JP2016049262A - Lighting imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象者の視線を検出するための照明撮像装置に関する。 The present invention relates to an illumination imaging apparatus for detecting a line of sight of a subject.
人間の目には、網膜による光の反射に再帰性の特性があり、瞳孔から入射した光はその光源の方向に対して強く反射する。このため、視線検出装置においては、人の顔を撮影する際に、撮影カメラの光軸と同軸に光源を配置させることによって、瞳孔が明るい状態の画像を取得し、この画像から瞳孔画像を抽出して視線を検出することが提案されている。 The human eye has a recursive characteristic in the reflection of light by the retina, and light incident from the pupil is strongly reflected in the direction of the light source. Therefore, in the gaze detection device, when photographing a human face, an image with a bright pupil is obtained by arranging a light source coaxially with the optical axis of the photographing camera, and a pupil image is extracted from this image. It has been proposed to detect the line of sight.
このように画像を撮影するための装置としては、輪帯状に光源を設け、この光源全体の輝度分布の重心位置(仮想光軸)がカメラの光軸と同一となるように配置した輪帯照明方式や、入射光をカメラの光軸上に反射させるハーフミラーを配置したハーフミラー方式(例えば特許文献1)が知られている。 As an apparatus for taking an image in this way, an annular light source is provided in a ring shape, and the center of gravity (virtual optical axis) of the luminance distribution of the entire light source is arranged to be the same as the optical axis of the camera. There are known a half mirror system (for example, Patent Document 1) in which a half mirror that reflects incident light on the optical axis of a camera is disposed.
ここで、目の特性として、瞳孔画像を得るためにはカメラで撮影される網膜の領域に照明光が到達している必要があるが、瞳孔が収縮しているために撮影される網膜の領域が小さい場合や、カメラとほぼ等距離の範囲に目が焦点を合わせている場合には瞳孔画像が得られにくいことが分かっている。 Here, as a characteristic of the eye, in order to obtain a pupil image, the illumination light needs to reach the region of the retina photographed by the camera, but the region of the retina photographed because the pupil is contracted It has been found that a pupil image is difficult to obtain when the eye is small or when the eye is in focus at a distance approximately equidistant from the camera.
しかしながら、上記輪帯方式は構造が単純ではあるが、光源の仮想光軸とカメラの光軸を厳密に同軸に合わせるのが困難であり、このような配置関係において、瞳孔が収縮している場合や目が撮像カメラの近傍に焦点を合わせている場合は一定以上の輝度の瞳孔画像を得ることは難しい。 However, although the ring system is simple in structure, it is difficult to align the virtual optical axis of the light source and the optical axis of the camera exactly on the same axis, and the pupil is contracted in such an arrangement relationship. When the eyes are focused in the vicinity of the imaging camera, it is difficult to obtain a pupil image with a certain brightness or higher.
また、上記ハーフミラー方式では、光源からの光がハーフミラーで反射するとき、及び、目からの入射光がハーフミラーを透過するときに、それぞれ光量が1/2以下に減衰するため、光源の光利用効率が低くなり、さらに、光源からの出射光量に対してカメラへの入射光量が小さいことから、SN比が低下しやすくなることから視線検出の精度が低下する。 Further, in the above half mirror method, when the light from the light source is reflected by the half mirror and when the incident light from the eyes is transmitted through the half mirror, the light amount is attenuated to ½ or less. The light utilization efficiency is lowered, and the incident light amount to the camera is small with respect to the emitted light amount from the light source, so that the SN ratio is likely to be lowered, and the accuracy of line-of-sight detection is lowered.
そこで本発明は、光利用効率を高く維持し、目からの反射光の減衰を抑え、かつ、光軸が撮像部材の光軸と同軸となる照射部を備えた照明撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an illumination imaging apparatus having an irradiation unit that maintains high light utilization efficiency, suppresses attenuation of reflected light from the eyes, and has an optical axis that is coaxial with the optical axis of the imaging member. Objective.
上記課題を解決するために、対象者の目に検知光を与える照射部と、前記目を含む画像を取得する撮像部材とを備え、前記撮像部材で取得した画像に基づいて前記対象者の視線を検出する照明撮像装置において、
前記照射部は、前記撮像部材の光軸上であって前記撮像部材に結像しない領域に配置されていることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, an irradiating unit that provides detection light to the eye of the subject and an imaging member that acquires an image including the eye, and the line of sight of the subject based on the image acquired by the imaging member In the illumination imaging device for detecting
The irradiating unit is arranged in a region on the optical axis of the imaging member and not imaged on the imaging member.
この構成により、対象者の目の瞳孔が収縮している場合や、対象者の目が撮像部材とほぼ等距離の範囲に焦点を合わせている場合であっても、瞳孔画像を確実に取得することができ、これにより、撮像時の条件によらずに対象者の視線方向を精度良く検出することが可能となる。 With this configuration, even when the pupil of the subject's eyes is contracting or when the subject's eyes are focused on a range approximately equidistant from the imaging member, the pupil image is reliably acquired. This makes it possible to accurately detect the direction of the subject's line of sight regardless of the conditions during imaging.
本発明の照明撮像装置は、前記照射部が、反射拡散体であり、前記反射拡散体に光を与える光源が設けられ、この光が前記反射拡散体で反射されて前記検知光となるものとして構成できる。 In the illumination imaging apparatus of the present invention, the irradiation unit is a reflection diffuser, a light source that provides light to the reflection diffuser is provided, and this light is reflected by the reflection diffuser to become the detection light. Can be configured.
これにより、反射拡散体から対象者側へ至る過程での検知光の減衰や、対象者側から撮像部材に至る過程での反射光の減衰を抑えることができるため、光源から出射した光の利用効率を高く維持することができる。したがって、撮像部材への入射光量を十分確保できることから、SN比の低下を防ぐことができ、瞳孔画像の抽出や視線方向の検出を高精度で行うことができる。
または、前記照射部は、前記検知光を出射する光源であってもよい。
This makes it possible to suppress the attenuation of the detection light in the process from the reflection diffuser to the subject side and the reflection light in the process from the subject side to the imaging member. High efficiency can be maintained. Therefore, a sufficient amount of light incident on the imaging member can be secured, so that the SN ratio can be prevented from being lowered, and pupil image extraction and gaze direction detection can be performed with high accuracy.
Alternatively, the irradiation unit may be a light source that emits the detection light.
照射部として光源を用いることにより、光源と反射拡散体を組み合わせる場合に比べて、構成部材を減らすことができる。さらに、光源として、収束性の高い光を出射するレーザー光源を用いると、拡散光に比べて対象者の目に入射する割合が高くなるため光の利用効率を高めることができる。 By using a light source as the irradiating unit, the number of constituent members can be reduced as compared with a case where a light source and a reflective diffuser are combined. Furthermore, when a laser light source that emits highly convergent light is used as the light source, the rate of incidence on the subject's eyes is higher than that of diffused light, so that the light utilization efficiency can be increased.
本発明の照明撮像装置は、前記撮像部材に撮像光を集光するレンズが設けられ、前記照射部は、前記レンズの表面に固定されている。 In the illumination imaging apparatus of the present invention, a lens for collecting imaging light is provided on the imaging member, and the irradiation unit is fixed to the surface of the lens.
または、前記撮像部材の前方に透光板が設けられ、前記照射部は、前記透明板の表面に固定されている。 Alternatively, a translucent plate is provided in front of the imaging member, and the irradiation unit is fixed to the surface of the transparent plate.
あるいは、前記撮像部材の前方に絞りが設けられ、前記照射部が、前記絞りの前方に設けられている。 Alternatively, a diaphragm is provided in front of the imaging member, and the irradiation unit is provided in front of the diaphragm.
本発明の照明撮像装置は、前記撮像部材で取得した画像から、明瞳孔画像を抽出する明瞳孔画像抽出部を備えるものとして構成できる。 The illumination imaging apparatus of the present invention can be configured to include a bright pupil image extraction unit that extracts a bright pupil image from an image acquired by the imaging member.
本発明によると、光利用効率を高く維持し、目からの反射光の減衰を抑え、かつ、光軸が撮像部材の光軸と同軸となる照射部を備えた照明撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an illumination imaging apparatus including an irradiation unit that maintains high light utilization efficiency, suppresses attenuation of reflected light from the eyes, and has an optical axis that is coaxial with the optical axis of the imaging member. it can.
以下、本発明の実施形態に係る照明撮像装置について図面を参照しつつ詳しく説明する
。以下、対象者の視線を検出するための視線検出装置に用いる照明撮像装置について説明する。
Hereinafter, an illumination imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, the illumination imaging device used for the gaze detection device for detecting the gaze of the subject will be described.
図1は、本発明の第1の本実施形態に係る照明撮像装置の概略構成を示す図であり、図5は、本実施形態に係る照明撮像装置を含む視線検出装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an illumination imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a line-of-sight detection apparatus including the illumination imaging apparatus according to the embodiment. It is.
図1に示すように、本実施形態に係る照明撮像装置10は、光源11と、撮像部材12と、照射部としての反射拡散体13と、光学部材としてのレンズ14(撮像光学系)とを備える。
As shown in FIG. 1, the
また、図5に示すように、本実施形態に係る視線検出装置は、前記照明撮像装置10と、演算制御部CCとを備え、自動車の車室内の、例えばインストルメントパネルやウインドシールドの上部などに、対象者としての運転者の顔に向けるように設置される。
Further, as shown in FIG. 5, the line-of-sight detection device according to the present embodiment includes the
光源11は、例えば、LED(発光ダイオード)やレーザーを用いる。光源11は、レンズ14に入射する光束の光路の範囲外に配置され、反射拡散体13に向けて検知光を出射する。光源11がLEDの場合には、光を反射拡散体13に集光させる集光レンズが設けられる。
For example, an LED (light emitting diode) or a laser is used as the
光源11は、2つの波長の光を発する2つの発光源(発光チップ)を有し、検知光として、波長850nm(第1波長)の赤外光と波長940nm(第2波長)の赤外光を選択的に出射することができる。光源11が出射する検知光の波長の選択や、光源11の点灯・非点灯は光源制御部21によって制御される。ここで、850nmまたはこれに近似した波長の赤外光(近赤外光)は、眼球内の水分で吸収されにくく、眼球の奥に位置する網膜まで到達して反射される光の量が多くなる。一方、940nmの赤外光は、人の目の眼球内の水分で吸収されやすい。そのため、眼球の奥に位置する網膜に到達して反射される光量が少なくなる。なお、検知光としては、850nmと940nm以外の波長の光を用いることも可能である。
The
撮像部材12は、例えば、カメラが備える撮像素子であって、CMOS(相補型金属酸化膜半導体)やCCD(電荷結合素子)などで構成される。撮像部材12は、レンズ14を経て入射した、運転者の目を含む顔の画像を取得する。撮像素子では、二次元的に配列された複数の画素で光が検出される。
The
レンズ14は、その光軸14Cが撮像部材12の光軸12Cに重なるように配置された両凸レンズであり、対象者からの入射光を集光して撮像部材12側へ出射する。なお、撮像光学系としては、1つのレンズ14に限定されず、複数のレンズからなる光学系によって対象者からの入射光を集光するものであってもよい。
The
反射拡散体13は、例えば、対象者側に向けた反射拡散面を備えた、ガラスやプラスチックで構成する。反射拡散面は、例えば、表面又は内部に入射光を拡散させる形状や機能を持たせ、さらに、金属のコーティング等によって入射光を反射させる。反射拡散体13は、撮像部材12の光軸12C(レンズ14の光軸14C)上であって、対象者とレンズ14の間のうち、撮像部材12に結像しない、レンズ14近傍の領域に配置されている。図1に示す実施の形態では、反射拡散体13がレンズ14の表面に直接に固定されている。
The
反射拡散体13は、撮像部材12に結像しないように、レンズ14の径方向において、レンズ14の有効光束径に対して十分小さな形状を備え、光軸が撮像部材12の光軸12
Cと重なるように配置されている。すなわち、反射拡散体13と撮像部材12は、光軸が互いに同軸となっている。反射拡散体13は、光源11から入射した検知光を、撮像部材12の光軸12Cの方向を中心にして、対象者側へ反射拡散させ、これにより対象者の目に検知光を与える。
The
It is arranged so as to overlap with C. That is, the
演算制御部CCは、コンピュータのCPUやメモリで構成されており、図5に示す各ブロックの機能は、予めインストールされたソフトウエアを実行することで演算が行われる。 The arithmetic control unit CC is composed of a CPU and a memory of a computer, and the function of each block shown in FIG. 5 is calculated by executing software installed in advance.
演算制御部CCには、光源制御部21と、画像取得部22と、瞳孔画像抽出部30と、瞳孔中心算出部33と、角膜反射光中心検出部34と、視線方向算出部35とが設けられている。
The arithmetic control unit CC includes a light
撮像部材12で取得された画像は、フレームごとに画像取得部22に取得される。画像取得部22で取得された画像は、フレームごとに瞳孔画像抽出部30に読み込まれる。瞳孔画像抽出部30は、明瞳孔画像検出部31と暗瞳孔画像検出部32とを備えている。
The image acquired by the
図6は、対象者の目40の視線の向きと照明撮像装置10との関係を模式的に示す平面図である。図7は、瞳孔中心と角膜反射光の中心とから視線の向きを算出するための説明図である。図6(A)と図7(A)は、対象者の視線方向VLが撮像部材12の光軸12Cに沿っている場合であり、図6(B)と図7(B)は視線方向VLが撮像部材12の光軸12Cからずれている場合である。
FIG. 6 is a plan view schematically showing the relationship between the direction of the line of sight of the
目40は前方に角膜41を有し、その後方に瞳孔42と水晶体43が位置している。そして最後部に網膜44が存在している。
The
波長850nmの検知光は、網膜44に至って反射されやすいため、光源11が点灯したときに、光源11と同軸の撮像部材12で取得される画像では、網膜44で反射された赤外光が瞳孔42を通じて検出され、瞳孔42が明るく見える。この画像が明瞳孔画像として明瞳孔画像検出部31で抽出される。これに対して、波長940nmの検知光は、網膜44に至るまでに眼球内で吸収されやすいため、光源11が点灯したときに撮像部材12で取得される画像では、網膜44から赤外光がほとんど反射されず、瞳孔42が暗く見える。この画像が暗瞳孔画像として、暗瞳孔画像検出部32で抽出される。
Since the detection light having a wavelength of 850 nm is likely to be reflected by reaching the
一方、波長850nmと波長940nmの検知光はいずれも、角膜41の表面で反射され、その反射光が明瞳孔画像検出部31と暗瞳孔画像検出部32の双方で検出される。特に暗瞳孔画像検出部32では、瞳孔42の画像が暗いため、角膜41の反射点45から反射された反射光が明るくスポット画像として検出される。
On the other hand, both the detection light with a wavelength of 850 nm and a wavelength of 940 nm is reflected by the surface of the
瞳孔画像抽出部30では、明瞳孔画像検出部31で検出された明瞳孔画像から暗瞳孔画像検出部32で検出された暗瞳孔画像がマイナスされて、瞳孔42の形状が明るくなった瞳孔画像信号が生成される。この瞳孔画像信号は、瞳孔中心算出部33に与えられる。瞳孔中心算出部33では、瞳孔画像信号が画像処理されて二値化され、瞳孔42の形状と面積に対応する部分のエリア画像を算出される。さらに、このエリア画像を含む楕円が抽出され、楕円の長軸と短軸との交点が瞳孔42の中心位置として算出される。
The pupil
また、暗瞳孔画像検出部32で検出された暗瞳孔画像信号は、角膜反射光中心検出部34に与えられる。暗瞳孔画像信号は、図6と図7に示す、角膜41の反射点45から反射された反射光による輝度信号が含まれている。角膜41の反射点45からの反射光はプルキニエ像を結像するものであり、図7に示すように、撮像部材12の撮像素子には、きわ
めて小さい面積のスポット画像が取得される。角膜反射光中心検出部34では、スポット画像が画像処理されて、角膜41の反射点45からの反射光の中心が求められる。
The dark pupil image signal detected by the dark pupil
瞳孔中心算出部33で算出された瞳孔中心算出値と角膜反射光中心検出部34で算出された角膜反射光中心算出値は、視線方向算出部35に与えられる。視線方向算出部35では、瞳孔中心算出値と角膜反射光中心算出値とから視線の向きが検出される。
The pupil center calculation value calculated by the pupil
図6(A)に示す場合では、人の目40の視線方向VLが、撮像部材12の撮像部材12の光軸12Cと一致している。このとき、図7(A)に示すように、角膜41からの反射点45の中心が瞳孔42の中心と一致している。これに対して、図6(B)に示す場合では、人の目40の視線方向VLが、撮像部材12の光軸12Cと異なる方向へ向けられている。このとき、図7(B)に示すように、瞳孔42の中心と角膜41からの反射点45の中心とが位置ずれする。
In the case shown in FIG. 6A, the line-of-sight direction VL of the
視線方向算出部35では、瞳孔42の中心と、角膜41からの反射点45の中心との直線距離αが算出される(図7(B))。また瞳孔42の中心を原点とするX−Y座標が設定され、瞳孔42の中心と反射点45の中心とを結ぶ線とX軸との傾き角度βが算出される。さらに、前記直線距離αと前記傾き角度βとから、視線方向VLが算出される。
The line-of-sight
視線方向算出部35において、視線方向VLを精度良く算出するためには、瞳孔42の中心座標と反射点45の中心座標を高精度に検出することが必要である。
In order to calculate the gaze direction VL with high accuracy in the gaze
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
(1)光軸が撮像部材12の光軸12Cと同軸となるように反射拡散体13を配置したため、対象者の目の瞳孔が収縮している場合や、対象者の目が撮像部材12とほぼ等距離の範囲に焦点を合わせている場合であっても、瞳孔画像(明瞳孔画像、暗瞳孔画像)を確実に取得することができ、これにより、撮像時の条件によらずに対象者の視線方向を精度良く検出することが可能となる。
With the configuration described above, the following effects are achieved according to the above embodiment.
(1) Since the
(2)光源11から出射した光は、反射拡散体13によって対象者側へ反射拡散されて検知光として与えられ、さらに、対象者の目からの光は、撮像部材12に結像しない領域に配置した反射拡散体13の影響を受けずにレンズ14によって集光されて撮像部材12上に結像する。このため、反射拡散体13から対象者側へ至る過程での検知光の減衰や、対象者側から撮像部材12に至る過程での反射光の減衰を抑えることができ、光源11から出射した光の利用効率を高く維持することができる。これにより、撮像部材12への入射光量を十分確保できるため、SN比の低下を防ぐことができ、瞳孔画像の抽出や視線方向の検出を高精度で行うことができる。
(2) The light emitted from the
以下に他の実施の形態について説明する。
(1)図2に示す第2の実施の形態では、レンズ14の前方にレンズカバーとなる透光板15が設けられており、透光板15の表面に照射部としての反射拡散体13が固定されている。透光板15はガラス板またはプラスチック板である。
Other embodiments will be described below.
(1) In the second embodiment shown in FIG. 2, a
(2)図3に示す第3の実施の形態では、撮像部材12とレンズ12との間に絞り17が設けられて、撮像部材12で検知する像の焦点深度が深く構成されている。この場合には、絞り17よりも前方に照射部としての反射拡散体13が配置される。例えば、レンズ14と絞り17との間に透光板16が配置され、この透光板16に反射拡散体13が配置される。
(2) In the third embodiment shown in FIG. 3, a
(3)図4に示す第4の実施形態では、光源11と反射拡散体13に代えて、照射部とし
て検知光を出射する光源111がレンズ14の近傍に配置されている。図4では、光源111が透光板15の表面に固定されている。
(3) In the fourth embodiment shown in FIG. 4, instead of the
光源111は、例えば、LED(発光ダイオード)やレーザーを用いる。光源111は、撮像部材12の光軸12C上であって、対象者とレンズ14の間の撮像部材12に結像しない、レンズ14近傍の領域に配置されている。光源111は、レンズ14の径方向において、レンズ14の有効光束径に対して十分小さな形状を備え、光軸が撮像部材12の光軸12Cと重なるように配置されている。すなわち、光源111と撮像部材12は、光軸が互いに同軸となっている。光源111は、撮像部材12の光軸12Cの方向に検知光を出射し、対象者の目に検知光を与える。
For example, an LED (light emitting diode) or a laser is used as the
光源111は、例えば、2つの波長の光を発する2つの発光源(発光チップ)を有し、検知光として、波長850nmの赤外光と波長940nmの赤外光を選択的に出射する。光源111が出射する検知光の波長の選択や、光源111の点灯・非点灯は光源制御部21によって制御される。
The
照射部として光源111を用いることにより、光源11と反射拡散体13を用いていた前記各実施形態に比べて、構成部材を減らすことができる。さらに、光源111として、収束性の高い光を出射するレーザー光源を用いると、拡散光に比べて対象者の目に入射する割合が高くなるため光の利用効率を高めることができる。
By using the
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.
以上のように、本発明に係る照明撮像装置は、対象者の視線を検出するための視線検出装置における照明及び撮像に有用である。 As described above, the illumination imaging device according to the present invention is useful for illumination and imaging in the visual line detection device for detecting the visual line of the subject.
10 照明撮像装置
11 光源
12 撮像部材
12C 光軸
13 反射拡散体
14 レンズ
14C 光軸
15,16 透光板
17 絞り
30 瞳孔画像抽出部
31 明瞳孔画像検出部
32 暗瞳孔画像検出部
33 瞳孔中心算出部
34 角膜反射光中心検出部
35 視線方向算出部
60 目
111 光源
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記照射部は、前記撮像部材の光軸上であって前記撮像部材に結像しない領域に配置されていることを特徴とする照明撮像装置。 In an illumination imaging apparatus that includes an irradiation unit that supplies detection light to the eyes of a subject and an imaging member that acquires an image including the eyes, and that detects the line of sight of the subject based on an image acquired by the imaging member.
The illumination imaging apparatus, wherein the irradiation unit is disposed in a region on the optical axis of the imaging member and not imaged on the imaging member.
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WO2019092986A1 (en) * | 2017-11-09 | 2019-05-16 | 株式会社デンソー | State detection device |
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- 2014-08-29 JP JP2014176157A patent/JP2016049262A/en active Pending
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