JP2021019943A - Saccade detection device, saccade detection method, and saccade detection program - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、監視対象者のサッカードを検出する技術に、関する。 The present disclosure relates to a technique for detecting a saccade of a monitored person.
従来の技術として特許文献1には、車両の監視対象者である運転者に対して、サッカードを検出する技術が開示されている。特許文献1の開示技術ではまず、運転者の顔が映る顔画像から、運転者の眼のうち瞳孔領域が抽出されている。そこで特許文献1の開示技術では、抽出した瞳孔領域の位置に対応する眼球回転角が時間微分されることで、眼球回転速度が演算されてから、当該演算結果に基づきサッカードが検出されている。
As a conventional technique,
しかし、特許文献1の開示技術では、細い眼の運転者に対して顔画像が撮影される場合、上瞼及び下瞼の重なる瞳孔領域を顔画像から正確に抽出することは、困難となる。また、特許文献1の開示技術では、角膜表面での反射光が顔画像に映り込んで撮影される場合、プルキニエ像の重なる瞳孔領域を顔画像から正確に抽出することは、困難となる。これらの場合、抽出の不正確となった瞳孔領域の位置がサッカード検出に利用されることとなるため、その検出精度は低下してしまう。
However, in the technique disclosed in
本開示の課題は、サッカードの検出精度を向上させる、サッカード検出装置を提供することにある。本開示の別の課題は、サッカードの検出精度を向上させる、サッカード検出方法を提供することにある。本開示のさらに別の課題は、サッカードの検出精度を向上させる、サッカード検出プログラムを提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a saccade detection device that improves the detection accuracy of saccades. Another object of the present disclosure is to provide a saccade detection method that improves the accuracy of saccade detection. Yet another object of the present disclosure is to provide a saccade detection program that improves the accuracy of saccade detection.
以下、課題を解決するための本開示の技術的手段について、説明する。尚、特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。 Hereinafter, the technical means of the present disclosure for solving the problems will be described. The scope of claims and the reference numerals in parentheses described in this column indicate the correspondence with the specific means described in the embodiment described in detail later, and limit the technical scope of the present disclosure. It is not something to do.
本開示の第一態様は、
監視対象者(2)のサッカードを検出するサッカード検出装置(1)であって、
監視対象者の顔(2a)が撮影された顔画像(7)に映る上瞼(2b)において、監視対象者の眼球運動と連動する部位を、上瞼連動部(2e)として抽出する抽出ブロック(10)と、
抽出ブロックにより抽出された上瞼連動部の運動を追跡し、当該運動追跡結果に基づきサッカードを検出する検出ブロック(20,2020)とを、備える。
The first aspect of the present disclosure is
A saccade detection device (1) that detects the saccade of the monitored person (2).
In the upper eyelid (2b) in which the face (2a) of the monitored person is reflected in the captured face image (7), an extraction block that extracts a part linked to the eye movement of the monitored person as an upper eyelid interlocking part (2e). (10) and
A detection block (20, 2020) that tracks the movement of the upper eyelid interlocking portion extracted by the extraction block and detects the saccade based on the movement tracking result is provided.
本開示の第二態様は、
プロセッサ(6)により実行されて監視対象者(2)のサッカードを検出するサッカード検出方法であって、
監視対象者の顔(2a)が撮影された顔画像(7)に映る上瞼(2b)において、監視対象者の眼球運動と連動する部位を、上瞼連動部(2e)として抽出し(S101〜S105)、
抽出された上瞼連動部の運動を追跡し、当該運動追跡結果に基づきサッカードを検出する(S106〜S110,S2111,S2112)、ことを含む。
The second aspect of the present disclosure is
It is a saccade detection method that is executed by the processor (6) to detect the saccade of the monitored person (2).
In the upper eyelid (2b) in which the face (2a) of the monitored person is reflected in the captured face image (7), the portion linked to the eye movement of the monitored person is extracted as the upper eyelid interlocking portion (2e) (S101). ~ S105),
This includes tracking the movement of the extracted upper eyelid interlocking portion and detecting the saccade based on the movement tracking result (S106 to S110, S211 and S2112).
本開示の第三態様は、
監視対象者(2)のサッカードを検出するために記憶媒体(5)に格納され、プロセッサ(6)に実行させる命令を含むサッカード検出プログラムであって、
命令は、
監視対象者の顔(2a)が撮影された顔画像(7)に映る上瞼(2b)において、監視対象者の眼球運動と連動する部位を、上瞼連動部(2e)として抽出させ(S101〜S105)、
抽出された上瞼連動部の運動を追跡させ、当該運動追跡結果に基づきサッカードを検出させる(S106〜S110,S2111,S2112)、ことを含む。
The third aspect of the present disclosure is
A saccade detection program that is stored in a storage medium (5) to detect a saccade of a monitored person (2) and includes an instruction to be executed by a processor (6).
The instruction is
In the upper eyelid (2b) in which the face (2a) of the monitored person is reflected in the captured face image (7), the portion linked to the eye movement of the monitored person is extracted as the upper eyelid interlocking portion (2e) (S101). ~ S105),
This includes tracking the movement of the extracted upper eyelid interlocking portion and detecting the saccade based on the movement tracking result (S106 to S110, S211 and S2112).
これら第一〜第三態様によると、監視対象者の顔が撮影された顔画像に映る上瞼において、眼球運動と連動する上瞼連動部が、抽出される。このとき、監視対象者の眼の細さ及び角膜表面での反射光は、上瞼の撮影には影響し難いので、当該上瞼のうち特定部位となる上瞼連動部は、顔画像から正確に抽出し易い。故に、正確に抽出された上瞼連動部の運動追跡結果に基づくことによれば、サッカードの検出精度を向上させることが可能である。 According to these first to third aspects, the upper eyelid interlocking portion interlocking with the eye movement is extracted from the upper eyelid in which the face of the monitored person is reflected in the photographed face image. At this time, the fineness of the eyes of the person to be monitored and the reflected light on the surface of the cornea are unlikely to affect the imaging of the upper eyelid, so that the upper eyelid interlocking part, which is a specific part of the upper eyelid, is accurate from the facial image. Easy to extract. Therefore, it is possible to improve the detection accuracy of the saccade based on the motion tracking result of the upper eyelid interlocking portion extracted accurately.
以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことで、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. By assigning the same reference numerals to the corresponding components in each embodiment, duplicate description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configurations of the other embodiments described above can be applied to the other parts of the configuration. Further, not only the combination of the configurations specified in the description of each embodiment, but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if the combination is not specified.
(第一実施形態)
図1に示すように第一実施形態によるサッカード検出装置1は、監視対象者2における左右の眼球のうち少なくとも一方に対して、サッカードを検出する。サッカードには、監視対象者2が視線方向を意図して変化させる場合に生じる、短時間で高速な眼球運動が含まれてもよい。サッカードには、監視対象者2が注視(即ち、固視)中に不随意に生じる、微動で急速な眼球運動が含まれていてもよい。
(First Embodiment)
As shown in FIG. 1, the
サッカード検出装置1は、車両に搭載されることで、監視対象者2としての乗員のサッカードを検出してもよい。この場合にサッカードの検出結果は、例えば車両の運転制御等に利用される。サッカード検出装置1は、コンピュータに接続されることで、監視対象者2としてのユーザのサッカードを検出してもよい。この場合にサッカードの検出結果は、例えばコンピュータの操作制御等に利用される。サッカード検出装置1の適用形態は、これら以外の形態であっても勿論よい。
The
サッカード検出装置1は、情報取得ユニット3及び電子制御ユニット4を含んで構成される。情報取得ユニット3は、監視対象者2の顔情報Iを取得する。情報取得ユニット3による顔情報Iの取得は、監視対象者2若しくは他者からの指示に従って、又は電子制御ユニット4若しくは他ユニットからの制御に従って、実行される。顔情報Iは、監視対象者2の顔2aにおける複数部位の状態に、関する情報である。
The
図2に示すように情報取得ユニット3は、予め決められた固定点から監視対象者2の顔2aを撮影する、例えばカメラ等の撮像装置3aを主体に構成される。図3に示すように情報取得ユニット3では、撮像装置3aによる撮影結果として生成される監視対象者2の顔画像7が、顔情報Iとして取得される。撮像装置3aにより生成される顔画像7には、監視対象者2の顔2aの中でも特に上瞼2bと目頭2cと目尻2dとが、少なくとも映される。
As shown in FIG. 2, the
サッカード検出装置1が車両に搭載される場合、車両に搭載された例えば車内カメラ等の撮像装置が、情報取得ユニット3の撮像装置3aとして利用されてもよい。情報取得ユニット3が車両に搭載の撮像装置3aを利用する場合、サッカード検出装置1は電子制御ユニット4のみから構成されてもよい。
When the
電子制御ユニット4は、例えばLAN(Local Area Network)、ワイヤハーネス及び内部バス等のうち少なくとも一種類を介して、情報取得ユニット3と接続されている。図1に示すように電子制御ユニット4は、メモリ5及びプロセッサ6を、少なくとも一つずつ含んで構成される専用のコンピュータである。
The electronic control unit 4 is connected to the
メモリ5は、コンピュータにより読み取り可能なプログラム及びデータを非一時的に格納する、例えば半導体メモリ、磁気媒体及び光学媒体等のうち、少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体(non-transitory tangible storage medium)である。プロセッサ6は、例えばCPU(Central processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)及びRISC(Reduced Instruction Set Computer)−CPU等のうち、少なくとも一種類をコアとして含む。
The
プロセッサ6は、メモリ5に格納されたサッカード検出プログラムに含まれる複数の命令を、実行する。これにより電子制御ユニット4は、監視対象者2のサッカードを検出するための機能ブロックを、複数構築する。このように電子制御ユニット4では、監視対象者2のサッカードを検出するためにメモリ5に格納されたサッカード検出プログラムが複数の命令をプロセッサ6に実行させることで、複数の機能ブロックが構築される。
The
電子制御ユニット4により構築される機能ブロックには、図2に示すように、抽出ブロック10及と検出ブロック20とが含まれる。抽出ブロック10は、特徴抽出部11、特徴補正部12、開閉判定部13、及び連動抽出部14を、サブ機能ブロックとして有している。
As shown in FIG. 2, the functional block constructed by the electronic control unit 4 includes an extraction block 10 and a
特徴抽出部11には、情報取得ユニット3により取得された顔情報Iが、入力される。特徴抽出部11は、監視対象者2における顔2aの特徴点を、顔情報Iに基づき検出する。特徴抽出部11は、顔情報Iのうち顔画像7に基づいた、例えばディープラーニングまたはパターンマッチング等の画像処理により、複数の特徴点を抽出する。図4に白丸で示すように顔画像7に基づき抽出される複数の特徴点には、監視対象者2の顔2aの中でも特に上瞼2bと目頭2cと目尻2dとを特定する各座標点が、少なくとも含まれる。
The face information I acquired by the
図2に示す特徴抽出部11は、抽出した複数の特徴点を表す特徴データSを、生成する。特徴点の抽出及び特徴データSの生成は、情報取得ユニット3による顔情報Iの取得フレーム毎に時系列にて実行される。そこで特徴抽出部11は、生成した特徴データSを、対応する顔情報I及び時間情報(即ち、タイムスタンプ)と関連付けて、メモリ5に記憶する。
The
特徴補正部12には、特徴抽出部11により記憶された顔情報I及び特徴データSが、入力される。特徴補正部12は、顔情報Iのうち顔画像7に映る上瞼2bの水平度及び正面度を、特徴データSに対して補正する。上瞼2bの水平度補正及び正面度補正は、顔情報Iの取得フレーム毎に時系列にて実行される。そこで特徴補正部12は、メモリ5に記憶の顔情報I及び特徴データSを、水平度及び正面度の各補正結果に基づき更新する。
The face information I and the feature data S stored by the
上瞼2bの水平度補正において特徴補正部12は、特徴データSのうち、図5に白丸で示すように顔画像7に映る各特徴点の座標を、目頭2cと目尻2dとが水平の位置関係となる場合の正規座標へ回転させる。このとき正規座標は、例えば顔2aの傾き角度等を表した顔情報Iに基づくことで、推定される。こうした正規座標への水平度補正は、顔2aの傾きに起因した特徴点のずれを、低減可能にする。
In the levelness correction of the
上瞼2bの正面度補正において特徴補正部12は、特徴データSのうち、図6に白丸で示すように顔画像7に映る各特徴点の座標を、監視対象者2の顔2aが正面に向く場合の正規座標へ変換する。このとき正規座標は、例えば顔2aの水平回転角度、開眼度、及び眼球径等を表した顔情報Iに基づくことで、推定される。こうした正規座標への正面度補正は、顔2aの向き及び開眼度に起因した特徴点のずれ、特に球面眼球上の3次元線分L(後述の図9参照)に近似可能な上瞼2bの歪んで生じたずれを、低減可能にする。
In the frontal degree correction of the
図2に示すように開閉判定部13には、特徴補正部12より記憶更新された顔情報I及び特徴データSが、入力される。開閉判定部13は、顔情報Iのうち顔画像7に映る上瞼2bの開閉を、判定する。上瞼2bの開閉判定は、顔情報Iの取得フレーム毎に時系列にて実行される。そこで開閉判定部13は、特徴データS及び時間情報と関連付けられた顔情報Iに対して、さらに開閉の判定結果を表すフラグも関連付けて、メモリ5に記憶する。
As shown in FIG. 2, the face information I and the feature data S stored and updated by the
開閉判定部13による上瞼2bの開閉判定は、特徴データSのうち、図7に白丸で示すように顔画像7に映る上瞼2bを特定した複数特徴点の各座標(即ち、各座標点)に、基づく。これら複数特徴点の各座標からは、監視対象者2の顔2aにおいて上瞼2bの形状が上への凸形状であるか否かが、判断可能となる。そこで、上瞼2bの形状が上への凸形状である場合には、上瞼2bの開いた開眼状態との判定(以下、開判定という)を、開閉判定部13は下す。一方、上瞼2bの形状が下への凸形状(図7参照)又は実質直線形状である場合には、上瞼2bの閉じた閉眼状態との判定(以下、閉判定という)を、開閉判定部13は下す。
The opening / closing determination of the
図2に示すように連動抽出部14には、特徴補正部12より更新された顔情報I及び特徴データSが、開閉判定部13による開判定に伴って入力される。連動抽出部14は、顔情報Iのうち顔画像7に映る上瞼2bにおいて、図8,9に示すように監視対象者2の眼球運動と連動する部位を、上瞼連動部2eとして抽出する。上瞼連動部2eの抽出は、顔情報Iの取得フレームのうち、上瞼2bの開判定が下されたフレーム毎に、時系列にて実行される。そこで連動抽出部14は、開判定のフラグと共に特徴データS及び時間情報と関連付けられた顔情報Iに対して、さらに上瞼連動部2eの抽出結果も関連付けて、メモリ5に記憶する。
As shown in FIG. 2, the face information I and the feature data S updated by the
連動抽出部14により抽出される上瞼連動部2eは、特徴データSのうち、図9に示すように顔画像7に映る上瞼2bの複数特徴点(同図の黒丸参照)から近似される3次元線分L上において、上へ凸の変曲点(即ち、上側頂点)2fに設定される。これは、上瞼2bにおいて眼球運動との連動量が実質最大の特徴点は、変曲点2fとなることに、依拠する。そこで、上瞼連動部2eの抽出において連動抽出部14は、図9,10に白丸で示すように顔画像7にて映る変曲点2fの座標を、3次元線分Lに基づき確定する。このとき3次元線分Lは、上瞼2bの複数特徴点と目頭2cと目尻2dとの各座標を通る3次以上の2次元回帰曲線に変換されることで、当該2次元回帰曲線上にて変曲点2fの座標が確定される。
The upper
上瞼連動部2eの抽出において連動抽出部14は、図10に示すように顔画像7にて映る目頭2c及び目尻2dのうち一方(図10は、目頭2cの例)から、変曲点2fまでの水平方向における離間距離を、位置特定距離Dpとして算出する。位置特定距離Dpは、目頭2c及び目尻2dのうち一方を起点として、変曲点2fである上瞼連動部2eの位置を、特定しているともいえる。上瞼連動部2eの抽出において連動抽出部14は、図10に示すように顔画像7にて映る目頭2c及び目尻2d間の水平方向における離間距離を、基準距離Dbとして算出する。これら距離Dp,Dbの算出は、特徴データSのうち、上瞼連動部2eと目頭2cと目尻2dとの各座標に、基づく。
In the extraction of the upper
上瞼連動部2eの抽出において連動抽出部14は、図10に示すように位置特定距離Dpを基準距離Dbにより割り算することで、同距離Dpを無次元化する。連動抽出部14は、無次元化した位置特定距離(以下、無次元化距離という)Dp/Dbを、上瞼連動部2eの抽出結果としてメモリ5に記憶する。
In the extraction of the upper
図2に示す連動抽出部14には、特徴補正部12より記憶更新された顔情報I及び特徴データSが、開閉判定部13による閉判定に伴っては入力されない。そこで、顔情報Iの取得フレームのうち、閉判定の下されたフレームでは、連動抽出部14が上瞼連動部2eを抽出しない。即ち、監視対象者2の閉眼時には、連動抽出部14による上瞼連動部2eの抽出がスキップされる。これにより監視対象者2の閉眼時には、後述するように上瞼連動部2eの抽出を前提とした、上瞼連動部2eの運動追跡結果に基づくサッカードの検出も、スキップされる。
The face information I and the feature data S stored and updated by the
検出ブロック20は、運動追跡部21、タイミング検出部22、及び振幅検出部23を、サブ機能ブロックとして有している。これら各部21,22,23の共同により検出ブロック20は、連動抽出部14により抽出された上瞼連動部2eの運動を追跡し、当該運動追跡結果に基づき監視対象者2のサッカードを検出する。このときサッカードの検出される眼球は、左右のうち少なくとも一方であればよい。そこで、例えば撮像装置3aの設置位置等に基づき上瞼連動部2eを抽出容易な片側眼球に限定して、サッカードが検出されてもよい。これに対し、例えば顔2aの向き等に基づき片側眼球での上瞼連動部2eの抽出が困難となる場合を想定して、双方の眼球がサッカードの検出対象に選択されることで、それら各眼球に対する検出結果が合成されてもよい。
The
運動追跡部21には、開閉判定部13による開判定に伴って連動抽出部14により記憶された上瞼連動部2eの抽出結果が、入力される。運動追跡部21は、連動抽出部14により抽出された上瞼連動部2eについて、無次元化距離Dp/Dbに基づく運動速度を時系列に追跡してから、当該速度追跡結果に基づいたサッカードの判定を実行する。これら運動速度の追跡及びサッカードの判定は、顔情報Iの取得フレームのうち、上瞼2bの開判定に応じて上瞼連動部2eの抽出されたフレーム毎に、時系列にて実行される。そこで運動追跡部21は、上瞼連動部2eの抽出結果に応じた速度追跡結果を、サッカードの判定結果を表すフラグと関連付けて、メモリ5に記憶する。
The extraction result of the upper
上瞼連動部2eの速度追跡において運動追跡部21は、各追跡実行フレームから、設定時間を遡った過去の追跡実行フレームまでを、追跡期間に設定する。このとき追跡期間は、上瞼連動部2eの運動速度を追跡して水平方向のサッカードを検出するのに必要な時間に、設定される。そこで運動追跡部21は、追跡期間内の複数フレームにてそれぞれメモリ5に記憶の無次元化距離Dp/Dbに基づくことで、それら各フレームにおける上瞼連動部2eの運動速度を算出する。このとき運動追跡部21は、所定数フレーム分を平均化するフィルタを通して、上瞼連動部2eの運動速度を算出することで、算出結果のバタつきを抑制してもよい。運動追跡部21は、こうして追跡期間内の各フレーム毎に算出された上瞼連動部2eの運動速度を、図11に示すように追跡することで、サッカードの判定処理を実行する。
In the speed tracking of the upper
サッカードの判定において運動追跡部21は、追跡期間内での速度追跡結果として上瞼連動部2eの運動速度が示す時間推移に基づくことで、サッカード検出の有無を判別する。具体的に運動追跡部21は、図11に示す第一〜第三速度閾値V1〜V3を設定する。このとき第二速度閾値V2は、第一速度閾値V1よりも大きく、且つ第三速度閾値V3よりも小さく、設定される。そこで、上瞼連動部2eの運動速度が第一速度閾値V1を超過してから、さらに第二速度閾値V2を超過した後、第三速度閾値V3までは超過しないで、第二速度閾値V2及び第一速度閾値V1を順次下回る特定推移を示した場合に、運動追跡部21はサッカード検出有の判定を下す。一方、この特定推移以外の推移を上瞼連動部2eの運動速度が示した場合、運動追跡部21はサッカード未検出の判定を下す。
In the determination of saccade, the movement tracking unit 21 determines the presence or absence of saccade detection based on the time transition indicated by the movement speed of the upper
図2に示すタイミング検出部22には、運動追跡部21により記憶された上瞼連動部2eの速度追跡結果が、同部による検出有判定に伴って入力される。タイミング検出部22は、図11に示す時間推移に基づくことで、サッカードの開始タイミングTs及び終了タイミングTeを検出する。これらのタイミング検出は、顔情報Iの取得フレームのうち、上瞼2bの開判定に応じた上瞼連動部2eの抽出から速度追跡を経て検出有判定の下されたフレーム毎に、時系列にて実行される。そこでタイミング検出部22は、互いに関連付けられた速度追跡結果及び検出有判定のフラグに対して、さらにタイミング検出結果も関連付けて、メモリ5に記憶する。
In the
タイミング検出においてタイミング検出部22は、第一速度閾値V1を上瞼連動部2eの運動速度が超過したタイミングを、サッカードの開始タイミングTsと推定する。一方、タイミング検出においてタイミング検出部22は、第一速度閾値V1を上瞼連動部2eの運動速度が下回ったタイミングを、サッカードの終了タイミングTeと推定する。
In the timing detection, the
図2に示す振幅検出部23には、検出有判定に伴ってタイミング検出部22により互いに関連付けて記憶された速度追跡結果とタイミング検出結果とが、入力される。振幅検出部23は、開始タイミングTs及び終了タイミングTeにそれぞれ対応したフレームにてメモリ5に記憶の無次元化距離Dp/Dbに基づくことで、サッカードの振幅を検出する。サッカード振幅の検出は、顔情報Iの取得フレームのうち、上瞼2bの開判定に応じた上瞼連動部2eの抽出から速度追跡及び検出有判定を経てタイミング検出の実行されたフレーム毎に、時系列にて実行される。そこで振幅検出部23は、タイミング検出結果と関連付けられた速度追跡結果及び検出有判定のフラグに対して、さらに振幅検出結果も関連付けて、メモリ5に記憶する。
In the
サッカード振幅の検出において振幅検出部23は、開始タイミングTs及び終了タイミングTeの間における上瞼連動部2eの運動振幅を、算出する。図12に示すように上瞼連動部2eの運動振幅は、開始タイミングTsの対応フレームにおける無次元化距離Dp/Dbと、終了タイミングTeの対応フレームにおける無次元化距離Dp/Dbとの、差分ΔDにより算出される。
In detecting the saccade amplitude, the
サッカード振幅の検出において振幅検出部23は、算出した上瞼連動部2eの運動振幅に基づき、サッカード振幅を算出する。具体的に振幅検出部23は、上瞼連動部2eの運動振幅を、監視対象者2における眼球の回転角度へ変換する。このとき、運動振幅から回転角度への変換関数を定める変換係数は、例えば上瞼2bのサイズ及び眼球径等といった、監視対象者2それぞれの固有寸法に依存する。そこで変換係数は、監視対象者2の個人毎にキャリブレーションが実行されることで設定されてもよいし、想定される監視対象者2の平均寸法に基づき設定されてもよい。尚、前者のキャリブレーションでは、監視対象者2に顔2aを動かすことなく、水平に離れた2点を視認させて、各点視認時における変曲点2f間の距離と、眼球を中心とした各点間の水平角度とに基づくことで、変換係数が設定されてもよい。
In detecting the saccade amplitude, the
ここまで説明したブロック10,20の共同により、電子制御ユニット4が監視対象者2のサッカードを検出するサッカード検出方法のフローを、図13に従って以下に説明する。このフローは、情報取得ユニット3による顔情報Iの取得フレーム毎に、実行される。尚、後述するフローにおいて「S」とは、サッカード検出プログラムに含まれた複数命令によって実行される、フローの複数ステップを意味する。
The flow of the soccerd detection method in which the electronic control unit 4 detects the soccerd of the monitored
S101では、情報取得ユニット3により取得された顔情報Iに基づき、監視対象者2における顔2aの複数特徴点を、特徴抽出部11により抽出する。S101ではさらに、抽出した複数特徴点を表す特徴データSを、特徴抽出部11により生成する。
In S101, the
次にS102では、顔情報Iのうち顔画像7に映る上瞼2bの水平度を、特徴補正部12により特徴データSに対して補正する。続くS103では、顔情報Iのうち顔画像7に映る上瞼2bの正面度を、特徴補正部12により特徴データSに対して補正する。
Next, in S102, the horizontality of the
また続くS104では、顔情報Iのうち顔画像7に映る上瞼2bの開閉を、開閉判定部13により判定する。その結果、上瞼2bの閉判定が下された場合には、今回フローが終了することで、上瞼連動部2eの抽出及びサッカードの検出がスキップされる。一方、上瞼2bの開判定が下された場合には、S105へ移行する。
Further, in S104, the opening / closing of the
S105では、顔情報Iのうち顔画像7に映る上瞼2bにおいて、監視対象者2の眼球運動と連動する変曲点2fを上瞼連動部2eとして、連動抽出部14により抽出する。このとき、抽出された上瞼連動部2eの位置を特定する位置特定距離Dpは、上瞼連動部2eの運動追跡に向けて無次元化される。
In S105, in the
続くS106では、今回フローにて抽出された上瞼連動部2eの運動速度と、今回フローから追跡期間内の過去フローにて抽出された上瞼連動部2eの運動速度とを、運動追跡部21により算出する。このとき運動速度の算出には、基準距離Dbにより無次元化されたフレーム毎の位置特定距離Dpとして、無次元化距離Dp/Dbが利用される。これにより、今回フレームでの運動速度と、今回フレームから遡って追跡期間内にある過去複数フレームでの運動速度とが、上瞼連動部2eの運動追跡対象として算出される。
In the following S106, the motion speed of the upper
また続くS107では、追跡期間内の各フレーム毎に算出された上瞼連動部2eの運動速度を、運動追跡部21より時系列に追跡する。さらに続くS108では、上瞼連動部2eの速度追跡結果に基づいたサッカードの検出判定を、運動追跡部21により実行する。その結果、サッカード未検出の判定が下された場合には、今回フローが終了する。一方、サッカード検出有の判定が下された場合には、S109へ移行する。
Further, in S107, the motion speed of the upper
S109では、上瞼連動部2eの速度追跡結果に基づくことで、サッカードの開始タイミングTs及び終了タイミングTeを、タイミング検出部22により検出する。続くS110では、開始タイミングTs及び終了タイミングTeにそれぞれ対応したフレーム間における上瞼連動部2eの運動振幅に基づくことで、サッカード振幅を振幅検出部23により検出する。このとき、サッカード振幅を検出するために先に実行される運動振幅の算出には、無次元化距離Dp/Dbが利用される。以上により、サッカードのタイミング検出及び振幅検出が順次完了すると、今回フローが終了する。
In S109, the
(作用効果)
以上説明した第一実施形態の作用効果を、以下に説明する。
(Action effect)
The effects of the first embodiment described above will be described below.
第一実施形態によると、監視対象者2の顔2aが撮影された顔画像7に映る上瞼2bにおいて、眼球運動と連動する上瞼連動部2eが、抽出される。このとき、監視対象者2の目の細さ及び角膜表面での反射光は、上瞼2bの撮影には影響し難いので、当該上瞼2bのうち特定部位となる上瞼連動部2eは、顔画像7から正確に抽出し易い。また、眼球の瞳孔領域に比べて上瞼連動部2eは、高いコントラストにて顔画像7から抽出し易くもある。これらのことから、正確に抽出された上瞼連動部2eの運動追跡結果に基づくことによれば、サッカードの検出精度を向上させることが可能である。
According to the first embodiment, in the
第一実施形態によると、顔画像7に映る上瞼2bの中でも特に、眼球運動との連動量が大きな変曲点2fは、上瞼連動部2eとして抽出されることになる。これによれば、上瞼連動部2eの抽出精度、ひいては上瞼連動部2eの運動追跡結果に基づくサッカードの検出精度を、向上させることが可能である。
According to the first embodiment, among the
第一実施形態によると、上瞼連動部2eの運動を表す物理量の中でも特に、サッカードの検出有無に応じた差異の現出し易い運動速度に着目して、当該運動速度に対する追跡結果に基づくことで、サッカードの検出が実行されることになる。これによれば、サッカードの検出有無が正確に判別され得るので、サッカードの検出精度を向上させることが可能である。
According to the first embodiment, among the physical quantities representing the movement of the upper
第一実施形態によると、顔画像7に映る目頭2c及び目尻2dのうち一方を起点として上瞼連動部2eの位置を特定する位置特定距離Dpは、それら目頭2c及び目尻2d間の基準距離Dbにより無次元化される。ここで、監視対象者2の顔2aが眼球運動なく前後動したと仮定した場合に、顔画像7における位置特定距離Dp及び基準距離Dbの各変動率は実質一致することから、当該前後動に起因した位置特定距離Dpの誤差は無次元化によりキャンセルされ得る。故に、無次元化された位置特定距離Dp(即ち、無次元化距離Dp/Db)に基づき上瞼連動部2eの運動速度が追跡されることによれば、当該運動速度の追跡結果に基づくサッカードの検出精度を向上させることが可能である。
According to the first embodiment, the position specifying distance Dp that specifies the position of the upper
第一実施形態によると、監視対象者2において上瞼2bの水平度は、顔2aの傾きに影響され易い。そこで、顔画像7に映る上瞼2bの水平度が補正されてから、上瞼連動部2eが抽出されることによれば、顔2aの傾きに起因した抽出誤差を低減することができる。故に、抽出した上瞼連動部2eの運動追跡結果に基づくサッカードの検出精度を、向上させることが可能である。
According to the first embodiment, in the monitored
第一実施形態によると、監視対象者2において上瞼2bの正面度は、顔2aの向き及び開眼度に影響され易い。そこで、顔画像7に映る上瞼2bの正面度が補正されてから、上瞼連動部2eが抽出されることによれば、顔2aの向き及び開眼度に起因した上瞼連動部2eの抽出誤差を低減することができる。故に、抽出した上瞼連動部2eの運動追跡結果に基づくサッカードの検出精度を、向上させることが可能である。
According to the first embodiment, in the monitored
(第二実施形態)
図14に示すように第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 14, the second embodiment is a modification of the first embodiment.
第二実施形態による検出ブロック2020の運動追跡部2021は、運動速度の追跡とサッカードの判定との間に、瞬目(即ち、瞬き)の判定を実行する。瞬目の判定に伴って運動追跡部2021には、特徴補正部12より記憶更新された顔情報I及び特徴データSと、開閉判定部13により過去にフラグ記憶された上瞼2bの閉判定結果とが、入力される。瞬目の判定において運動追跡部2021は、追跡期間内の複数フレームのうち、開閉判定部13により過去にて閉判定の下された閉判定フレームに、着目する。
The
開閉判定部13により閉判定が下される閉眼には、サッカードを検出可能な許容時間内の瞬目に伴う閉眼と、サッカードを検出困難な許容時間超過の閉眼とが、含まれる。そこで、瞬目の判定において運動追跡部2021は、先の速度追跡結果に基づくことに加え、閉判定フレームにて顔画像7に映る上瞼2bの形状と、閉判定フレームの数(即ち、閉判定の期間)とにも基づき、追跡期間内における瞬目検出の有無を判別する。瞬目未検出の場合に運動追跡部2021は、第一実施形態と同様にサッカードの判定処理を実行する。このとき、追跡期間内に許容時間超過の閉眼が発生していたことによる瞬目未検出の場合には、特定推移以外の推移を上瞼連動部2eの運動速度が示すことで、サッカード未検出の判定が下されることになる。
The eye closure determined by the open /
瞬目検出有の場合に運動追跡部2021は、第一実施形態とは異なるサッカードの判定処理を実行する。具体的に運動追跡部2021は、追跡期間内の複数フレームのうち、瞬目の発生フレームを挟む前後1フレームずつを、前後フレームとして抽出する。運動追跡部2021は、抽出した前後フレームそれぞれにてメモリ5に記憶の無次元化距離Dp/Db同士を、上瞼連動部2eの運動追跡結果として比較する。その結果、前後フレーム間にて無次元化距離Dp/Dbの差分ΔDが許容範囲外であった場合に運動追跡部2021は、サッカードによる上瞼連動部2eの位置変動が瞬目中には発生していないと推定することで、サッカード未検出の判定を下す。一方、前後フレーム間にて無次元化距離Dp/Dbの差分ΔDが許容範囲内であった場合に運動追跡部2021は、サッカードによる上瞼連動部2eの位置変動が瞬目中に発生していたと推定することで、サッカード検出有の判定を下す。このとき、第二実施形態による検出ブロック2020の振幅検出部23は、前後フレーム間での無次元化距離Dp/Dbの差分ΔDを上瞼連動部2eの運動振幅と擬制することで、第一実施形態と同様にサッカード振幅を算出する。
When the blink detection is present, the
このような第二実施形態によるサッカード検出方法のフローを、図15に従って以下に説明する。第二実施形態のフローでは、第一実施形態と同様にS101〜S107が実行される。 The flow of the saccade detection method according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. In the flow of the second embodiment, S101 to S107 are executed in the same manner as in the first embodiment.
第二実施形態のフローにおいてS107に続く2111では、追跡期間内における瞬目の速度追跡結果に基づく検出判定を、運動追跡部2021により実行する。その結果、瞬目未検出の判定が下された場合には、第一実施形態と同様にS108〜S110が実行される。一方、瞬目検出有の判定が下された場合には、S2112へ移行する。
In 2111 following S107 in the flow of the second embodiment, the
S2112では、追跡期間内の瞬目発生フレームを挟んだ前後フレーム間にて無次元化距離Dp/Db同士を比較することで、それら距離Dp/Dbの差分ΔDに基づくサッカードの検出判定を、運動追跡部2021により実行する。このときサッカードの検出有無は、上瞼連動部2eの運動追跡結果となる前後フレーム間での無次元化距離Dp/Dbに基づき、それらの差分ΔDがサッカードによる上瞼連動部2eの位置変動か否かを推定することで、判別される。その結果、サッカード未検出の判定が下された場合には、今回フローが終了する。一方、サッカード検出有の判定が下された場合には、前後フレーム間での無次元化距離Dp/Dbの差分ΔDが上瞼連動部2eの運動振幅と擬制されることで、第一実施形態と同様にS110が実行される。
In S2112, by comparing the dimensionless distances Dp / Db between the front and rear frames sandwiching the blink generation frame within the tracking period, the detection determination of the saccade based on the difference ΔD of the distances Dp / Db is performed. It is executed by the
(作用効果)
以上説明した第二実施形態の作用効果を、以下に説明する。
(Action effect)
The effects of the second embodiment described above will be described below.
第二実施形態によると、監視対象者2の瞬目に伴うサッカード検出は、瞬目前後に抽出された上瞼連動部2eの運動追跡結果に基づき、サッカードによる上瞼連動部2eの位置変動を推定することで、実現される。これによれば、監視対象者の瞬目に伴う閉眼により上瞼連動部2eの抽出がスキップされた場合にあっても、瞬目前後における上瞼連動部2eの運動追跡結果を有効利用して、サッカードを推定的に検出することができる。故に、瞬目のような外乱に起因したサッカードの検出不良を抑制して、ロバスト性を高めることが可能である。
According to the second embodiment, the saccade detection associated with the blink of the monitored
(他の実施形態)
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
(Other embodiments)
Although the plurality of embodiments have been described above, the present disclosure is not construed as being limited to those embodiments, and is applied to various embodiments and combinations within the scope of the gist of the present disclosure. Can be done.
第一及び第二実施形態に関する変形例の電子制御ユニット4は、デジタル回路及びアナログ回路のうち少なくとも一方をプロセッサとして含んで構成される、専用のコンピュータであってもよい。ここで特にデジタル回路とは、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、SOC(System on a Chip)、PGA(Programmable Gate Array)、及びCPLD(Complex Programmable Logic Device)等のうち、少なくとも一種類である。またこうしたデジタル回路は、プログラムを格納したメモリを、備えていてもよい。 The electronic control unit 4 of the modification according to the first and second embodiments may be a dedicated computer configured to include at least one of a digital circuit and an analog circuit as a processor. Here, particularly digital circuits include, for example, ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), SOC (System on a Chip), PGA (Programmable Gate Array), CPLD (Complex Programmable Logic Device) and the like. Of these, at least one. Further, such a digital circuit may include a memory for storing a program.
第一及び第二実施形態に関する変形例では、S102の水平度補正とS103の正面度補正とのうち少なくとも一方が、スキップされてもよい。第一実施形態に関する変形例では、S104の開閉判定がスキップされてもよい。 In the modified examples of the first and second embodiments, at least one of the horizontality correction of S102 and the frontalness correction of S103 may be skipped. In the modification according to the first embodiment, the opening / closing determination of S104 may be skipped.
第一及び第二実施形態に関する変形例では、上瞼2bにおいて変曲点2f以外の特徴点が、上瞼連動部2eとして抽出されてもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例では、S105にて位置特定距離Dpが無次元化されず、そのままの値がS106,S110,S2112にて利用されてもよい。
In the modified examples relating to the first and second embodiments, feature points other than the
第一及び第二実施形態に関する変形例では、上瞼連動部2eの運動を表す運動速度以外の物理量を追跡した結果が、S106〜S110,S2111,S2112でのサッカード検出に利用されてもよい。このとき運動速度以外の物理量には、例えば上瞼連動部2eの座標、位置特定距離Dp、無次元化距離Dp/Db、又は運動加速度等が採用される。
In the modified examples relating to the first and second embodiments, the result of tracking the physical quantity other than the motion velocity representing the motion of the upper
第一及び第二実施形態に関する変形例では、S110の振幅検出がスキップされることで、サッカードの検出判定とタイミング検出とがS108,S109にて順次実行されると、今回フローが終了してもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例では、S109のタイミング検出とS110の振幅検出が共にスキップされることで、サッカードの検出判定がS108にて実行されると、今回フローが終了してもよい。 In the modified examples relating to the first and second embodiments, the amplitude detection of S110 is skipped, and when the saccade detection determination and the timing detection are sequentially executed in S108 and S109, the flow ends this time. May be good. In the modified examples relating to the first and second embodiments, the timing detection of S109 and the amplitude detection of S110 are both skipped, so that if the saccade detection determination is executed in S108, even if the flow ends this time. Good.
1 サッカード検出装置、2 監視対象者、2a 顔、2b 上瞼、2c 目頭、2d 目尻、2e 上瞼連動部、2f 変曲点、5 メモリ、6 プロセッサ、7 顔画像、10 抽出ブロック、20,2020 検出ブロック、Db 基準距離、Dp 位置特定距離 1 Saccade detector, 2 Monitored person, 2a face, 2b upper eyelid, 2c inner corner, 2d outer corner of eye, 2e upper eyelid interlocking part, 2f inflection point, 5 memory, 6 processor, 7 face image, 10 extraction block, 20 , 2020 detection block, Db reference distance, Dp position specific distance
Claims (10)
前記監視対象者の顔(2a)が撮影された顔画像(7)に映る上瞼(2b)において、前記監視対象者の眼球運動と連動する部位を、上瞼連動部(2e)として抽出する抽出ブロック(10)と、
前記抽出ブロックにより抽出された前記上瞼連動部の運動を追跡し、当該運動追跡結果に基づき前記サッカードを検出する検出ブロック(20,2020)とを、備えるサッカード検出装置。 A saccade detection device (1) that detects the saccade of the monitored person (2).
In the upper eyelid (2b) in which the face (2a) of the monitored person is reflected in the captured face image (7), a portion linked to the eye movement of the monitored person is extracted as the upper eyelid interlocking portion (2e). Extraction block (10) and
A soccerd detection device including a detection block (20, 2020) that tracks the movement of the upper eyelid interlocking portion extracted by the extraction block and detects the soccerd based on the movement tracking result.
前記検出ブロックは、無次元化された前記位置特定距離(Dp/Db)に基づき、前記運動速度を追跡する請求項3に記載のサッカード検出装置。 The position specifying distance (Dp) for specifying the position of the upper eyelid interlocking portion starting from one of the inner and outer corners of the eye reflected in the face image is dimensionlessed by the reference distance (Db) between the inner and outer corners of the eye.
The saccade detection device according to claim 3, wherein the detection block tracks the motion speed based on the non-dimensionalized position-specific distance (Dp / Db).
前記監視対象者の顔(2a)が撮影された顔画像(7)に映る上瞼(2b)において、前記監視対象者の眼球運動と連動する部位を、上瞼連動部(2e)として抽出し(S101〜S105)、
抽出された前記上瞼連動部の運動を追跡し、当該運動追跡結果に基づき前記サッカードを検出する(S106〜S110,S2111,S2112)、ことを含むサッカード検出方法。 It is a saccade detection method that is executed by the processor (6) to detect the saccade of the monitored person (2).
In the upper eyelid (2b) in which the face (2a) of the monitored person is reflected in the captured face image (7), a portion linked to the eye movement of the monitored person is extracted as an upper eyelid interlocking portion (2e). (S101 to S105),
A saccade detection method comprising tracking the extracted movement of the upper eyelid interlocking portion and detecting the saccade based on the movement tracking result (S106 to S110, S2111, S2112).
前記命令は、
前記監視対象者の顔(2a)が撮影された顔画像(7)に映る上瞼(2b)において、前記監視対象者の眼球運動と連動する部位を、上瞼連動部(2e)として抽出させ(S101〜S105)、
抽出された前記上瞼連動部の運動を追跡させ、当該運動追跡結果に基づき前記サッカードを検出させる(S106〜S110,S2111,S2112)、ことを含むサッカード検出プログラム。 A saccade detection program that is stored in a storage medium (5) to detect a saccade of a monitored person (2) and includes an instruction to be executed by a processor (6).
The command is
In the upper eyelid (2b) in which the face (2a) of the monitored person is reflected in the captured face image (7), a portion linked to the eye movement of the monitored person is extracted as the upper eyelid interlocking portion (2e). (S101 to S105),
A soccerd detection program including tracking the movement of the extracted upper eyelid interlocking portion and detecting the saccade based on the movement tracking result (S106 to S110, S2111, S2112).
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