JP2014226377A - 視線計測装置及び視線計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが明示的なオフセット補正を行わなくても、ドリフトによって生じるオフセットを補正する装置を提供する。【解決手段】視線計測装置１Ａは、顔面に貼付される複数の電極２と、電極２により測定された電位を増幅する増幅器３と、時刻ｔ１及び時刻ｔ２における増幅器３の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、時刻ｔ１及び時刻ｔ２におけるユーザの視線角度を推定する計算機４と、を備える。また、視線計測装置は、増幅器３の出力に基づいてサッケードが生じたことを検出するサッケード検出機構５をさらに備え、計算機４は、サッケード検出機構５によってサッケードが検出された際に、サッケードの直前及びサッケードの直後における増幅器３の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、サッケードの直前及び直後におけるユーザの視線角度を推定してもよい。【選択図】図５

Description

本発明は、ＥＯＧ法（Electrooculography）を用いた視線計測装置及び視線計測方法に関する。

ユーザの視線はユーザの意図を表現しており、視線をインタフェースに応用することで、ユーザの利便性向上を図ることができる。肢体不自由者であっても視線を随意的に動かせることが多いため、視線入力インタフェースは障害者向けインタフェースとして広く研究されてきたが、計測装置の小型化や低価格化などにより、近年では障害者向けだけでなく幅広い応用が試みられてきている。

視線計測手法の一つにＥＯＧ法が知られている。ＥＯＧ法は、角膜網膜電位を顔面に複数貼付した電極で計測し、それらの電位変化から視線の動きを推定する手法であり、簡便で安価であるという特徴がある。このため、ＥＯＧ法は日常的に視線を入力インタフェースとする手段の一つである。

一般にＥＯＧ法を用いた視線計測ではドリフトが問題となる。ドリフトは計測信号のベースラインが変化することであり、視線推定精度が時間と共に低下してしまう。ドリフトを低減するために、ハイパスフィルタを適用することや、定期的なオフセット補正（キャリブレーション）を行うことが行われるが、前者では視線の絶対値の推定や眼球の追従運動をとらえることができず、後者では煩わしいオフセット補正を行わなければならなかった。また、Ｋａｌｍａｎフィルタを用いてドリフトを低減する手法もあるが、ドリフトによる推定精度の低下は避けられない。

一方、下記特許文献１では、ドリフトによる影響を自動的に補正する技術が提案されている。

特開２００７−２５２８７９号公報

特許文献１は、計測される電位差と眼球の状態の関係を数式でモデル化し、そのモデルを用いて視線を推定する。この特許文献１では、ドリフトの原因を「網膜神経細胞のイオンポンプの働きの変化」、モデルを使って言えば、ドリフトの原因を網膜から角膜へ流れる電流密度が変化することとして捉えており、この電流密度を推定することでドリフト問題を解決できるとしている。しかし、電流密度の変化は、周囲の照明環境によってＥＯＧの大きさが変わるという既知の現象を表したものであり、ドリフトの主原因ではない。ドリフトの原因は電流密度の変化ではなく、電極電位のバランスの変化が主であるため、特許文献１ではドリフト問題を解決することは難しい（前者は変化するものが１つだけであるが、後者では電極毎に異なる、という点で大きく異なる）。

つまり、従来技術ではドリフトを低減することはできたとしても、蓄積されたドリフトによるオフセットを解消することはできず、オフセットを解消するためには、煩わしい明示的なオフセット補正を行う必要があった。このため、ＥＯＧ法では視線の相対的な変化量を用いた入力インタフェースしか、実現できないという制約があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ユーザが明示的なオフセット補正を行わなくても、ドリフトによって生じるオフセットを補正することができる視線計測装置及び視線計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の視線計測装置は、顔面に貼付される複数の電極と、電極により測定された電位を増幅する増幅手段と、第１の時刻及び第２の時刻における増幅手段の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、第１の時刻及び第２の時刻における電極装着者の視線角度を推定する計算手段と、を備える。

従来技術では、第１の時刻（時刻ｔ１）から第２の時刻（時刻ｔ２）の間の視線角度の変化量しか推定することはできず、時刻ｔ２の視線角度を求めるためには、時刻ｔ１での視線角度が正確に推定されていなければならなかった。一方、このような視線計測装置によれば、視線角度と計測されるＥＯＧが非線形であることを利用することで、時刻ｔ２の視線角度を直接推定することができる。これにより、推定した視線角度に誤差が累積していくことがなくなり、仮に誤差（ドリフトによるオフセット）が生じたとしても、電極装着者による明示的なオフセット補正を行わなくても、ドリフトによるオフセットを補正することができるようになる。

また、本発明の視線計測装置において、増幅手段の出力に基づいてサッケードが生じたことを検出するサッケード検出手段をさらに備え、計算手段は、サッケード検出手段によってサッケードが検出された際に、サッケードの直前及びサッケードの直後における増幅手段の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、サッケードの直前及び直後における電極装着者の視線角度を推定することが好ましい。ここで、サッケードとは、見たい対象に視線を向ける時や、文字を読んでいる時などに生じる素早い眼球運動のことであり、日常生活において非常に頻繁にあらわれる。かかる構成を採れば、視線角度の変化量が小さい時に、ＥＯＧと視線角度の非線形性を利用した視線角度推定手法を用いると、誤差が生じやすいという課題を解決できるようになる。

また、本発明の視線計測装置において、第１の時刻及び第２の時刻における増幅手段の出力の変化量から、第１の時刻及び第２の時刻における電極装着者の視線の移動量を推定する視線変化量推定手段をさらに備え、視線変化量推定手段は、サッケード検出手段によってサッケードが生じたことが検出されない際に、電極装着者の視線角度の変化量を推定することが好ましい。かかる構成を採れば、サッケード検出手段がサッケードが生じていないと判定した時に、視線変化量推定手段を用いて視線角度の変化量が推定される。これにより、視線角度の変化量が小さい時には、視線角度の変化量を推定する手法を用いることで、常に視線角度の推定が行えるようになる。

また、本発明の視線計測装置において、非線形関数は、電極装着者があらかじめ定められた通りに視線を動かした際の増幅手段からの出力に基づいて算出されたことが好ましい。かかる構成を採れば、電極貼付位置をあらかじめ厳密に決定しておく必要がなくなるため、手順が簡略化され、利用時に最適な非線形関数を適用できるので、推定精度を高めることができる。

また、本発明の視線計測装置において、非線形関数は、視線角度のｎ次多項式であることが好ましい。かかる構成を採れば、どのような場合であっても適切な非線形関数を用いることができるようになるため、推定精度を高めることができる。

また、本発明の視線計測装置において、非線形関数を用いて電極装着者の視線角度を推定するのは、視線角度の水平成分のみであることが好ましい。かかる構成を採れば、利用手順や計算量が削減される。

また、本発明の視線計測装置において、計算手段は、非線形関数を用いて電極装着者の視線角度を推定する際に、第１の時刻及び第１の時刻よりも未来である第２の時刻における増幅手段の出力の変化量と、第１の時刻において推定されていた電極装着者の視線の絶対角と、非線形関数とを用いて、第２の時刻における電極装着者の視線角度を推定することが好ましい。かかる構成を採れば、推定すべき未知の変数が削減されるため、推定精度を高めることができる。

また、本発明の視線計測装置において、計算手段は、非線形関数を用いて電極装着者の視線角度を推定する際に、第１の時刻及び第２の時刻における増幅手段の出力の変化量と、出力の変化量に対する重みと、非線形関数とを用いて、第１の時刻及び第２の時刻における電極装着者の視線角度を推定することが好ましい。かかる構成を採れば、計測信号に含まれるノイズに応じて、推定結果に与える影響度合いを調整することができるようになるので、推定精度を高めることができる。

ところで、本発明は、上記のように装置の発明として記述できる他に、以下のようにそれぞれ方法の発明としても記述することができる。これはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。

即ち、本発明に係る視線計測方法は、顔面に貼付される複数の電極と、電極により測定された電位を増幅する増幅器と、増幅器の出力から電極装着者の視線を推定する計算機とを備える視線計測装置により実行される視線計測方法であって、計算機が、第１の時刻及び第２の時刻における増幅器の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、第１の時刻及び第２の時刻における電極装着者の視線角度を推定するステップを含む。

本発明によれば、ユーザが明示的なオフセット補正を行わなくても、ドリフトによって生じるオフセットを補正することができる。

視線とＥＯＧの関係の例を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る視線計測装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る視線計測装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る視線計測装置で実行される処理（視線計測方法）を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る視線計測装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係る視線計測装置で実行される処理（視線計測方法）を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る視線計測装置の構成図である。 本発明の第３実施形態に係る視線計測装置で実行される処理（視線計測方法）を示すフローチャートである。

以下、図面とともに本発明による視線計測装置及び視線計測方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

従来では、計測されるＥＯＧと視線の変化量は線形である、という前提のもとで視線が推定されてきた。実際にＥＯＧと視線の変化量を計測してみても、ほぼ線形であることが確認されている。両者が線形であれば、計測されたＥＯＧから視線を求めることは簡単である。しかし、ドリフトによりＥＯＧの値に変化が生じてしまうと、推定された視線もドリフトに呼応するように変化してしまうという問題が生じる。

図１は、ＥＯＧと視線の計測例を示すグラフである。電極装着者は、初期の視線角度（水平方向に−４０度から３０度まで１０度間隔の８通り）から１０度プラス方向に視線を動かす。例えば初期視線角度が−３０度であれば、−２０度に視線を動かすということである。なお、単純化するために、垂直方向の視線移動はない。顔面には電極を６つ貼付してあり、１つをアース電極（電極１）として、残り５つ（電極２から電極６）をＥＯＧ導出用電極として使用している。ＥＯＧは２つの電極間の電位差であるから、電極２から電極６までの５つの電極からは、１０通りのＥＯＧを算出することができるが、この中の４つ、電極２−電極３（Ｃｈ．１）、電極２−電極４（Ｃｈ．２）、電極２−電極５（Ｃｈ．３）、電極２−電極６（Ｃｈ．４）に関して、視線の動きの前後におけるＥＯＧの変化量をプロットしたのが、図１である。

ＥＯＧと視線の変化量が線形である場合には、視線が初期の視線角度にあるときのＥＯＧと、視線が１０度動いた後のＥＯＧとの差は、初期の視線角度によらず、一定となるはずである。図１でＣｈ．４は、初期の視線角度によらず、ほぼ一定の値となっており、線形であると言ってもよい。しかし、Ｃｈ．１、Ｃｈ．２、Ｃｈ．３は、初期の視線角度に応じてＥＯＧの変化量も変化しており、もはや視線の変化量とＥＯＧの変化量とが線形であるとは言えない。つまり、視線の変化量とＥＯＧの変化量とが非線形であるということである。さらにここで着目すべきなのは、Ｃｈ．１、Ｃｈ．２、Ｃｈ．３はそれぞれ異なる非線形性を示していることである。ＥＯＧの変化量が線形であるかどうか、またどのような非線形性を有しているのかは、算出元となる電極の貼付位置に依存する。従来のＥＯＧ法では、Ｃｈ．４となるような位置に電極を貼付することで、ＥＯＧの変化量と視線の変化量を線形と見なしてきた。逆に言えば、電極貼付位置はほぼ決まっていたとも言える。

それに対し本実施形態に係る視線計測装置では、電極貼付位置を従来の貼付位置とは異なる位置に変え、あえてＥＯＧの変化量と視線の変化量とが非線形な関係を有するようにする。そして、この非線形性を積極的に利用することで、視線の絶対角を推定することを特徴とする。

［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態に係る視線計測装置１の概要図である。図２に示す通り、視線計測装置１は、ユーザ（電極装着者）の顔面に貼付される複数の電極２（電極）と、電極２に接続され、電極２により測定された電位を増幅する増幅器３（増幅手段）と、増幅器３の出力からユーザの視線を推定する計算機４（計算手段）とを含んで構成される。なお、視線計測装置１は、計算機４で推定されたユーザの視線を表示装置や他の装置に出力する出力手段（不図示）を備えてもよい。

電極２は、貼付された顔面における角膜網膜電位を計測し、増幅器３に出力する。なお図２において、電極２は電極２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｃを含んで構成されているが、これに限られず、２つ以上の電極を含んで構成されてもよい。増幅器３は、電極２から入力された角膜網膜電位を増幅し、計算機４に出力する。

計算機４は、増幅器３からの出力に基づいてユーザの視線を推定する。より具体的には、計算機４は、第１の時刻（時刻ｔ１）及び第２の時刻（時刻ｔ２）における増幅器３の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、第１の時刻及び第２の時刻におけるユーザの視線角度を推定する。非線形関数は、ユーザがあらかじめ定められた通りに視線を動かした際の増幅器３からの出力に基づいて算出された関数であってもよいし、視線角度のｎ次多項式であってもよい。

また、計算機４は、非線形関数を用いてユーザの視線角度を推定するのは、視線角度の水平成分のみであってもよい。また、計算機４は、非線形関数を用いてユーザの視線角度を推定する際に、時刻ｔ１及び時刻ｔ１よりも未来である時刻ｔ２における増幅器３の出力の変化量と、時刻ｔ１において推定されていたユーザの視線の絶対角と、非線形関数とを用いて、時刻ｔ２におけるユーザの視線角度を推定してもよい。また、計算機４は、非線形関数を用いてユーザの視線角度を推定する際に、時刻ｔ１及び時刻ｔ２における増幅器３の出力の変化量と、出力の変化量に対する重みと、非線形関数とを用いて、時刻ｔ１及び時刻ｔ２におけるユーザの視線角度を推定してもよい。計算機４の詳細な推定方法については後述する。

視線計測装置１は、ＣＰＵ等のハードウェアから構成されているものである。図３は、視線計測装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。図２に示される装置１は、物理的には、図３に示すように、ＣＰＵ１００、主記憶装置であるＲＡＭ１０１及びＲＯＭ１０２、ディスプレイ等の入出力装置１０３、通信モジュール１０４、及び補助記憶装置１０５などを含むコンピュータシステムとして構成されている。

図２に示す視線計測装置１の各構成要素の機能は、図３に示すＣＰＵ１００、ＲＡＭ１０１等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ１００の制御のもとで入出力装置１０３、通信モジュール１０４、及び補助記憶装置１０５を動作させるとともに、ＲＡＭ１０１におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

以下、図２に示す視線計測装置１の計算機４が行うユーザの視線の推定方法について具体的に説明する。なお、以下の説明では、計算機４がどのようにして視線の絶対角を推定するのかを、数式を用いて説明する。なお、説明をわかりやすくするために、水平方向の視線移動についてのみ考えることとするが、垂直方向を加えた拡張も可能である。また、以下で説明する処理の主体は計算機４であり、計算機４は各数式に基づいた処理を実行することで、ユーザの視線の推定を行う。

まず、電極０と電極１から得られるＥＯＧを、電極０の電位Ｅ_０、電極１の電位Ｅ_１を用いて以下の式（１）のように表す。

Ｅ_０、Ｅ_１は時刻ｔの関数である。ここで、視線の角度がθ（ｔ）の時に得られる理想的な、つまりドリフトやノイズがないとした時のＥＯＧをｐ（θ（ｔ））とすると、実際に観測されるＥＯＧは、ドリフトやノイズの成分を表すｅ（ｔ）を用いて、以下の式（２）で表すことができる。

ある２つの時刻ｔ_０とｔ_１（ｔ_０＜ｔ_１）におけるＥＯＧの変化量ΔＥＯＧ（ｔ_１，ｔ_０）は、以下の式（３）及び（４）で表すことができる。

従来法では、ＥＯＧの変化量と視線の変化量は線形であると仮定するので、係数ａを用いて、以下の式（５）及び（６）となる。


さらに、Δｅ（ｔ，ｔ_０）、つまりドリフトやノイズによる変化量は無視できると仮定して以下の式（７）が得られる。

ドリフトやノイズによる変化量が無視できる場合には、上記の式を用いて、ほぼ正確な視線を推定できるが、無視できなくなった場合には、推定精度が劣化する。

以上説明したように、従来法では１つのＥＯＧから視線を推定するのに対し、視線計測装置１では複数のＥＯＧから視線を推定する。ただし、視線計測装置１は必ずしもより多くの電極を必要とするというわけではない。例えば、４つのＥＯＧ導出用電極を用いた場合には、２つの電極ペアを６組作ることができるため、６つのＥＯＧを算出することができる。従来法では、特定の電極ペア、つまり先の例で言えば６組の中の１つのみを用いるのに対し、視線計測装置１では６組の中から複数の電極ペアを使うということであり、必ずしも電極の数が多い必要はない。もちろん、高精度な推定を行うためには、より多くの電極があることが望ましい。

計算機４では、式（４）から、ｉ番目のＥＯＧの変化量を以下の式（８）のように表す。

ここで、サッケードなど、短時間に大きな視線移動が生じた時を考えると、Δｅ_ｉ（ｔ_１，ｔ_０）は無視できるようになる。視線移動の前後の視線角度をそれぞれθ_０、θ_１、その時のＥＯＧの変化量をΔＥＯＧ_ｉ（θ_１，θ_０）と表すと、以下の式（９）で表すことができる。

ここで重要なことは、先ほどまで用いていたΔＥＯＧ_ｉ（ｔ_１，ｔ_０）が時刻の関数であるのに対し、式（９）は時刻ｔの関数ではないということである。

ｐ_ｉ（θ）が線形関数ではなく、非線形関数であり、かつそれが既知であるとすれば、観測されたｍ個のＥＯＧの変化量

と、ｐ_ｉ（θ）を用いて（ｍ≧２）、以下の式（１０）

を解くことで、θ_０、θ_１それぞれを求めることができる。なお、上記の式を解くためには、観測されたＥＯＧの変化量が２種類以上あり、さらにそれらが、少なくとも２つ以上の独立な非線形関数で表現されることが必要である。この条件は、電極配置位置を工夫すれば、通常のＥＯＧ計測と同じ電極設置数で容易に実現可能である。本手法の基本的な動作フローを図４に示す。

図４に示すフローチャート図を用いて、視線計測装置１の計算機４における視線計測方法の処理について説明する。まず、ＥＯＧが計測される（ステップＳ１）。次に、Ｓ１にて計測されたＥＯＧに基づいて、ΔＥＯＧが算出される（ステップＳ２）。次に、Ｓ２にて算出されたΔＥＯＧに基づいて、式（１０）により視線角度が推定される（ステップＳ３）。次に、Ｓ３にて推定された視線角度が出力される（ステップＳ４）。

なお、ｐ_ｉ（θ）は既知であるとしたが、電極の貼付位置によってｐ_ｉ（θ）は変わるため、毎回にｐ_ｉ（θ）を決定し直すことが望ましい。ｐ_ｉ（θ）は以下のようにして決定することができる。電極装着後、装着者に視線をθ_ｋ０からθ_ｋ１に動かしてもらい、その時のｉ番目のＥＯＧの変化量

を記録する。これをＫ回繰り返すことで、Ｋ種類の

を得ることができる。ｐ_ｉ（θ）がどのような関数であるか事前にわかっている場合、つまりｐ_ｉ（θ）が複数の未知の係数を含んでおり、それらが決定されれば、ｐ_ｉ（θ）が一意に決まる場合、以下の式（１１）

を解くことで、ｐ_ｉ（θ）の未知の係数を決定することができる。ｐ_ｉ（θ）には、例えば下記従来研究１で提案されている式を用いれば良い。しかし、ｐ_ｉ（θ）の関数を厳密に設定してしまうと、観測データとｐ_ｉ（θ）とがうまく適合しなくなり、適切なｐ_ｉ（θ）とはならない場合がある。
［従来研究１］伊月宣之、久保賢倫、白石学、西川偉一、三村康男：眼球常在電位解析のための眼球の電池モデル、日本眼科学会雑誌、Ｖｏｌ．９９、ｐｐ．１０１２−１０１６（１９９５）。

ｐ_ｉ（θ）に、単純なｎ次の多項式を適用すれば、そのような問題は発生しない。つまり、以下の式（１２）及び（１３）のようにｐ_ｉ（θ）を設定すれば良い。


なお、このようにして推定した非線形関数の例を図１のグラフにおける実線で示す。

視線の推定精度を高めるために、以下の方法を組み合わせることも可能である。一般に、観測データにはノイズが含まれているため、それぞれに信頼度は異なる。式（１０）では、観測データに含まれる誤差は、全て同等に扱われているが、観測データの中でノイズが少なく信頼度が高いと考えられるものは推定結果に与える影響を大きくし、逆に信頼度が低いと考えられるものは推定結果に与える影響を小さくすることで、最終的な推定結果の精度を向上させることができる。例えば、図１の散布図に見られるように、Ｃｈ．１は観測データの分散が小さく、信頼度は相対的に高いと言えるが、Ｃｈ．４は観測データの分散が大きく、信頼度は相対的に低い。この場合、Ｃｈ．１には高い重みをつけ、Ｃｈ．４には低い重みを付与することで、精度を向上させることができる。例えば、ｐ_ｉ（θ）を決定する際に得られる観測データの分散から、それぞれの重みｗ_ｉを算出しておき（ｗ_ｉ≧０）、式（１０）を以下の式（１４）のように変形すればよい。

また、式（１０）では、θ_０およびθ_１の両方を未知の変数として推定しているが、通常の場合、直前の視線の絶対角は推定が完了しているため、θ_０を新たに求める必要はない。式（１０）において、直前の視線推定結果を利用すれば、未知の変数はθ１だけとなるため、より高精度な推定を行うことが可能となる。

また、視線角度は水平成分と垂直成分とに分けられるが、非線形関数を用いた視線角度の推定を、水平成分のみに適用しても良い。これにより、計算量が削減され、容易に実装できるようになり、またｐ_ｉ（θ）を求める際に必要な視線の動きを減らすことができるので、装着者への負担も低減する。垂直成分の視線角度を正確に推定できなくなるという欠点が生じるが、視線の水平成分の動きの方が多くの場合重要であるため、アプリケーション側で工夫することにより、その欠点を隠蔽することができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る視線計測装置１Ａの概要図である。図５に示す通り、視線計測装置１Ａは視線計測装置１が備える構成要素を全て含み、さらにサッケード検出機構５（サッケード検出手段）を含んで構成される。本実施形態では、視線計測装置１との差分についてのみ説明する。なお、視線計測装置１Ａは、図３に示す通り、視線計測装置１と同様のハードウェア構成から構成されており、視線計測装置１Ａの各構成要素の機能は、視線計測装置１と同様に、図３に示す各ハードウェアが協働することで実現される。

増幅器３は、電極２から入力された角膜網膜電位を増幅し、計算機４及びサッケード検出機構５に出力する。サッケード検出機構５は、増幅器３の出力に基づいてサッケードが生じたことを検出し、検出結果を計算機４に出力する。

そして、計算機４は、サッケード検出機構５から入力された検出結果に基づいて、サッケードが生じた時にのみに、非線形関数を用いた視線角度推定を行う。具体的には、計算機４は、サッケード検出機構５によってサッケードが検出された際に、サッケードの直前及びサッケードの直後における増幅器３の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、サッケードの直前及び直後におけるユーザの視線角度を推定する。

視線の動きが小さい場合には、観測値の変化量も小さくなる。一方で観測値には、必ず誤差が含まれるため、視線の動きが小さい時には、ＳＮ比が低下することとなる。そのため、視線の動きが小さい場合に、非線形関数を用いた視線角度推定を行うと、推定した視線角度に大きな誤差が生じてしまう。そこで、視線の動きが大きい場合、つまりサッケードが生じた時にのみ、非線形関数を用いた視線角度推定を行うことが望ましい。このサッケードが生じた時にのみ、非線形関数を用いた視線角度推定を行う場合の動作フローを図６に示す。

図６に示すフローチャート図を用いて、視線計測装置１Ａの計算機４における視線計測方法の処理について説明する。まず、ＥＯＧが計測される（ステップＳ１０）。次に、サッケード検出機構５から入力された検出結果に基づいて、サッケードが検出されたか否かが判定される（ステップＳ１１）。Ｓ１１にてサッケードが検出されなかった場合、Ｓ１０に戻る。Ｓ１１にてサッケードが検出された場合、Ｓ１０にて計測されたＥＯＧに基づいて、非線形関数を用いて視線角度が推定される（ステップＳ１２）。次に、Ｓ１２にて推定された視線角度が出力される（ステップＳ１３）。

以上の通り、視線計測装置１Ａでは、サッケード検出機構５を用いることで、サッケードが生じるたびに自動的にドリフトにより生じたオフセットを補正することができる。また、サッケードをコマンドとして認識するサッケードベースの視線入力インタフェースを容易に構築できるようになる。

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係る視線計測装置１Ｂの概要図である。図７に示す通り、視線計測装置１Ｂは視線計測装置１Ａが備える構成要素を全て含み、さらに視線変化量推定機構６（視線変化量推定手段）を含んで構成される。本実施形態では、視線計測装置１Ａとの差分についてのみ説明する。なお、視線計測装置１Ｂは、図３に示す通り、視線計測装置１と同様のハードウェア構成から構成されており、視線計測装置１Ｂの各構成要素の機能は、視線計測装置１と同様に、図３に示す各ハードウェアが協働することで実現される。

増幅器３は、電極２から入力された角膜網膜電位を増幅し、計算機４、サッケード検出機構５及び視線変化量推定機構６に出力する。サッケード検出機構５は、増幅器３の出力に基づいてサッケードが生じたことを検出し、検出結果を計算機４及び視線変化量推定機構６に出力する。視線変化量推定機構６は、増幅器３から入力された変化量に基づいて、視線の移動量を推定する。より具体的には、視線変化量推定機構６は、時刻ｔ１及び時刻ｔ２における増幅器３の出力の変化量から、時刻ｔ１及び時刻ｔ２におけるユーザの視線の移動量を推定する。また、視線変化量推定機構６は、サッケード検出機構５によってサッケードが生じたことが検出されない際に、ユーザの視線角度の変化量を推定する。

このような視線計測装置１Ｂによれば、サッケードが生じていない時の視線の動きを推定することができるようになる。この時の動作フローを図８に示す。

図８に示すフローチャート図を用いて、視線計測装置１Ｂの計算機４及び視線変化量推定機構６における視線計測方法の処理について説明する。なお、図８において、計算機４が行うＳ２１〜Ｓ２４は、それぞれ図６におけるＳ１０〜Ｓ１３と同様のため、説明を省略する。Ｓ２２にてサッケードが検出されなかった場合、視線変化量推定機構６により、視線角度の変化量が推定される（ステップＳ２５）。次に、視線変化量推定機構６により、Ｓ２５にて推定された視線角度の変化量に基づいて、視線角度が算出される（ステップＳ２６）。次に、計算機４により、Ｓ２６にて算出された視線角度が出力される（ステップＳ２４）。

以上の通り、視線計測装置１Ｂでは、視線変化量推定機構６を用いることで、従来の視線推定手法をそのまま利用することが可能である。

［まとめ］
以上の各実施形態で説明した視線計測装置１、１Ａ及び１Ｂは、ＤＣ結合を用いたＥＯＧ計測値に対しても、ＡＣ結合を用いたＥＯＧ計測値に対しても適用可能である。従来の、ＡＣ結合を用いたＥＯＧ計測では、視線の変化量しか推定できていなかったのに対し、視線計測装置１、１Ａ及び１Ｂは、視線角度そのものを直接推定できる点で優れている。

また、視線計測装置１、１Ａ及び１Ｂでは、視線角度とＥＯＧの非線形性を利用することで、観測されたＥＯＧの変化量から、視線角度を直接推定できる。従来手法では、視線角度の変化量しか推定できなかったため、ドリフトによって生じたオフセットは、時間と共に累積していくことになるのに対し、視線計測装置１、１Ａ及び１Ｂでは、そのオフセットが生じない。また、仮にオフセットが生じたとしても、そのオフセットを（自動的に）補正することができる。これにより、電極装着者による明示的なオフセット補正を行うことなく、常に正確な視線角度を推定できるようになり、利便性が向上する。

また、視線計測装置１、１Ａ及び１Ｂでは、ユーザが視線を動かすたびに自動的にオフセット補正を行えるようになる。これにより、ＥＯＧ法を用いた場合であっても視線の絶対角を用いた入力インタフェースを実現することができるようになる。

１・１Ａ・１Ｂ…視線計測装置、２・２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄ…電極、３…増幅器、４…計算機、５…サッケード検出機構、６…視線変化量推定機構。

Claims (9)

1. 顔面に貼付される複数の電極と、
   前記電極により測定された電位を増幅する増幅手段と、
   第１の時刻及び第２の時刻における前記増幅手段の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、第１の時刻及び第２の時刻における電極装着者の視線角度を推定する計算手段と、
   を備える視線計測装置。
2. 前記増幅手段の出力に基づいてサッケードが生じたことを検出するサッケード検出手段をさらに備え、
   前記計算手段は、前記サッケード検出手段によってサッケードが検出された際に、サッケードの直前及びサッケードの直後における前記増幅手段の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、サッケードの直前及び直後における電極装着者の視線角度を推定することを特徴とする請求項１に記載の視線計測装置。
3. 第１の時刻及び第２の時刻における前記増幅手段の出力の変化量から、第１の時刻及び第２の時刻における電極装着者の視線の移動量を推定する視線変化量推定手段をさらに備え、
   前記視線変化量推定手段は、前記サッケード検出手段によってサッケードが生じたことが検出されない際に、電極装着者の視線角度の変化量を推定することを特徴とする請求項２に記載の視線計測装置。
4. 前記非線形関数は、電極装着者があらかじめ定められた通りに視線を動かした際の前記増幅手段からの出力に基づいて算出されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の視線計測装置。
5. 前記非線形関数は、視線角度のｎ次多項式であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の視線計測装置。
6. 前記非線形関数を用いて電極装着者の視線角度を推定するのは、視線角度の水平成分のみであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の視線計測装置。
7. 前記計算手段は、前記非線形関数を用いて電極装着者の視線角度を推定する際に、第１の時刻及び第１の時刻よりも未来である第２の時刻における前記増幅手段の出力の変化量と、第１の時刻において推定されていた電極装着者の視線の絶対角と、前記非線形関数とを用いて、第２の時刻における電極装着者の視線角度を推定することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の視線計測装置。
8. 前記計算手段は、前記非線形関数を用いて電極装着者の視線角度を推定する際に、第１の時刻及び第２の時刻における前記増幅手段の出力の変化量と、前記出力の変化量に対する重みと、前記非線形関数とを用いて、第１の時刻及び第２の時刻における電極装着者の視線角度を推定することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の視線計測装置。
9. 顔面に貼付される複数の電極と、前記電極により測定された電位を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力から電極装着者の視線を推定する計算機とを備える視線計測装置により実行される視線計測方法であって、
   前記計算機が、第１の時刻及び第２の時刻における前記増幅器の出力の変化量と、あらかじめ定められている非線形関数とを用いて、第１の時刻及び第２の時刻における電極装着者の視線角度を推定するステップを含む視線計測方法。