JP4604190B2 - 距離イメージセンサを用いた視線検出装置 - Google Patents
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Description
また、カメラから被験者までの距離を知る方法として、超音波距離計(たとえば特許文献3,4参照)が知られている。
この場合、カメラの近傍に超音波発信機をとりつけて、超音波を発射し、眼を反射して戻ってくるまでの時間を計測し、超音波の速度を乗じ、2で割ることにより、カメラから眼までの距離がわかる。しかし、このような超音波を用いたTOF(Time of flight)法では、超音波の指向性が弱い等の問題で、実際には超音波は眼の周囲の広い範囲で反射し、正確に瞳孔までの距離を測定できない。
このために、本発明では超音波ではなく光を発射して物体に反射して戻ってくるまでの遅延時間を計測(光飛行時間型計測)し、それに光の伝播速度を乗ずることにより、物体までの距離を画素ごとに計測できるだけでなく、画像も普通に写すことのできるカメラを使用するものである。
このカメラは、高速応答可能なCMOSセンサを2次元配列したイメージセンサを備えている。距離測定時には、パルス光を対象物に照射し、その照射光と反射光との時間差を計測することにより距離を決定する。この時間差の計測方式には種々の方式が考えられる。そのひとつとして、カウンタとパルス信号源とを設けて、照射開始時にカウント動作を開始し、反射光のピークでカウント動作を停止させる方式がある。
しかし、瞳孔自体はその性質上距離を計測したとしても、それは眼底(網膜)までの距離であり、瞳孔までの距離計測は困難である。
一方で、光源の角膜反射は非常に明るく工夫しだいで外乱光にほとんど影響を受けずに距離計測ができるため、本発明では角膜反射を用いることが望ましい。
ただし、角膜反射が白目領域に入ると、一般に角膜反射よりも大きく、複雑な形状の像となって写る。しかし、角膜反射同様に非常に輝度の高い像である。ところで、視線の大まかな方向は、瞳孔の楕円度(長軸/短軸)と短軸の方向からでも推定できる。しかし、たとえば、右40度を見ても、左40度を見ても、同様に瞳孔は楕円度が同じ縦長の楕円となり、どちらを見ているのか区別がつかない。このようなとき、瞳孔に対してどちら側に白目が光っているかは、それを区別する手段となる。さらに、白目の光った部分までの距離計測をすることにより、θが大きいときにも大まかな視線検出ができる。
視線は、瞳孔中心を通る。カメラOと瞳孔中心Pを通る直線と視線のなす角度θは、前述のように、角膜反射中心と瞳孔中心間距離|r|と関数fから求めることにより、視線が求まる。
zp = L cosζ
yp = L cosζcosη'
xp = L cosζsinη'
により算出できる。
カメラ−瞳孔中心間を結ぶ直線と視線のなす角度θは、画像中の角膜反射中心―瞳孔中心間距離|r|に依存し、前述のようにθ=f(|r|)で表わせる。
したがって、逆に瞳孔中心Pとθとφが明らかになれば、視線の式と点Gが求まり、さらに視対象平面の式が分かっていれば、視線との交点として視点Qが分かることとなる。
精度は悪いが瞳孔の楕円度(短軸/長軸)からも視線方向は推定できる。
ここまで、瞳孔中心と角膜反射中心とから視線ベクトルを求めるものとして説明を行ったが、視線ベクトルの精度はやや落ちるが瞳孔の楕円度から求めることも可能である。この場合には瞳孔を円板状のものとして近似し、斜めから見たときの長径と短径との比率、及び長径または短径の方向により視線ベクトルを求めることができる。これは、θの小さいときには瞳孔中心と角膜反射中心とから視線ベクトルを求め、θの大きいときには瞳孔の楕円度から求めるように切換えて算出するものであってもよい。
これは、被験者の顔の正面に提示された物のどこを見ているかは、正確に知る必要があり、かつ、横見をしているときには視線方向を正確に知る必要がない場合には有効な手段であり、±70度〜±80度程度の視線検出が可能になる。
また、視線ベクトルの角度変化が大きいときには、被験者の周囲にカメラを複数個配置し、そのカメラのうちθの小さい画像から視線ベクトルを求めることにより、精度の高い視線ベクトル検出が可能となる。
カメラの開口から近い光源と遠い光源のそれぞれにより求まる距離情報の両方を利用することもできる。
2.瞳孔の三次元位置を計測することができる。瞳孔は、視線の出所であり、したがってユーザがどこから見ているか(どこを見ているかではなく)がわかる。したがって、どこから見ているかを厳密に知る必要のあるシステムにおいて有効である。
(従来は、頭部に磁気センサ等を取り付けて頭の動きを計ることによってこれを実現しなければならなかったが、頭部にセンサを取り付けねばならないだけでなく、瞳孔のありかを正確に測ることができなかった)
3.本方式は、駆動部がなく、カメラは固定されているので、実現が容易である。
また、カメラの感度さえあれば、カメラの開口部を小さくできるし、光源も高輝度のものを製作すれば、小型化が容易である。
4.カメラを小型化できるので、被験者の周辺に複数台配置することが可能となり、被験者頭部の角度変化に対応できる。
2 光源
3 情報取得手段
4 演算手段
Claims (2)
- CMOSセンサを2次元に配列した光飛行時間型距離イメージセンサを備えたカメラ(1)と、パルス光を発生する光源(2)と、前記距離イメージセンサの出力から被験者の瞳孔中心及び角膜反射中心の画像情報ならびに前記距離イメージセンサから瞳孔中心または角膜反射中心までの距離情報を求める情報取得手段(3)と、前記画像情報及び距離情報から被験者の瞳孔中心の三次元位置及び視線ベクトルを決定する演算手段(4)とからなり、
前記演算手段は、カメラから被験者に対するベクトルと視線ベクトルとの交差角が、前記光源の反射像が被験者の角膜領域を外れて白目領域に入るほどに大きい場合に、瞳孔の楕円情報と瞳孔に対する白目反射の生じる方向を参照して視線ベクトルを決定する、
距離イメージセンサを用いた視線検出装置。 - 請求項1記載の視線検出装置を被験者を取り囲むように複数台配置することにより、広範囲の視線ベクトルを検出可能にしてなる距離イメージセンサを用いた視線検出装置。
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