JP2016170052A - Eye detector and vehicle display system - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、人の顔を撮像した画像から人の目を検出する目検出装置及びこれを用いた車両用表示システムに関する。 The present invention relates to an eye detection device that detects a human eye from an image obtained by imaging a human face, and a vehicle display system using the eye detection device.
従来、この種の目検出装置としては、CCDやCMOSなどの撮像素子を用いて人の顔を含む被写体を撮像するものが知られている(例えば特許文献1参照)。目検出装置によって検出された人の目に基づいて、さらに人の目の位置及び視線方向を算出することができ、例えば特許文献2に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置における表示像(虚像)の位置調整などに用いることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of eye detection apparatus, an apparatus that images a subject including a human face using an image sensor such as a CCD or a CMOS is known (for example, see Patent Document 1). Based on the eyes of the person detected by the eye detection device, the position and line-of-sight direction of the person's eyes can be further calculated. For example, as shown in
しかしながら、太陽光が強く被写体に当たっている場合など被写体が明るすぎると、本来明暗のある部分が白一色となるいわゆる白飛び現象が発生し、反対にトンネルなどの暗所内で被写体に光が当たらない場合など被写体が暗すぎる場合は暗い部分が黒一色となるいわゆる黒潰れ現象が発生し、いずれの場合も人の目を検出できなくなるという問題があった。このような問題に対し、被写体が暗い場合の対策としては特許文献2に開示されるように、撮像素子に赤外線カメラを用いて被写体に赤外光を照射して被写体を撮像する方法が考えられるが、赤外線カメラを用いた場合でも被写体が明るすぎると白飛び現象が生じてしまう。
However, if the subject is too bright, such as when the sunlight is strong and the subject is so bright, a so-called white-out phenomenon occurs where the originally bright and dark areas become a single color, and conversely, the subject does not receive light in a dark place such as a tunnel. When the subject is too dark, for example, a so-called black crushing phenomenon occurs in which the dark portion becomes a solid black color. In either case, there is a problem that the human eye cannot be detected. As a countermeasure against such a problem when the subject is dark, as disclosed in
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、被写体の明るさに係わらず、安定して人の目を検出することが可能な目検出装置及び車両用表示システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an eye detection device and a vehicle display system capable of stably detecting human eyes regardless of the brightness of a subject. To do.
上記目的を達成するため、本発明の目検出装置は、人の顔部を含む被写体を撮像し、撮像した被写体の画像に基づいて人の目を検出する目検出装置であって、
露出の異なる複数の撮像素子を備え、前記複数の撮像素子の各々が前記被写体からの撮像光を受けて前記被写体を撮像する撮像部と、
前記複数の撮像素子の各々で撮像された前記被写体の画像を合成し、前記複数の撮像素子の各々で撮像された前記被写体の画像よりも広いダイナミックレンジを持つハイダイナミックレンジ画像を生成する画像合成部と、
前記ハイダイナミックレンジ画像から人の目を検出する解析部と、を備えてなる。
In order to achieve the above object, an eye detection device of the present invention is an eye detection device that images a subject including a human face and detects a human eye based on the image of the captured subject.
An imaging unit that includes a plurality of imaging elements having different exposures, and each of the plurality of imaging elements receives imaging light from the subject, and images the subject;
Image synthesis for synthesizing images of the subject imaged by each of the plurality of image sensors and generating a high dynamic range image having a wider dynamic range than the image of the subject imaged by each of the plurality of image sensors. And
An analysis unit for detecting human eyes from the high dynamic range image.
上記目的を達成するため、本発明の車両用表示システムは、上述の目検出装置によって使用者の目の位置及び/あるいは視線を算出し、前記目検出装置によって算出された前記使用者の目の位置及び/あるいは視線に応じて、ヘッドアップディスプレイ装置から出射される表示画像を示す表示光によって前記使用者が視認する前記表示画像の虚像の位置を調整する。 In order to achieve the above object, a display system for a vehicle according to the present invention calculates the position and / or line of sight of a user's eyes by the above-described eye detection device, and calculates the user's eyes calculated by the eye detection device. According to the position and / or line of sight, the position of the virtual image of the display image viewed by the user is adjusted by display light indicating the display image emitted from the head-up display device.
本発明によれば、被写体の明るさに係わらず、安定して人の目を検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to stably detect human eyes regardless of the brightness of the subject.
図1に、本発明の目検出装置を適用した本実施形態に係る車両用表示システム1のシステム構成を示す。
本実施形態に係る車両用表示システム1は、表示画像を表す表示光Lを車両2のフロントガラス(反射透過面の一実施形態)2aに投影し、表示画像の虚像Mを車両2の乗員(主に運転者)である使用者3に視認させるヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUD装置)100と、使用者3の顔部を含む被写体を撮像し、使用者3の目を検出して目の位置及び視線を算出する目検出装置200と、経路案内のための情報を生成するナビゲーションシステム300と、目検出装置200とナビゲーションシステム300とから入力される情報に基づき、HUD100の表示を制御する表示コントローラ400と、から構成される。
FIG. 1 shows a system configuration of a
The
HUD装置100は、虚像Mを表示するための表示画像Jを表示面に表示する表示器10と、表示画像Jを示す画像光Kを反射する平面ミラー20と、この平面ミラー20が反射した画像光Kを拡大及び変形して表示光Lとしてフロントガラス2a側へ反射する自由曲面ミラー30と、を備える。
The
表示器10は、後述する表示コントローラ400による制御の下、案内経路を示す経路案内画像や、車両2に関する情報を示す車両情報画像等を表示画像Jとして表示面に表示するものであり、例えば、液晶パネルなどの表示素子(図示しない)と、この表示素子を照明する光源(図示しない)とから構成される透過型液晶ディスプレイからなる。なお、表示器10は、透過型液晶ディスプレイではなく、自発光型の有機ELディスプレイや、反射型のDMD(Digital Micromirror Device)、反射型及び透過型のLCoS(登録商標:Liquid Crystal on Silicon)等で構成されてもよい。後述する表示コントローラ400は、虚像Mを使用者3に視認させるように、目検出装置200によって算出された使用者3の目の位置及び視線方向に応じて表示器10の表示面に表示する表示画像Jの表示位置を調整する。これにより、使用者3は、視線の先に位置合わせされた虚像Mを視認することができる。なお、虚像Mの表示位置を調整する他の方法として、例えば自由曲面ミラー30の角度を調整するモータなどからなる角度調整部を設けてもよい。
The
平面ミラー20は、表示器10が出射した画像光Kを、自由曲面ミラー30に向けて反射させるものである。
The
自由曲面ミラー30は、例えば合成樹脂材料からなる凹状の基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、平面ミラー20で反射した画像光Kを拡大すると共に、画像光Kを変形して表示光Lとしてフロントガラス2aの方向に出射する。
The free-
図2は、使用者3に視認される虚像Mの一例を示す。図2に示す例では、使用者3から見てフロントガラス2aの奥側で視認される虚像Mは、目的地までの経路を案内する経路案内虚像M1を有する。経路案内虚像M1は、例えば、アローヘッドや矢印などの形状の画像であり、特定の方向を指示する。また、経路案内虚像M1には、「200m先左折」などの文字画像が含まれていてもよい。 FIG. 2 shows an example of the virtual image M visually recognized by the user 3. In the example shown in FIG. 2, the virtual image M that is visually recognized on the back side of the windshield 2a when viewed from the user 3 has a route guidance virtual image M1 that guides the route to the destination. The route guidance virtual image M1 is, for example, an image having a shape such as an arrow head or an arrow, and indicates a specific direction. The route guidance virtual image M1 may include a character image such as “turn left 200m”.
以上が、本実施形態におけるHUD装置100の光学的な構成であり、HUD装置100から出射された表示光Lが車両2のフロントガラス2aに投影され、使用者3の目に入射することにより、使用者3にステアリング2bの上側のフロントガラス2aの所定の表示可能領域Eで虚像Mを視認させるものである。このフロントガラス2aの表示可能領域Eは、表示器10の表示領域に対応しており、表示器10の表示可能領域E内で表示画像Jを移動させることで、フロントガラス2aの表示可能領域E内で虚像Mが移動して視認されることになる。
The above is the optical configuration of the
目検出装置200は、使用者3の顔部を含む被写体を撮像し、被写体の画像から使用者3の目を検出し、使用者3の目の位置及び視線を算出するものであり、本実施形態では、使用者3の前方に配置され被写体を撮像する撮像部210と、この撮像部210で撮像された被写体の画像を解析する画像解析部220と、を備える。
The
撮像部210は、図3に示すように、第1、第2の撮像素子211、212と、半透過反射部材213と、を備える。第1、第2の撮像素子211、212は例えばCCDやCMOSなどからなり、互いに露出(感受する光の量)が異なるように構成されている。第1、第2の撮像素子211、212は互いに異なる角度で配置され、各々が半透過反射部材213と対向する。半透過反射部213は、被写体からの撮像光Nが入射され、撮像光Nの一部を第1の撮像光N1として第1の撮像素子211に向けて透過し、一部を第2の撮像光N2として第2の撮像素子212に向けて反射する。半透過反射部213の透過率と反射率との比は1:1であるものとする。したがって、第1の撮像光N1と第2の撮像光N2とはそれぞれが共に光量が半分となった撮像光Nとなる。これにより、第1、第2の撮像素子211、212は、半透過反射部213で撮像光Nが分配された第1、第2の撮像光N1、N2を受けて各々が被写体を同じ角度から同時に撮像し、第1の撮像素子211が第1の被写体画像Fを、第2の撮像素子212が第2の被写体画像Sをそれぞれ画像解析部210に同じタイミングで送信することができる。図4(a)には第1の被写体画像Fの一例を示し、図4(b)には第2の被写体画像Sの一例を示す。第1、第2の被写体画像F、Sは互いに露出が異なる画像であり、図4に示す例では第1の被写体画像Fは第2の被写体画像Sよりも露出が多くなっている。
As shown in FIG. 3, the
画像解析部220は、画像合成部221と、解析部222と、を備える。画像合成部221は、第1の撮像素子211から送信された第1の被写体画像F及び第2の撮像素子212から送信された第2の被写体画像Sを合成して合成画像G(ハイダイナミックレンジ画像)を生成するものである。解析部222は、画像合成部221で生成した合成画像Gから使用者3の目を検出し、使用者3の目の位置及び視線を算出して、目の位置情報I1及び視線情報I2を表示コントローラ400に送信するものである。
The
次に、図5を参照して、車両用表示システム1における、画像解析部220による使用者3の目の位置の検出から表示コントローラ400による虚像Mの位置調整までの処理について説明する。
Next, with reference to FIG. 5, processing from the detection of the position of the eyes of the user 3 by the
まず、ステップS101において、画像解析部220は、第1、第2の撮像素子211、212から第1、第2の被写体画像F、Sを受信する。
First, in step S101, the
次に、ステップS102において、画像合成部221は、内部変数である合成画像Gの輝度合計値Btを初期化する。
Next, in step S102, the
次に、ステップS103において、画像合成部221は、第1の被写体画像Fの画素と第2の被写体画像Sの画素との合成を行う(画素を合成)。具体的には、第1の被写体画像Fの画素輝度値Bfに第1の露出係数Cfを乗じた値と第2の被写体画像Sの画素輝度値Bsに第2の露出係数Csを乗じた値とを加算して合成画像Gの画素輝度値Bgとする(Bg=Bf×Cf+Bs×Cs)。したがって、合成画像Gの画素輝度値Bgは第1の被写体画像Fの画素輝度値Bf及び第2の被写体画像Sの画素輝度値Bsの取り得る範囲より広い範囲を取ることができる。なお、第1、第2の露出係数Cf、Csは、第1、第2の撮像素子211、212の露光時間及びレンズの絞りに応じて予め設定される。
Next, in step S103, the
次に、ステップS104において、画像合成部221は、合成画像Gの輝度合計値Btを算出する。具体的には、ステップS103で算出した合成画像Gの画素輝度値Bgを輝度合計値Btに加算する(Bt=Bt+Bg)。
Next, in step S104, the
次に、ステップS105において、画像合成部221は、第1、第2の被写体画像F、Sの横1ラインの全ての画素に対してステップS103及びS104の処理が終了したか否かを判定する。画素合成部221は、横1ラインの全ての画素に対してステップS103及びS104の処理が終了していると判定される場合は(ステップS105;Yes)、ステップS106に移行し、終了していないと判定される場合(ステップS105;No)は、ステップS103に戻って、横1ラインの次の画素に対してステップS103及びS104の処理を繰り返し実行する。
Next, in step S105, the
次に、ステップS106において、画像合成部221は、第1、第2の被写体画像F、Sの全ての横ラインに対してステップS103及びS104の処理が終了したか否かを判定する。画像合成部221は、全ての横ラインに対してステップS103及びS104の処理が終了したと判定される場合は(ステップS106;Yes)、ステップS107に移行し、終了していないと判定される場合は(ステップS106;No)、ステップS103に戻って次の横ラインの画素に対してステップS103及びS104の処理を繰り返し実行する。このようにして、第1、第2の被写体画像F、Sの全ての画素に対してステップS103及びS104の処理が実行される。このようにして合成された画素からなる合成画像Gは、第1、第2の被写体画像F、Sよりも広いダイナミックレンジを持つハイダイナミックレンジ画像となる。図4(c)には、合成画像Gの一例を示している。図4(c)で示すように、合成画像Gとして、第1、第2の被写体画像F、Sに対して白飛び及び黒潰れが低減された画像が得られる。
Next, in step S106, the
次に、ステップS107において、画像合成部221は、合成画像Gの輝度平均値Baを算出する。具体的には、ステップS104で算出された合成画像Gの輝度合計値Btを合成画像Gの画素数dで除算する(Ba=Bt/d)。
Next, in step S107, the
次に、ステップS108において、画像合成部221は、ステップS107までの処理で得られた合成画像G及び合成画像Gの輝度平均値Baを保存する。
Next, in step S108, the
次に、ステップS109において、解析部222は、画像合成部221に保存された合成画像Gから合成画像Gの輝度平均値Baを用いて使用者3の目を検出する。具体的には、合成画像Gの輝度平均値Baに基づいて所定の輝度レンジ(輝度範囲)を設定し、合成画像Gのうち設定した輝度レンジの範囲内の部分(画素)に対してエッジ検出を行い、目の輪郭や黒目を検出する(すなわち、極端に輝度が高いあるいは低い部分はエッジ検出を行わない)。前述のように、合成画像Gは、第1、第2の被写体画像F、Sに対して白飛び及び黒潰れが低減された画像であるため、被写体の明るさに係わらず安定して使用者3の目を検出することができる。また、合成画像Gは広いダイナミックレンジを持つことから全ての画素に対してエッジ検出を行うと従来よりも目の検出に時間を要することが考えられるが、合成画像Gの輝度平均値Baを用いてエッジ検出を行う部分を絞り込むことで速やかな目の検出が可能となる。
Next, in step S <b> 109, the
次に、ステップS110において、解析部222は、ステップS109で検出された目の輪郭及び黒目の相関関係から、使用者3の目の位置及び視線を算出する。
Next, in step S110, the
次に、ステップS111において、解析部222は、ステップS110で算出した使用者3の目の位置情報I1及び視線情報I2を表示コントローラ400に送信する。
Next, in step S111, the
次に、ステップS112において、表示コントローラ400は、目検出装置200から受信した目の位置情報I1及び視線方向情報I2に基づいて、表示画像Jの表示位置の補正量を算出する。具体的には、予め図示しない記憶部に格納される目の位置及び視線に対する表示補正量を定めた補正データテーブルに基づいて、目検出装置200から受信した目の位置情報I1及び視線情報I2に対する表示補正量を読み出す。
Next, in step S112, the
次に、ステップS113において、表示コントローラ400は、ステップS112で算出した表示補正量に基づいて表示画像Jを更新し(表示位置を移動させ)、使用者3の視線と重なるように、虚像Mの位置を調整する。
Next, in step S113, the
車両用表示システム1の各部は、以上の処理を繰り返し実行する。
Each unit of the
以上に説明したように、本実施形態における目検出装置200は、人(使用者3)の顔部を含む被写体を撮像し、撮像した被写体の画像に基づいて人の目を検出する目検出装置であって、露出の異なる複数の撮像素子211、212を備え、複数の撮像素子211、212の各々が前記被写体からの撮像光N1、N2を受けて前記被写体を撮像する撮像部210と、複数の撮像素子211、212の各々で撮像された前記被写体の画像F、Sを合成し、複数の撮像素子211、212の各々で撮像された前記被写体の画像F、Sよりも広いダイナミックレンジを持つハイダイナミックレンジ画像(合成画像G)を生成する画像合成部221と、前記ハイダイナミックレンジ画像から人の目を検出する解析部222と、を備えてなる。
これによれば、被写体の明るさに係わらず安定して人の目を検出することができる。
As described above, the
According to this, it is possible to stably detect human eyes regardless of the brightness of the subject.
また、目検出装置200は、被写体からの撮像光Nを入射し、前記被写体からの撮像光Nの一部を透過し、一部を反射して複数の撮像素子211、212の各々に向けて出射する半透過反射部材213を備えてなる。
これによれば、複数の撮像素子211、212で被写体を同時に撮像して露出の異なる複数の被写体画像F、Sを同じタイミングで画像合成部221に送信することができ、ハイダイナミックレンジ画像を生成するのに要する時間を短縮することができる。
The
According to this, a plurality of subject images F and S having different exposures can be simultaneously captured by a plurality of
また、目検出装置200において、画像合成部221は、前記ハイダイナミックレンジ画像の輝度合計値Btの平均値Baを算出し、解析部222は、輝度合計値Btの平均値Baに基づいて所定の輝度範囲を設定し、前記ハイダイナミックレンジ画像のうち設定した輝度範囲内の部分から人の目を検出する。
これによれば、ハイダイナミックレンジ画像を用いる際にも、速やかに人の目を検出することができる。
In the
According to this, even when a high dynamic range image is used, it is possible to quickly detect human eyes.
本実施形態の車両用表示システム1は、目検出装置200によって使用者3の目の位置及び/あるいは視線を算出し、目検出装置200によって検出された使用者3の目の位置及び/あるいは視線に応じて、ヘッドアップディスプレイ装置100によって出射される表示画像Jを示す表示光Lによって使用者3が視認する表示画像Jの虚像Mの位置を調整する。
これによれば、周囲の明るさに係わらず安定して虚像Mの位置調整を行うことができる。
The
According to this, the position of the virtual image M can be adjusted stably regardless of the surrounding brightness.
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲内で種々の変更(構成要素の追加及び削除を含む)が可能であることは勿論である。例えば、目検出装置200と表示コントローラ400が1つの制御部に一体的に構成されてもよい。また、目検出装置200は、検出した人の目に基づいて、目の位置及び視線のほか、さらに人の居眠りや脇見、集中の低下などを判定してもよい。また、撮像素子は複数であればよく、3つ以上であってもよい。さらに、撮像素子の数に伴って半透過反射部材が複数備えられてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications (including addition and deletion of components) can be made without departing from the scope of the invention. For example, the
本発明は、人の顔を撮像した画像から人の目を検出して目の位置及び/あるいは視線を算出する目検出装置及びこれを用いた車両用表示システムに好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for an eye detection device that detects a human eye from an image obtained by capturing a human face and calculates an eye position and / or line of sight and a vehicle display system using the eye detection device.
1 車両用表示システム
2 車両
3 使用者
100 ヘッドアップディスプレイ装置
200 目検出装置
210 撮像部
211 第1の撮像素子
212 第2の撮像素子
220 画像解析部
221 画像合成部
222 解析部
300 ナビゲーションシステム
400 表示コントローラ
F 第1の被写体画像
G 合成画像(ハイダイナミックレンジ画像)
K 画像光
L 表示光
M 虚像
N 撮像光
N1 第1の撮像光
N2 第2の撮像光
S 第2の被写体画像
DESCRIPTION OF
K image light L display light M virtual image N imaging light N1 first imaging light N2 second imaging light S second subject image
Claims (4)
露出の異なる複数の撮像素子を備え、前記複数の撮像素子の各々が前記被写体からの撮像光を受けて前記被写体を撮像する撮像部と、
前記複数の撮像素子の各々で撮像された前記被写体の画像を合成し、前記複数の撮像素子の各々で撮像された前記被写体の画像よりも広いダイナミックレンジを持つハイダイナミックレンジ画像を生成する画像合成部と、
前記ハイダイナミックレンジ画像から人の目を検出する解析部と、を備えてなる、ことを特徴とする目検出装置。 An eye detection device that images a subject including a human face and detects a human eye based on an image of the captured subject,
An imaging unit that includes a plurality of imaging elements having different exposures, and each of the plurality of imaging elements receives imaging light from the subject, and images the subject;
Image synthesis for synthesizing images of the subject imaged by each of the plurality of image sensors and generating a high dynamic range image having a wider dynamic range than the image of the subject imaged by each of the plurality of image sensors. And
An eye detection apparatus comprising: an analysis unit that detects a human eye from the high dynamic range image.
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