺環境の光とに基づいて、被験者による被視点を検出する。従って、頭部に対する眼球の角度を検出することなく、被験者の周辺環境への視線を検出することができる。その結果、乳幼児の視線を検出し発達障害の有無を判断するなど、人間の視覚や知能の発達理解に適用することが可能な視線検出装置を実現することができる。
The line-of-
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、周辺環境に光を投影する投影手段を更に備え、被視点検出手段は、反射光と周辺環境に投影された投影光とを照合して、被験者による被視点を検出する。投影光は、広領域に照射することが可能であるため、広域環境での視線検出が可能となる。また、周辺環境に投影する光は能動的であるため光の明るさを制御し易く、明るい反射光を検出することができ、安定した視線検出が可能となる。 According to a preferred embodiment of the eye gaze detection apparatus according to the present invention, the visual line detection device further includes a projection unit that projects light onto the surrounding environment, and the viewpoint detection unit collates the reflected light with the projection light projected onto the surrounding environment. Then, the subject by the subject is detected. Since the projection light can be applied to a wide area, it is possible to detect the line of sight in a wide area environment. Moreover, since the light projected onto the surrounding environment is active, the brightness of the light can be easily controlled, bright reflected light can be detected, and stable line of sight detection is possible.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、投影光を検出する投影光検出手段を更に備え、被視点検出手段は、反射光と検出された投影光とを照合して、被験者による被視点を検出する。従って、光が凹凸のある周辺環境に投影された場合でも、視線検出装置は被験者の周辺環境の光を検出することができる。その結果、周辺環境の形状に左右されることなく被験者の視線を高精度に検出することができる。 According to a preferred embodiment of the line-of-sight detection apparatus according to the present invention, the visual line detection device further includes a projection light detection unit that detects the projection light, and the subject detection unit collates the reflected light with the detected projection light to determine the subject. Detect the subject by. Therefore, even when light is projected onto a rough surrounding environment, the visual line detection device can detect the light in the surrounding environment of the subject. As a result, the subject's line of sight can be detected with high accuracy without being influenced by the shape of the surrounding environment.
なお、図1を参照して説明したように、反射光検出手段106は、被験者Aの眼球aを追跡する眼球追跡手段110を備え得る。被験者Aの眼球aの追跡は、デジタルカメラによって被験者Aの顔領域を検出し、高倍率なズームレンズを持った別カメラをパン・チルトさせることで実行し得る。例えば、通常のカメラで顔認識を行い目領域の位置を検出した上で、ズームカメラで目領域の拡大像を撮影する。眼球追跡手段110を被験者Aの頭部に取り付け得るが、パン・チルト・ズームさせながら撮影する構成が実現できれば、被験者に機器を装着することなく周辺環境B中に設置することで被験者Aの眼球aを追跡し得る。ステップ212において、眼球追跡手段110が被験者Aの眼球aを追跡することによって、反射光検出手段106の反射光検出の確度が高まる。
As described with reference to FIG. 1, the reflected
このように、本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、反射光検出手段は、被験者の眼球を追跡する眼球追跡手段を更に備える。従って、被験者が挙動の不安定な者であっても、また、着座していない者であっても、被験者の眼球からの反射光を精度よく検出することができる。その結果、安定した視線検出が可能となり、更に被験者の視線を高精度に検出することができる。 As described above, according to the preferred embodiment of the eye gaze detection apparatus according to the present invention, the reflected light detection means further includes eyeball tracking means for tracking the eyeball of the subject. Therefore, even if the subject is a person whose behavior is unstable or a person who is not seated, the reflected light from the eyeball of the subject can be accurately detected. As a result, stable line-of-sight detection becomes possible, and the subject's line of sight can be detected with high accuracy.
図1を参照して説明したように、被視点検出手段108は、周辺環境Bを示す複数の光データを記録する第1記録手段112と複数の反射光データを記録する第2記録手段114とを更に備え得る。被視点検出手段108は、複数の反射光データと周辺環境Bを示す複数の光データとを照合することによって、被験者Aによる被視点bを検出する。
As described with reference to FIG. 1, the
時刻t1において、投影手段102は投影光1を投影する。投影光検出手段104は投影光1に対応する第1光データを検出し、第1記録手段112に第1光データを記録する。反射光検出手段106は投影光1に対応する第1反射光データを検出し、第2記録手段114に第1反射光データを記録する。時刻t2において、投影手段102は投影光2を投影する。投影光検出手段104は投影光2に対応する第2光データを検出し、第1記録手段112に第2光データを記録する。反射光検出手段106は投影光2に対応する第2反射光データを検出し、第2記録手段114に第2反射光データを記録する。
At time t 1 , the
時刻t1から時刻txにかけて、第1記録手段112には、第1光データから第x光データが記録される。第2記録手段114には、第1反射光データから第x反射光データが記録される。被視点検出手段108は、複数の反射光データ(第1反射光データから第x反射光データ)と周辺環境Bを示す複数の光データ(第1光データから第x光データ)とを照合することによって、被験者Aによる被視点bを検出する。
And from time t 1 to time t x, the
このように、本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、複数の反射光データを記録する第1記録手段と周辺環境の複数の光データを記録する第2記録手段とを更に備え、被視点検出手段は、複数の反射光データと周辺環境の複数の光データとを照合することによって、被験者による被視点を検出する。従って、所望のタイミングで反射光を検出できない場合でも、別のタイミングで検出した反射光と周辺環境の光とを照合することができる。また検出に成功したデータの外挿や内挿によって、検出に失敗したデータを推定することができる。その結果、被験者の視線を更に高精度に検出することができる。 Thus, according to the preferred embodiment of the visual line detection device according to the present invention, the first recording means for recording the plurality of reflected light data and the second recording means for recording the plurality of optical data of the surrounding environment are further provided. The subject detection unit detects the subject by the subject by comparing the plurality of reflected light data with the plurality of light data of the surrounding environment. Therefore, even if the reflected light cannot be detected at a desired timing, the reflected light detected at another timing can be collated with the light in the surrounding environment. In addition, data that has failed to be detected can be estimated by extrapolation or interpolation of data that has been successfully detected. As a result, the line of sight of the subject can be detected with higher accuracy.
なお、反射光検出手段106が被験者Aの眼球aから反射した反射光を検出し得る場合は、反射光検出手段106が眼球追跡手段110を備えることは必須ではない。また、被視点検出手段108が、複数の反射光データと周辺環境Bを示す複数の光データとを照合し得る場合は、視線検出装置100が第1記録手段112及び第2記録手段114を備えることは必須ではない。
When the reflected light detection means 106 can detect the reflected light reflected from the eyeball a of the subject A, it is not essential that the reflected light detection means 106 includes the eyeball tracking means 110. When the
更に、被視点検出手段108が反射光と周辺環境Bの光とに基づいて、被験者Aの被視点bを検出し得る場合は、視線検出装置100が投影手段102を備えることは必須ではない。また、被視点検出手段108が反射光と周辺環境Bに投影された投影光とを照合して、被験者Aの被視点bを検出し得る場合は、視線検出装置100が投影光検出手段104を備えることも必須ではない。
Furthermore, when the
なお、視線検出装置において、「反射光検出手段が、被験者Aの眼球aから反射した反射光を検出し」、「被視点検出手段が、反射光と周辺環境の光とに基づいて、被験者Aによる被視点bを検出」し得る場合には、投影手段及び投影光検出手段は必須ではない。周辺環境光検出手段によって、周辺環境の光を検出し得る。投影手段及び投影光検出手段は、周辺環境光検出手段として機能する。 In the line-of-sight detection device, “the reflected light detection means detects the reflected light reflected from the eyeball a of the subject A” and “the subject detection means detects the subject A based on the reflected light and the ambient light. The projection means and the projection light detection means are not indispensable when the subject b can be detected. The ambient environment light detection means can detect ambient environment light. The projection unit and the projection light detection unit function as ambient environment light detection unit.
更に、本発明の視線検出装置は投影手段及び投影光検出手段を備えた投影型に限定されない。本発明の視線検出装置は表示型であり得る。以下、表示型視線検出装置を説明する。 Furthermore, the line-of-sight detection device of the present invention is not limited to a projection type equipped with a projection unit and a projection light detection unit. The line-of-sight detection device of the present invention may be a display type. Hereinafter, the display-type gaze detection apparatus will be described.
[実施形態2]
[表示型視線検出装置]
図4は、本発明の実施形態2に係る視線検出装置200を示す模式図である。視線検出装置200は、表示型視線検出装置である。視線検出装置200は、視線検出装置100と同様に被験者Aの周辺環境Bへの視線を検出する。視線検出装置200は、表示手段202と、反射光検出手段106と、被視点検出手段108とを備える。反射光検出手段106は、眼球追跡手段110を備える。被視点検出手段108は、第1記録手段112と第2記録手段114とを備える。表示手段202以外の各構成要素は、図1を参照して実施形態1で説明した視線検出装置100が備える各構成要素と同様の機能を有するので、これらの詳細な説明は省略する。
[Embodiment 2]
[Display-type eye-gaze detector]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a visual
表示手段202は、周辺環境Bの光を表示する。表示手段202は、例えば、光を発する表示板やモニター画面である。周辺環境Bの光は、表示手段202に表示された表示像データとして、被視点検出手段108に送信される。反射光検出手段106は、被験者Aの眼球aから反射した反射光を検出し、反射像データとして被視点検出手段108に送信する。被視点検出手段108は、反射光検出手段106によって検出された反射光と表示手段202によって表示された表示光とを照合して、被験者Aによる被視点bを検出する。
The display means 202 displays the ambient environment B light. The display means 202 is, for example, a display board that emits light or a monitor screen. The light of the surrounding environment B is transmitted to the
[視線検出方法]
図5は、視線検出装置200の動作を示すフローチャートである。図5を参照して、視線検出方法を説明する。下記に示すように視線検出装置200によってステップ502からステップ508、及びステップ210からステップ216を実行することで本発明の実施形態2による視線検出が実現する。ステップ502からステップ508以外の各ステップは、図2を参照して実施形態1で説明した視線検出方法が包含する各ステップと同様であるので、これらの詳細な説明は省略する。
[Gaze detection method]
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the visual
ステップ502:表示手段202は、表示画面に周辺環境Bの光を表示する。表示画面に光を表示した後に、動作はステップ504に進む。
ステップ504:表示手段202は、周辺環境Bの光を示す表示像データを被視点検出手段108に送信し、動作はステップ506に進む。
ステップ506:被験者Aが表示手段202に表示された表示像を見る。被験者Aが画像を見たままの状態で、動作はステップ508に進む。
ステップ508:被験者Aの眼球aの表面に、表示手段202に表示された表示像の少なくとも一部が映る。表示像が被験者Aの眼球aの表面に映っている状態で、動作はステップ210に進む。
ステップ210、ステップ212を順次実行し、ステップ214にて被視点検出手段108は、反射光検出手段106から受信した反射像データと表示手段202から受信した表示像データとを対応付ける。さらに、ステップ216を実行し、対応付けたデジタルデータから被験者Aの被視点bを検出する。
Step 502: The display means 202 displays the ambient environment B light on the display screen. After displaying light on the display screen, operation proceeds to step 504.
Step 504: The display means 202 transmits display image data indicating the light of the surrounding environment B to the viewpoint detection means 108, and the operation proceeds to step 506.
Step 506: Subject A looks at the display image displayed on display means 202. The operation proceeds to step 508 with subject A viewing the image.
Step 508: At least a part of the display image displayed on the display means 202 is reflected on the surface of the eyeball a of the subject A. In a state where the display image is reflected on the surface of the eyeball a of the subject A, the operation proceeds to step 210.
Step 210 and step 212 are sequentially executed. In step 214, the
以上、図4、図5を参照して本発明の実施形態2に係る視線検出装置200と視線検出方法とを説明した。本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、周辺環境の光を表示する表示手段を更に備え、被視点検出手段は、反射光と表示手段に表示された表示光とを照合して、被験者による被視点を検出する。従って周辺環境の形状は常に表示手段の表示領域のため、周辺環境の形状は常に認識し得る。その結果、被験者の視線を高精度に検出することができる。また、表示手段に表示される光は能動的であるため光の明るさを制御し易く、明るい反射光を検出することができ、安定した視線検出が可能となる。
The visual
なお、本発明の実施形態2に係る視線検出装置200において、周辺環境の光を表示する表示手段202は、周辺環境の光を検出し得る周辺環境光検出手段として機能する。表示手段202は、表示する周辺環境の光を被視点検出手段に伝える。
In the line-of-
以上、図1から図5を参照して、本発明の視線検出装置及び視線検出方法を説明したが、反射光は、被験者Aの瞳の中心から反射した光に限定されない。反射光検出手段106が被験者Aの眼球aから反射した反射光を検出できる場合は、反射光は、被験者Aの瞳の周辺から反射した光であり得る。従って被験者の瞳の周辺部分から反射した光から外挿や内挿によって、瞳の中心に対応する光を推定することができる。その結果、安定した視線検出が可能となる。 As described above, the line-of-sight detection device and line-of-sight detection method of the present invention have been described with reference to FIGS. 1 to 5, but the reflected light is not limited to the light reflected from the center of the pupil of the subject A. When the reflected light detection means 106 can detect the reflected light reflected from the eyeball a of the subject A, the reflected light can be light reflected from the periphery of the pupil of the subject A. Therefore, the light corresponding to the center of the pupil can be estimated by extrapolation or interpolation from the light reflected from the peripheral portion of the subject's pupil. As a result, stable line-of-sight detection is possible.
また、投影手段102から投影される光が周辺環境Bに投影され得る場合には、投影手段102から投影される光は可視光に限定されない。不可視光(赤外線光等)であり得る。また、投影光検出手段104や反射光検出手段106は、投影光を検出し得る場合には、不可視光を検出し得るカメラであり得る。例えば投影手段102は高輝度赤外プロジェクタである。市販のプロジェクタをベースにして光源を赤外ランプに変更し、必要であれば若干光学系を組み替えることで高輝度赤外プロジェクタを実現し得る。複数の赤外プロジェクタを組み合わせることで、より広範囲の領域をカバーできる構成をも実現し得る。赤外光は不可視光であるため、被験者には認識することができない。従って、被験者に気づかれることなく被験者の視線を検出し得、周辺環境の光に惑わされることで被験者の挙動が不安定になることを防ぐことができる。
Moreover, when the light projected from the projection means 102 can be projected on the surrounding environment B, the light projected from the projection means 102 is not limited to visible light. It may be invisible light (such as infrared light). In addition, the projection
図6は、本発明の実施例に係る視線検出で用いるグレイコードパターンを示す。グレイコードパターンは、プロジェクタを用いた三次元計測でよく用いられる。グレイコードパターンは1枚の投影画像で1ビットを表す。本実施例では、X方向及びY方向の各々に5ビット(X方向に5枚、Y方向に5枚)のグレイコードパターンを用いた。X方向及びY方向の各々の解像度は32である。 FIG. 6 shows a gray code pattern used in line-of-sight detection according to an embodiment of the present invention. Gray code patterns are often used in three-dimensional measurement using a projector. The gray code pattern represents one bit in one projection image. In this embodiment, a gray code pattern of 5 bits (5 in the X direction and 5 in the Y direction) is used in each of the X direction and the Y direction. The resolution in each of the X direction and the Y direction is 32.
時刻t1において、空間x1から空間x5のグレイコードパターンはHigh(H)であり、空間x5から空間x9のグレイコードパターンはLow(L)である。時刻t2において、空間x1から空間x3及び空間x5から空間x7のグレイコードパターンはHigh(H)であり、空間x3から空間x5及び空間x7から空間x9のグレイコードパターンはLow(L)である。時刻t3において、空間x1から空間x2、空間x3から空間x4、空間x5から空間x6及び空間x7から空間x8のグレイコードパターンはHigh(H)であり、空間x2から空間x3、空間x4から空間x5、空間x6から空間x7及び空間x8から空間x9のグレイコードパターンはLow(L)である。従って、グレイコードパターンがHHLである場合は、被験者Aの視点は空間x2から空間x3の間にあり、グレイコードパターンがLHHである場合は、被験者Aの視点は空間x5から空間x6の間にあることを検出し得る。 At time t1, the gray code pattern from space x1 to space x5 is High (H), and the gray code pattern from space x5 to space x9 is Low (L). At time t2, the gray code patterns of space x1 to space x3 and space x5 to space x7 are High (H), and the gray code patterns of space x3 to space x5 and space x7 to space x9 are Low (L). At time t3, the Gray code patterns of the space x1 to the space x2, the space x3 to the space x4, the space x5 to the space x6, and the space x7 to the space x8 are High (H), and the space x2 to the space x3 and the space x4 to the space x5. The gray code patterns from the space x6 to the space x7 and from the space x8 to the space x9 are Low (L). Therefore, when the gray code pattern is HHL, the viewpoint of the subject A is between the space x2 and the space x3, and when the gray code pattern is LHH, the viewpoint of the subject A is between the space x5 and the space x6. It can be detected.
図7は、本発明の実施例に係る視線検出装置100の各構成要素によって検出される画像を示す写真である。図1、図6及び図7を参照して、本発明の実施例を説明する。本発明の実施例に係る視線検出装置100は、可視光プロジェクタ(投影手段102)と、第1カメラ(投影光検出手段104)と、第2カメラ(反射光検出手段106)と、情報処理装置(被視点検出手段108、例えばCPU)とを備える。プロジェクタ投影面と被験者Aの眼球aとの距離を3m程度とし、第2カメラと眼球aとの間が60cm程度になるように第2カメラを設置した。
FIG. 7 is a photograph showing an image detected by each component of the visual
実験環境は通常の光源環境であり、可視光プロジェクタの投影面は通常の部屋の壁である(図7(a))。可視光プロジェクタによって時空間パターン(グレイコードパターン)をプロジェクタ投影面(部屋の壁)に投影した。被験者Aの眼球aの表面には縞模様が映る。図7(b)は、時刻t1における眼球aの表面と時刻t2における眼球aの表面と時刻t3における眼球aの表面とを示す。第1カメラ(投影光検出手段104)は投影光を検出し、投影光によって示された投影像をデジタル処理する(図7(c))。投影像データは情報処理装置(被視点検出手段108)に送信される。第2カメラ(反射光検出手段106)は反射光を検出し、反射光によって示された反射像をデジタル処理する(図7(d))。反射像データは情報処理装置(被視点検出手段108)に送信される。情報処理装置(被視点検出手段108)は、反射像データと投影光検出手段104から受信した投影像データとを対応付け、対応付けたデジタルデータから被視点bを検出する。
The experimental environment is a normal light source environment, and the projection surface of the visible light projector is a normal room wall (FIG. 7A). A spatio-temporal pattern (gray code pattern) was projected onto the projector projection plane (the wall of the room) by a visible light projector. A striped pattern appears on the surface of eyeball a of subject A. FIG. 7B shows the surface of the eyeball a at time t1, the surface of the eyeball a at time t2, and the surface of the eyeball a at time t3. The first camera (projection light detection means 104) detects the projection light, and digitally processes the projection image indicated by the projection light (FIG. 7C). The projection image data is transmitted to the information processing apparatus (viewpoint detection means 108). The second camera (reflected light detection means 106) detects the reflected light and digitally processes the reflected image indicated by the reflected light (FIG. 7 (d)). The reflected image data is transmitted to the information processing apparatus (viewpoint detection means 108). The information processing apparatus (the subject detection unit 108) associates the reflected image data with the projection image data received from the projection
可視光プロジェクタから投影された画像が4m四方の対象領域に投影されたと仮定すると12.5cmの分解能で識別できることになる。この場合、視線推定角度は約2.3度となり、瞳の位置から視線を推定する従来法の精度が5〜6度であるのに対し大幅の精度向上が達成できた。本発明の実施例では、少なくとも85frame/sec程度の画像によって、安定してパターンを検出し得ることを確認した。 Assuming that the image projected from the visible light projector is projected onto a target area of 4 m square, the image can be identified with a resolution of 12.5 cm. In this case, the gaze estimation angle is about 2.3 degrees, and the accuracy of the conventional method for estimating the gaze from the position of the pupil is 5 to 6 degrees. In the embodiment of the present invention, it was confirmed that a pattern can be detected stably by an image of at least about 85 frame / sec.
本発明に係る視線検出装置の好適な実施形態によれば、複数の光データは、複数のグレイコードパターンを示す。その結果、単純なパターンで被験者の被視点を高精度に検出することができる。 According to a preferred embodiment of the visual line detection device according to the present invention, the plurality of optical data indicate a plurality of gray code patterns. As a result, the subject's viewpoint can be detected with a simple pattern with high accuracy.
本発明の視線検出装置及び視線検出方法を適用すれば、店舗内での顧客の視線を検出し得、経済効率のより商品ディスプレイが実現する。また、生活空間で被験者の視線の動きを解析し得、被験者に使い易い生活環境を設計することも可能となる。また、ユーザーインタフェースへの応用として、生活空間における視線情報を用いたユビキタス・アンビエントインタフェースを開発し得る。特に子供、お年寄りや障碍者から得る情報として視線は重要であり、非装着型の視線追跡インタフェースは大きな役割を果たし得る。例えば、自閉症等、子供の発達障害の診断には視線情報が重要であるが、実験室環境で得られた視線情報を用いて子供を診断し得る。本発明の実施形態に係る視線検出装置の実現により、非装着型で乳幼児の高精度の視線情報を得ることが出来、ライフサイエンス分野にも大きな貢献が期待できる。 By applying the line-of-sight detection device and line-of-sight detection method of the present invention, it is possible to detect the line of sight of a customer in a store, and a product display is realized with higher economic efficiency. It is also possible to analyze the movement of the subject's line of sight in the living space, and to design a living environment that is easy for the subject to use. As an application to the user interface, a ubiquitous / ambient interface using gaze information in the living space can be developed. The line of sight is particularly important as information obtained from children, the elderly and persons with disabilities, and a non-wearing line-of-sight tracking interface can play a major role. For example, gaze information is important for diagnosing developmental disorders in children such as autism, but children can be diagnosed using gaze information obtained in a laboratory environment. By realizing the line-of-sight detection device according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain high-precision line-of-sight information of a non-wearing infant and to make a great contribution to the life science field.
A 被験者
a 眼球
B 周辺環境
b 被視点
100 視線検出装置
102 投影手段
104 投影光検出手段
106 反射光検出手段
108 被視点検出手段
110 眼球追跡手段
112 第1記録手段
114 第2記録手段
200 視線検出装置
202 表示手段
A subject a eyeball B ambient environment b subject 100
Claims (14)
前記被験者の眼球から反射した反射光を検出する反射光検出手段と、
前記反射光と前記周辺環境の光とに基づいて、前記被験者による被視点を検出する被視点検出手段と
を備えた、視線検出装置。 A line-of-sight detection device that detects a line of sight to the surrounding environment of a subject,
Reflected light detection means for detecting reflected light reflected from the eyeball of the subject;
A line-of-sight detection device comprising: a subject detection means for detecting a subject by the subject based on the reflected light and the light of the surrounding environment.
前記被視点検出手段は、前記反射光と前記周辺環境に投影された投影光とを照合して、前記被験者による前記被視点を検出する、請求項1に記載の視線検出装置。 Further comprising projection means for projecting light onto the surrounding environment,
The line-of-sight detection device according to claim 1, wherein the subject detection unit detects the subject by the subject by comparing the reflected light with the projection light projected on the surrounding environment.
前記被視点検出手段は、前記反射光と前記検出された投影光とを照合して、前記被験者による前記被視点を検出する、請求項3に記載の視線検出装置。 A projection light detecting means for detecting the projection light;
The gaze detection device according to claim 3, wherein the subject detection unit detects the subject by the subject by comparing the reflected light with the detected projection light.
前記被視点検出手段は、前記反射光と前記表示手段に表示された表示光とを照合して、前記被験者による前記被視点を検出する、請求項1に記載の視線検出装置。 Further comprising display means for displaying light in the surrounding environment,
The line-of-sight detection device according to claim 1, wherein the subject detection unit detects the subject by the subject by collating the reflected light with the display light displayed on the display unit.
前記被視点検出手段は、前記複数の反射光データと前記周辺環境の前記複数の光データとを照合することによって、前記被験者による前記被視点を検出する、請求項1から請求項6のうちの一項に記載の視線検出装置。 A first recording means for recording a plurality of reflected light data; and a second recording means for recording a plurality of optical data of the surrounding environment,
The said viewpoint detection means detects the said viewpoint by the said test subject by collating the said several reflected light data and the said several optical data of the said surrounding environment, The said viewpoint by the test subject is detected. The visual line detection device according to one item.
前記被験者の眼球から反射した反射光を検出する反射光検出ステップと、
前記反射光と前記周辺環境の光とに基づいて、前記被験者による被視点を検出する被視点検出ステップと
を包含する、視線検出方法。 A gaze detection method for detecting a gaze to the surrounding environment of a subject,
A reflected light detection step of detecting reflected light reflected from the eyeball of the subject;
A line-of-sight detection method, comprising: a subject detection step of detecting a subject by the subject based on the reflected light and the light of the surrounding environment.
前記被視点検出ステップは、前記反射光と前記周辺環境に投影された投影光とを照合して、前記被験者による前記被視点の検出を実行する、請求項11に記載の視線検出方法。 Further comprising a projecting step of projecting light onto the surrounding environment,
The gaze detection method according to claim 11, wherein the subject detection step performs the detection of the subject by the subject by collating the reflected light with the projection light projected on the surrounding environment.
前記被視点検出ステップは、前記反射光と前記表示ステップを実行することで表示された表示光とを照合して、前記被験者による前記被視点の検出を実行する、請求項11に記載の視線検出方法。
And further comprising a display step of displaying the ambient light.
The line-of-sight detection according to claim 11, wherein the subject detection step performs detection of the subject by the subject by collating the reflected light with display light displayed by executing the display step. Method.
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