JP4756503B2 - Blink detection device and computer program - Google Patents
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この発明は人間の瞬きを検出する技術に関し、特に人間の顔画像中のまぶたの位置から瞬きの状態を安定して検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting a human blink, and more particularly to a technique for stably detecting a blink state from the position of an eyelid in a human face image.
近年の交通量の増大により、自動車に関連する問題、特に交通事故に関連する問題が注目されている。自動車を安全に運行するためには、自動車の運転を自動化するという方向と、自動車を運転している人間(ドライバ)が、安全に運転できる様に支援する、という方向とがある。自動車の運転を自動化する技術の研究も行なわれているが、様々な理由から実用化には至っていない。一方、自動車のドライバを支援するための装置についても様々なものが提案されており、それらはドライバを支援するものであるため、自動車の運転を自動化する技術に比して実用化の可能性が高い。 Due to the increase in traffic volume in recent years, problems related to automobiles, particularly problems related to traffic accidents, are attracting attention. In order to operate a car safely, there are a direction of automating the driving of a car and a direction of helping a person (driver) driving the car to drive safely. Research on technologies for automating car driving has also been conducted, but it has not been put into practical use for various reasons. On the other hand, various devices for supporting automobile drivers have been proposed, and these devices support drivers, so that there is a possibility of practical application compared to technologies for automating driving of automobiles. high.
ドライバを支援するために必要な情報の一つに、ドライバの瞬きの頻度、すなわち目の開閉状態に関する情報がある。たとえばドライバの意識状態が低下した場合、目をつぶっている時間が増えたり、瞬き回数が減少したりする。こうした情報を用いる事で、ドライバの意識状態が正常でないと判定された場合には、意識状態を正常に戻すために適切な処置をとる事ができる。 One piece of information necessary to support the driver is information regarding the frequency of blinking of the driver, that is, information regarding the eye open / closed state. For example, when the driver's consciousness state decreases, the time for which the eyes are closed increases or the number of blinks decreases. By using such information, if it is determined that the driver's consciousness state is not normal, appropriate measures can be taken to return the consciousness state to normal.
瞬きに関する情報は、ドライバの支援に用いられるだけではない。例えばある人にインタビューしているときのその話者の瞬きの状態は、話者の心理状態を反映しているものと考えられる。従って、話者の顔画像に基づいてその瞬きを検出する事により、話された内容に関する評価を行なう事ができる。 Information about blinking is not only used for driver assistance. For example, the blinking state of a speaker when interviewing a certain person is considered to reflect the psychological state of the speaker. Therefore, it is possible to evaluate the spoken content by detecting the blink based on the face image of the speaker.
その他にも、瞬きに関する情報を利用可能な局面は多数ある。 There are many other situations where information about blinks can be used.
人間の瞬きを検出するための技術として、非特許文献1に示すものがある。非特許文献1に開示された技術では、ルームミラー内に配置されたカメラでドライバの顔付近の画像を連続撮影する。その画像から、ニューラルネットワークを用いて顔領域及び目領域を抽出する。抽出された目領域から、肌と目との画素の輝度の違いを利用し、類似した幅、位置の明から暗、暗から明のエッジの組合せを上下まぶたとして検出する。この様にして検出された上下まぶたの間の距離の変化に基づいて、瞬きがされたか否かを判定できる。
しかし、上記した従来技術によると、以下の様な問題が生じる。例えば、被験者の顔画像を撮像する際には、光源は被験者の上方にある事が通常である。光源が頭上にあると、上まぶたは光源に近い部分にあり、影が生じにくい。ゆえに、まぶた(肌)と目との輝度の違いが検出しやすく、上まぶたのエッジの検出は比較的容易に行なえる。 However, according to the above prior art, the following problems occur. For example, when capturing a face image of a subject, the light source is usually above the subject. When the light source is above the head, the upper eyelid is in a portion close to the light source and shadows are not easily generated. Therefore, the difference in brightness between the eyelid (skin) and the eyes is easy to detect, and the edge of the upper eyelid can be detected relatively easily.
しかし、下まぶたに関しては光源から遠い上に、頭上から光があたっていると、影ができやすい位置にある。そのため、目と肌との輝度の違いが検出しにくい。結果として、下まぶたのエッジの検出は比較的難しく、実際上安定して下まぶたを検出する事は困難であるという問題がある。 However, the lower eyelid is far from the light source and is in a position where shadows are likely to occur when light is shining over it. Therefore, it is difficult to detect a difference in brightness between eyes and skin. As a result, there is a problem that it is relatively difficult to detect the edge of the lower eyelid and it is difficult to detect the lower eyelid in a stable manner in practice.
従来技術では、下まぶたのエッジの検出が難しいと、上下まぶた間の距離を計測する事ができず、結果として、瞬きの検出も安定して行なう事ができない。 In the prior art, if it is difficult to detect the edge of the lower eyelid, the distance between the upper and lower eyelids cannot be measured, and as a result, the blink cannot be detected stably.
それ故に、本発明の目的は、人間の顔の動画像から、瞬きの発生を安定して検出する事ができる装置及びコンピュータプログラムを提供する事である。 Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus and a computer program that can stably detect the occurrence of blinking from a moving image of a human face.
本発明の第1の局面に係る瞬き検出装置は、一連のフレームを含む顔の動画像から瞬きを検出するための瞬き検出装置であって、一連のフレームにおける顔の両目の位置を追跡するための目の位置の追跡手段と、一連のフレームにおいて、顔の上まぶたのエッジを検出するためのまぶた検出手段と、先行するフレームの顔画像において、目の位置の追跡手段により特定された目の位置により定められる所定の基準線から、まぶた検出手段により検出された上まぶたのエッジまでの第1の距離を算出するための第1の距離算出手段と、先行するフレームの顔画像における所定の基準線と所定の関係にある新たな基準線を、先行するフレームに後続するフレームの顔画像において、目の位置の追跡手段により特定された目の位置に基づいて特定するための基準線特定手段と、後続するフレームの顔画像において、新たな基準線から、まぶた検出手段により検出された上まぶたのエッジまでの第2の距離を算出するための第2の距離算出手段と、第1及び第2の距離算出手段によって算出された距離の差に基づいて、瞬きの発生を検出するための瞬き検出手段とを含む。 A blink detection apparatus according to a first aspect of the present invention is a blink detection apparatus for detecting blinks from a moving image of a face including a series of frames, for tracking the positions of both eyes of the face in the series of frames. Eye position tracking means, eyelid detection means for detecting the edge of the upper eyelid in a series of frames, and eye positions identified by eye position tracking means in the face image of the preceding frame A first distance calculating means for calculating a first distance from a predetermined reference line determined by the position to an edge of the upper eyelid detected by the eyelid detecting means; and a predetermined reference in the face image of the preceding frame A new reference line having a predetermined relationship with the line is specified based on the eye position specified by the eye position tracking unit in the face image of the frame following the preceding frame. And a second distance calculation means for calculating a second distance from the new reference line to the edge of the upper eyelid detected by the eyelid detection means in the face image of the subsequent frame And blink detection means for detecting the occurrence of blink based on the difference between the distances calculated by the first and second distance calculation means.
この瞬き検出装置によると、第1の距離算出手段が、先行するフレームに含まれる目の位置により定められる所定の基準線から上まぶたのエッジまでの第1の距離を算出し、第2の距離算出手段が、後続するフレームに含まれる新たな基準線から上まぶたのエッジまでの第2の距離を算出する。瞬き検出手段が、算出されたこれらの距離の差に基づいて瞬きの発生を検出する。比較的不安定になってしまう下まぶたのエッジ検出を行なう必要がなく、安定して検出できる上まぶたのエッジのみによって瞬きを検出できる。その結果、人間の顔の動画像から、瞬きの発生を安定して検出できる瞬き検出装置を提供する事ができる。 According to this blink detection device, the first distance calculation means calculates the first distance from the predetermined reference line determined by the position of the eye included in the preceding frame to the edge of the upper eyelid, and the second distance The calculating means calculates a second distance from the new reference line included in the subsequent frame to the edge of the upper eyelid. The blink detection means detects the occurrence of blink based on the difference between the calculated distances. There is no need to detect the edge of the lower eyelid that becomes relatively unstable, and blinking can be detected only by the edge of the upper eyelid that can be detected stably. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can stably detect the occurrence of blinks from a moving image of a human face.
好ましくは、第1の距離算出手段は、先行するフレームにおいて目の位置の追跡手段によって特定された両目の位置に基づき、当該両目の位置を結ぶ線と、まぶた検出手段により検出された上まぶたのエッジとの間の距離を計算するための手段を含む。 Preferably, the first distance calculation unit is configured to determine a line connecting the positions of the eyes and the upper eyelid detected by the eyelid detection unit based on the positions of both eyes specified by the eye position tracking unit in the preceding frame. Means for calculating the distance between the edges.
この瞬き検出装置によると、距離を計算するための手段は、両目の位置を結ぶ線と上まぶたのエッジとの間の距離を計算する。安定して検出する事のできる両目の位置を結ぶ線と上まぶたのエッジとに基づいて、瞬きの発生を検出する事ができる。その結果、瞬きの発生を安定して検出できる瞬き検出装置を提供する事ができる。 According to this blink detection device, the means for calculating the distance calculates the distance between the line connecting the positions of both eyes and the edge of the upper eyelid. The occurrence of blinking can be detected based on the line connecting the positions of both eyes that can be detected stably and the edge of the upper eyelid. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can stably detect the occurrence of blinks.
好ましくは、基準線特定手段は、先行するフレームの顔画像における両目の位置と所定の関係にある基準点を含む、規定形状の領域を基準パターンとして抽出し保存するための基準パターン抽出手段と、基準パターン抽出手段により抽出された基準パターンをテンプレートとする、後続するフレームに対するテンプレートマッチングにより、先行するフレームの基準点の、後続するフレーム内での位置を推定するためのテンプレートマッチング手段と、テンプレートマッチング手段によって後続するフレーム内で推定された基準点の位置を通り、後続するフレーム内の両目の中心を結ぶ直線に平行な線を、新たな基準線として特定するための手段とを含む。 Preferably, the reference line specifying means includes a reference pattern extracting means for extracting and storing a region of a prescribed shape as a reference pattern including a reference point having a predetermined relationship with the positions of both eyes in the face image of the preceding frame. Template matching means for estimating the position of the reference point of the preceding frame in the succeeding frame by template matching for the succeeding frame using the reference pattern extracted by the reference pattern extracting means as a template, and template matching Means for specifying as a new reference line a line that passes through the position of the reference point estimated in the subsequent frame by means and is parallel to a straight line connecting the centers of both eyes in the subsequent frame.
この瞬き検出装置によると、基準パターン抽出手段が、先行するフレームの顔画像における両目の位置と所定の関係にある基準点を含む領域を基準パターンとして抽出し保存する。テンプレートマッチング手段が、この基準パターンをテンプレートとする、後続するフレームに対するテンプレートマッチングにより、先行するフレームの基準点の、後続するフレーム内での位置を推定する。特定するための手段が、後続するフレーム内で推定された基準点の位置に基づいて、新たな基準線を特定する。安定して計測される両目の位置を用いて、先行するフレーム内の基準線及び後続するフレーム内の新たな基準線の特定を行なう事ができる。その結果、この基準線に基づいて、瞬きの発生を安定して検出できる瞬き検出装置を提供する事ができる。 According to this blink detection device, the reference pattern extraction unit extracts and stores a region including a reference point having a predetermined relationship with the position of both eyes in the face image of the preceding frame as a reference pattern. The template matching means estimates the position of the reference point of the preceding frame in the subsequent frame by template matching for the subsequent frame using the reference pattern as a template. A means for identifying identifies a new reference line based on the position of the reference point estimated in the subsequent frame. Using the positions of both eyes that are stably measured, it is possible to specify a reference line in the preceding frame and a new reference line in the subsequent frame. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can stably detect the occurrence of blinks based on the reference line.
好ましくは、基準パターン抽出手段は、先行するフレームの顔画像における両目の位置を結ぶ線分の中点位置を基準点とし、当該基準点を含む規定形状の領域を基準パターンとして抽出し保存するための手段を含む。 Preferably, the reference pattern extracting means extracts and stores a defined shape region including the reference point as a reference pattern, with the midpoint position of the line segment connecting the positions of both eyes in the face image of the preceding frame as the reference point. Including means.
この瞬き検出装置によると、保存するための手段は、先行するフレームの顔画像における両目の位置を結ぶ線分の中点位置を基準点とし、当該基準点を含む規定形状の領域を基準パターンとして抽出し保存する。安定して検出できる両目の位置を結ぶ線分の中点位置を基準点として基準パターンが抽出され、その基準パターンを用いたテンプレートマッチングが後続するフレームに対して行なわれる。この部位は、顔の中でも他と比較して特徴のある部位で、後続するフレームに対するテンプレートマッチングで、安定して新たな基準点の位置を特定できる。従って、後続するフレームで新たな基準線を確実に特定できる。その結果、先行するフレームと後続するフレームとの双方で上まぶたまでの距離の基準となる基準線を安定して特定でき、瞬きの発生を安定して検出できる瞬き検出装置を提供する事ができる。 According to this blink detection device, the means for saving uses the midpoint position of the line segment connecting the positions of both eyes in the face image of the preceding frame as a reference point, and uses a region having a defined shape including the reference point as a reference pattern. Extract and save. A reference pattern is extracted using the midpoint position of the line segment connecting the positions of both eyes that can be detected stably as a reference point, and template matching using the reference pattern is performed on the subsequent frames. This part is a characteristic part of the face compared to others, and the position of a new reference point can be stably identified by template matching for subsequent frames. Therefore, a new reference line can be reliably specified in the subsequent frame. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can stably identify a reference line that is a reference for the distance to the upper eyelid in both the preceding frame and the subsequent frame, and can stably detect the occurrence of blinking. .
好ましくは、規定形状は矩形形状である。 Preferably, the prescribed shape is a rectangular shape.
好ましくは、基準点は矩形形状の中心点である。 Preferably, the reference point is a rectangular center point.
好ましくは、距離を計算するための手段は、先行するフレームにおいて目の位置の追跡手段によって特定された両目の位置に基づき、当該両目の位置を結ぶ線と、まぶた検出手段により検出された上まぶたのエッジの中の所定点との間の距離を計算するための手段を含み、第2の距離算出手段は、新たな基準線と、後続するフレームにおいてまぶた検出手段により検出された上まぶたのエッジの中の、所定点に対応する点との距離を計算するための手段を含む。 Preferably, the means for calculating the distance is based on the position of both eyes specified by the eye position tracking means in the preceding frame, and a line connecting the positions of both eyes and the upper eyelid detected by the eyelid detection means Means for calculating a distance between a predetermined point in the edges of the first eye and the second distance calculating means includes the new reference line and the edge of the upper eyelid detected by the eyelid detection means in the subsequent frame Means for calculating a distance from a point corresponding to the predetermined point.
この瞬き検出装置によると、先行するフレームにおける両目を結ぶ線と上まぶたのエッジの中の所定点との距離、及び後続するフレームにおいて、先行するフレームの基準点に対応する点によって定められた新たな基準線と上まぶたのエッジの中の所定点との距離を計算できる。ゆえに、先行するフレームにおける上まぶたまでの距離と、後続するフレームにおける上まぶたまでの距離とを、共通の基準によって計算できる。その結果、正確に瞬きの発生を検出できる瞬き検出装置を提供する事ができる。 According to this blink detection device, the distance between the line connecting the eyes in the preceding frame and the predetermined point in the upper eyelid edge, and the new frame defined by the point corresponding to the reference point of the preceding frame in the following frame The distance between a simple reference line and a predetermined point in the upper eyelid edge can be calculated. Therefore, the distance to the upper eyelid in the preceding frame and the distance to the upper eyelid in the subsequent frame can be calculated according to a common criterion. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can accurately detect the occurrence of blinks.
好ましくは、上まぶたのエッジの中の所定点とは、両目の位置を結ぶ線と、上まぶたのエッジとの間の距離の最大値を与える点である。 Preferably, the predetermined point in the edge of the upper eyelid is a point that gives the maximum value of the distance between the line connecting the positions of both eyes and the edge of the upper eyelid.
この瞬き検出装置によると、両目の位置を結ぶ線と、上まぶたのエッジとの間の距離の最大値を与える点との距離を計算する事ができる。ゆえに、両目の位置を結ぶ線と、上まぶたのエッジとの間の距離の最大値という明確な値を用いて瞬きの発生を検出する事ができる。その結果、瞬きの発生を容易に検出できる瞬き検出装置を提供する事ができる。 According to this blink detection device, the distance between the line connecting the positions of both eyes and the point giving the maximum value of the distance between the edge of the upper eyelid can be calculated. Therefore, it is possible to detect the occurrence of blink using a clear value that is the maximum value of the distance between the line connecting the positions of both eyes and the edge of the upper eyelid. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can easily detect the occurrence of blinks.
好ましくは、瞬き検出手段は、第1の距離から第2の距離を減算するための手段と、減算するための手段により得られた結果と所定の正のしきい値とを比較し、結果がしきい値より大きいときに、瞬きを検出したと判定するための手段とを含む。 Preferably, the blink detection means compares the result obtained by the means for subtracting the second distance from the first distance with the predetermined positive threshold value, and the result is Means for determining that blinking has been detected when greater than the threshold value.
この瞬き検出装置によると、減算するための手段が、第1の距離から第2の距離を減算し、判定するための手段が、減算の結果が所定のしきい値よりも大きいときに瞬きを検出したと判定する。所定のしきい値に基づいて、簡単な判定で瞬きの発生を検出できる。その結果、簡単な処理により瞬きの発生を検出できる瞬き検出装置を提供する事ができる。 According to this blink detection device, the means for subtracting subtracts the second distance from the first distance, and the means for determining determines the blink when the result of the subtraction is greater than a predetermined threshold value. It is determined that it has been detected. Based on a predetermined threshold value, the occurrence of blinking can be detected with a simple determination. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can detect the occurrence of blinks by simple processing.
さらに好ましくは、この瞬き検出装置はさらに、動画像を撮像し、一連のフレームとして目の位置の検出手段、まぶた検出手段、及び基準線特定手段に与えるための撮像手段を含む。 More preferably, the blink detection device further includes an imaging unit that captures a moving image and supplies it to the eye position detection unit, the eyelid detection unit, and the reference line identification unit as a series of frames.
この瞬き検出装置によると、撮像手段は、動画像を撮像し、一連のフレームとして目の位置の検出手段、まぶた検出手段、及び基準線特定手段に与える。瞬きの発生を検出するための前提となる動画像を得て、直ちに処理する事ができる。その結果、効率的に瞬きの発生を検出できる瞬き検出装置を提供する事ができる。 According to this blink detection device, the imaging unit captures a moving image and supplies it as a series of frames to the eye position detection unit, the eyelid detection unit, and the reference line identification unit. It is possible to obtain a moving image as a premise for detecting the occurrence of blinking and immediately process it. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can efficiently detect the occurrence of blinks.
本発明の第2の局面に係るコンピュータプログラムは、動画を一連のフレームとして処理する機能を有するコンピュータによって実行されると、当該コンピュータを上記したいずれかの瞬き検出装置として動作させるので、上記したいずれかの瞬き検出装置と同様の効果を得る事ができる。 When the computer program according to the second aspect of the present invention is executed by a computer having a function of processing a moving image as a series of frames, the computer program operates as any one of the blink detection devices described above. The same effect as that of the blink detection device can be obtained.
本発明の実施の形態に係る装置及び方法を説明する前にまず、本実施の形態におけるまぶたのエッジ検出方法と瞬きの検出方法とに関する基本的な概念について説明する。 Before describing the apparatus and method according to the embodiment of the present invention, first, the basic concept regarding the eyelid edge detection method and blink detection method according to the present embodiment will be described.
<瞬き検出の基本的原理>
図1に、画像信号の連続するフレームにおける人間の瞬きの状態を模式図で示す。図1を参照して、顔30はあるフレームにおける人間の目の状態である。このフレームでは両目が開いているものとする。顔30は、右目の上まぶた40と、左目の上まぶた42と、右目44と、左目46とを含む。
<Basic principle of blink detection>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a human blink state in successive frames of image signals. Referring to FIG. 1, a
次のフレームの顔32で、目の開閉の状態が変化するものとする。すなわち、このフレームでは両目とも閉じられる途中の状態にあるものとする。この場合、顔32の右目の上まぶた50及び左目の上まぶた52の位置は、いずれも前フレームの顔30における右目の上まぶた40と左目の上まぶた42の位置と比較して低くなっている。
It is assumed that the eye open / close state changes in the
もしも顔の位置が画像中で固定されているのであれば、これら上まぶたの画像中の位置を測定し、その変化を検出する事で瞬きがあったか否かを容易に判定する事ができる。しかし、人間の頭は通常は動いており、その動きも簡単には予測できない。従って、上まぶたの位置が検出できても、それだけでは瞬きがあったか否かを判定する事はできない。 If the position of the face is fixed in the image, it is possible to easily determine whether or not there is a blink by measuring the position of the upper eyelid in the image and detecting the change. However, the human head is usually moving and its movement cannot be easily predicted. Therefore, even if the position of the upper eyelid can be detected, it is not possible to determine whether or not there has been a blink.
本発明では、二つのフレーム間で、上まぶたの位置を検出するための共通の基準位置を定め、この基準位置に対する上まぶたの位置を測定する事によって、瞬きがあったか否かを判定する。 In the present invention, a common reference position for detecting the position of the upper eyelid is defined between two frames, and the position of the upper eyelid with respect to this reference position is measured to determine whether or not there has been a blink.
本実施の形態に係る瞬き検出装置で使用されている動画像のフレームレートは、1秒間に30フレームである。また、目を検出する前提となる顔位置の抽出方法については特許文献1に記載の方法による。顔位置を検出した後、特許文献2に記載の方法を用いて両目の位置を追跡して検出する。特許文献2に記載の方法によれば、瞬きがされたフレーム(すなわち、画像中に目が存在していないフレーム)であっても、両目の位置が正しく追跡されている事が本願発明の発明者により確認されている。
The frame rate of the moving image used in the blink detection device according to the present embodiment is 30 frames per second. Further, a method for extracting a face position which is a premise for detecting eyes is based on the method described in
図2に、上まぶたの動きをモニタリングする方法の基本原理について示す。なお、便宜上、ここでは両目について共通に瞬きを検出する場合について説明しているが、実際には右目と左目との双方について、別々に以下に述べる処理を行なう事が望ましい。 FIG. 2 shows the basic principle of the method for monitoring the movement of the upper eyelid. For convenience, the case where blinks are detected in common for both eyes is described here, but it is actually desirable to separately perform the following processing for both the right eye and the left eye.
図2を参照して、先行する第1のフレームの画像において、目付近の画像70から両目の位置を追跡する事によって検出して、両目の中心を通る直線80を決定する。次に、目の上まぶたのエッジを検出し、そのエッジの最も上の点(図2において直線82で示される位置)と、直線80との間の距離d0とが算出される。
Referring to FIG. 2, a
さらに、両目を結ぶ直線80の中点86を中心とする矩形形状を有する小領域を目間パターン84として画像から抽出する。目間パターン84はN×M画素からなる画像である。
Further, a small area having a rectangular shape centering on the
この目間パターン84を所定の記憶領域に保存する。保存された目間パターン84を基準点パターン90とする。基準点パターン90の中心92は、第1のフレームの画像において両目を結ぶ直線80の中点86である。
The
第1のフレームに後続する第2のフレームが与えられると、保存された基準点パターン90をテンプレートとして、次フレームの画像中で基準点パターン90と最もよく一致するN×M画素の領域を探索する。これをテンプレートマッチング処理とよぶ。
Given a second frame that follows the first frame, the stored
図2では、第2のフレームにおいて、瞬きの発生がない場合の目付近の画像を画像100として示し、瞬きの発生がある場合の目付近の画像の例を画像102として示してある。
In FIG. 2, in the second frame, an image near the eye when no blink occurs is shown as an
テンプレートマッチング処理によって、目付近の画像100,102における基準点パターン90に対応するパターン120の位置が決定される。従って、目付近の画像100,102において、1フレーム前の画像70内の中点86に対応する基準点122の位置も決定される。
By the template matching process, the position of the
両目の位置については、画像100,102のいずれの場合にも特許文献2に記載の方法によって検出する。検出された両目の位置に基づき、両目の中心を通る直線112が決定される。本実施の形態では、ここで、基準点122を通り、両目の中心を通る直線112に平行な基準線114を決定する。また、両目の付近の画像に対してエッジフィルタを適用する事により、両目の上まぶたのエッジを検出する。そして、このエッジの位置(例えば図2において直線110で示される位置)と、基準線114との距離d1とが算出される。
The positions of both eyes are detected by the method described in Patent Document 2 in either case of the
ここでは、距離d0及びd1はいずれも画素数で表すものとする。あるフレームから次のフレームに移った際に、画像100で表される様にまぶたの状態に変化がないと、あるフレームでの距離d0と次のフレームでの距離d1の値にも変化がない。瞬きがされていない場合、人間のまぶたの位置は比較的安定していて変化がなく、その結果、d0−d1≒0となる。
Here, the distances d0 and d1 are both represented by the number of pixels. If the eyelid state does not change as shown in the
まぶたが閉じられ始めた状態(画像102)でも同様に、両目の中心を通る直線112に平行で、基準点122を通る基準線114が決定される。まぶたのエッジが検出され、それらのエッジ(直線130で表される)と基準線114との距離d1が算出される。
Similarly, even in a state where the eyelid starts to be closed (image 102), a
瞬きがある場合、d1<d0となるであろう。従って、あるしきい値を定め、d0−d1>しきい値であれば瞬きがあったと判定する。以下に述べる実施の形態では、処理対象となる画像はデジタル画像であり、まぶたの検出位置が1画素単位での誤差を含む事は避けられない。従って、ここではしきい値として2を想定し、まぶたのエッジが2画素以上移動していれば、瞬きがされていると推定する。なお、このしきい値の値は、処理対象の画像に含まれる画素数、特に縦方向の画素数に依存する。実験では、320×240画素の画像で、しきい値=2として安定した結果を得る事ができた。 If there is a blink, d1 <d0. Therefore, a certain threshold value is set, and if d0−d1> threshold value, it is determined that there is a blink. In the embodiment described below, the image to be processed is a digital image, and it is inevitable that the eyelid detection position includes an error in units of one pixel. Accordingly, here, it is assumed that the threshold value is 2, and if the eyelid edge has moved by two or more pixels, it is estimated that blinking has occurred. Note that the threshold value depends on the number of pixels included in the image to be processed, particularly the number of pixels in the vertical direction. In the experiment, it was possible to obtain a stable result with a threshold value = 2 in an image of 320 × 240 pixels.
<構成>
[コンピュータによる実現]
以下、本実施の形態に係る瞬き検出装置を組込んだカーナビゲーションシステム(以下「カーナビシステム」と呼ぶ。)について説明する。このカーナビシステムは、実質的にはコンピュータハードウェア及び当該コンピュータハードウェア上で実行されるソフトウェアにより実現されるものである。
<Configuration>
[Realization by computer]
Hereinafter, a car navigation system (hereinafter referred to as “car navigation system”) incorporating the blink detection device according to the present embodiment will be described. This car navigation system is substantially realized by computer hardware and software executed on the computer hardware.
図3はこのカーナビシステム150の外観を示す。図3を参照して、カーナビ150は、地図等を表示する液晶画面162と、液晶画面162上に積層され、ユーザが触れる事により操作するタッチパネル164と、スピーカ166と、ドライバの顔を撮影するカメラ168と、CD−ROM(コンパクトディスク読出専用メモリ)ドライブ170を有する、実質的にコンピュータと同様のハードウェアからなるカーナビ本体160とを含む。
FIG. 3 shows the appearance of the
図4を参照して、カーナビ本体160は、CD−ROMドライブ170に加えて、CPU(中央処理装置)190と、CPU190及びCD−ROMドライブ170に接続されたバス198と、ブートアッププログラム等を記憶する読出専用メモリ(ROM)192と、いずれもバス198に接続され、プログラム命令、システムプログラム、及び作業データ等を記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)194、カメラ168で撮影された画像を毎秒30フレームずつキャプチャするためのカメラI/F(Interface)196、スピーカ166と接続され、CPU190又はCD−ROMドライブ170から出力される音声を処理しスピーカ166に与えるためのサウンドボード200、及びCPU190から出力されるデジタルの音声信号をアナログ信号に変換し出力するD/A(Digital Analog)変換器202と、D/A変換器202の出力に接続されたスピーカ204とを含む。
Referring to FIG. 4, in addition to CD-
ここでは示さないが、カーナビ本体160はさらに自動車内のローカルエリアネットワーク(LAN)への接続を提供するネットワークアダプタボードを含んでもよい。
Although not shown here, the
カーナビ150に瞬き検出装置としての動作を行なわせるためのコンピュータプログラムは、CD−ROMドライブ170に挿入されるCD−ROM167又はROM192に記憶される。このプログラムは実行の際にRAM194にロードされる。CD−ROM167から又はネットワークを介して、直接にRAM194にプログラムをロードしてもよい。
A computer program for causing the
このプログラムは、カーナビ本体160にこの実施の形態の瞬き検出装置として動作を行なわせる複数の命令を含む。この動作を行なわせるのに必要な基本的機能のいくつかはカーナビ本体160上で動作するオペレーティングシステム(OS)もしくはサードパーティのプログラム、又はカーナビ本体160にインストールされる各種ツールキットのモジュールにより提供される。従って、このプログラムはこの実施の形態のシステム及び方法を実現するのに必要な機能全てを必ずしも含まなくてよい。このプログラムは、命令のうち、所望の結果が得られる様に制御されたやり方で適切な機能又は「ツール」を呼出す事により、コンピュータハードウェアと協働して、上記した瞬き検出装置としての各種機能を実現する命令のみを含んでいればよい。カーナビ本体160を構成するコンピュータの動作は周知であるので、ここでは言及しない。
This program includes a plurality of instructions for causing the
図5に、本実施の形態に係る瞬き検出装置をコンピュータプログラムで実現した際のフローチャートを示す。図5を参照して、まず、プログラムが開始されると、ステップ210では初期化が行なわれる。ここでは、顔の動画像のフレーム番号fnを0に設定する。
FIG. 5 shows a flowchart when the blink detection device according to the present embodiment is realized by a computer program. Referring to FIG. 5, first, when the program is started, initialization is performed in
ステップ212では、フレーム番号fnに1を加算し、動画像のフレームを図4に示すカメラI/F196から読込む。
In
ステップ214では、読み込んだフレームにおいて顔領域を抽出し、さらに両目の位置を検出する処理が行なわれる。
In
ステップ216では、処理中のフレームにおいて上まぶたのエッジを抽出する処理が行なわれる。
In
ステップ218では、フレーム番号fnが1であるか否かを判定する処理が行なわれる。フレーム番号fnが1でなければステップ220に進む。フレーム番号fnが1であれば、ステップ229に進む。処理の最初では、先行するフレームが存在しておらず、瞬きの検出をするために比較する対象がないため、この様な処理をする。
In
ステップ220では、先行するサイクルで既に保存されている、先行するフレームの基準点パターンをテンプレートとして、処理中のフレームの画像内で基準点Cを特定する処理が行なわれる。
In
ステップ222では、基準点Cを通り、両目の中心を結ぶ線分に平行な直線と、上まぶたエッジまでの距離d1を計算する処理が行なわれる。
In
ステップ224では、先行するフレームの画像に対して算出された、両目を結ぶ線と上まぶたのエッジとの間の距離d0から、処理中の画像に対してステップ222で計算された距離d1を引いてその差dを求める処理が行なわれる。
In
ステップ226では、ステップ224で計算された差dの値が1よりも大きいか否かを判定する処理が行なわれる。差dが1よりも大きいとステップ228に進む。差dが1以下であるとステップ229に進む。
In
ステップ228では、瞬きが検出されたと判定し、瞬きを検出したときに行なうべき処理が行なわれる。例えば瞬きの回数を加算したり、瞬きの時刻を所定の記憶領域に記憶したり、所定の信号を出力したりする。この情報は、例えば別のプロセスに渡され、瞬きの頻度によって必要な処理が実行される。この後、ステップ229に進む。
In
ステップ229では、両目を結ぶ線と上まぶたのエッジとの距離が算出され、距離d0として保存される。この後ステップ230に進む。
In
ステップ230では、新基準点Cを、処理中のフレームの画像における両目を結ぶ線上の、両目の中央位置に設定する処理が行なわれる。この新基準点Cが、次のフレームではどこの位置に移動しているかが、次のフレームに対するステップ220の処理において決定される。
In
ステップ232では、処理中のフレームの画像内の、新たに決定された基準点Cを中心とするN×M画素からなる画像を新たな基準点パターンとして所定の記憶領域にセーブする処理が行なわれる。この基準点パターンが、次のフレームに対するステップ220の処理において使用される。この処理が終わるとステップ212に戻り、次のフレームに対して以後の処理を繰返す。
In
<動作>
図6に、上まぶたのエッジの検出と基準点パターンを用いた瞬きの検出との動作の具体例について示す。
<Operation>
FIG. 6 shows a specific example of the operation of the detection of the upper eyelid edge and the blink detection using the reference point pattern.
図5を参照して、プログラムの開始時、ステップ210で初期化が行なわれ、フレーム番号fnが0となる。ステップ212でフレーム番号fnに1が加算され、fn=1となる。このとき、フレーム番号1の画像が読み込まれる。
Referring to FIG. 5, at the start of the program, initialization is performed in
ステップ214でフレーム番号1の画像から両目位置が検出され、ステップ216で上まぶたのエッジ250が検出される。
In
フレーム番号fn=1なので、処理はステップ218からステップ229に進み、ステップ214で検出された両目の位置を結ぶ線と、ステップ216で検出された上まぶたのエッジ250との間の距離が算出され、この値が距離d0として保存される。
Since the frame number fn = 1, the process proceeds from
この後、ステップ230で、フレーム番号fn=1の画像の両目を結ぶ線の中央の点を基準点Cとする。さらに基準点Cを中心とするN×M画素を基準点パターンとして記憶領域にセーブする(ステップ232)。その後、処理はステップ212に戻る。
Thereafter, in
ステップ212ではフレーム番号fnに1を加算する。すなわちここではフレーム番号fn=2となる。そして、2番目のフレームの画像を読み込む。以下、1番目のフレームと同様にステップ214、216の処理を行なう。
In
ステップ218の判定結果はNOとなるので、ステップ220に進み、セーブされていた基準点パターンをテンプレートとするテンプレートマッチングにより、1番目のフレームでの基準点パターンが2番目のフレームではどこに移動しているかを判定し、対応する領域を抽出する。この処理により、新たな基準点パターン254(図6参照)が定められ、従って1番目の画像中の基準点パターンの基準点Cが、2番目の画像中のどこに移動したかも決定される。この点を新たな基準点Cとする(ステップ220)。ステップ216で検出された目の上まぶたのエッジ252と、新たな基準点Cと、ステップ214で検出された両目の位置とに基づき、両目の中心を通る直線と平行で基準点Cを通る直線と、上まぶたのエッジとの間の距離d1が算出される(ステップ222)。
Since the determination result in
この様にして2番目のフレームに対し求められた距離d1と、1番目のフレームに対してステップ229の処理で算出されていた距離d0とを用いて、距離d0と距離d1との差d=d0−d1を計算する(ステップ224)。
The distance d1 between the distance d0 and the distance d1 is calculated using the distance d1 obtained for the second frame in this way and the distance d0 calculated in the process of
この差dが1より大きければ2番目のフレームで瞬きがあったと判定され(ステップ226でYES)、ステップ228で必要な処理をした後、ステップ229に進む。差dが1以下であれば何もせずステップ229に進む。以下、1番目のフレームに対して行なったのと同様の処理をステップ229、230、及び232で行ない、ステップ212に戻る。
If this difference d is greater than 1, it is determined that there has been a blink in the second frame (YES in step 226). After performing the necessary processing in
フレーム番号fn=3以下のフレームに対しても、上記した処理が繰返し実行され、それによって、瞬きが発生したフレームではステップ228で必要な処理がされる。
The above-described processing is repeatedly executed for frames having a frame number fn = 3 or less, whereby the necessary processing is performed in
図7に、実験によって求められた両目におけるdの値の変化を示す。図7に示す様に、実験では、右目の距離dの値の変化270と左目の距離dの値の変化272とはほぼ同期している。これは、一般に、瞬きは両目同時に行われるためである。
FIG. 7 shows the change in the value of d in both eyes obtained by experiments. As shown in FIG. 7, in the experiment, the
本実施の形態に係る瞬き検出装置によると、目の位置により決定される所定の基準線と上まぶたのエッジまでの距離とに基づいて瞬きの発生を検出する事ができる。この方法によると、比較的不安定になってしまう下まぶたのエッジの検出を行なう必要がない。ゆえに、安定して検出できる上まぶたのエッジのみによって瞬きの発生を検出する事ができる。その結果、人間の顔の動画像から、瞬きの発生を安定して検出できる様な瞬き検出装置を提供する事ができる。 With the blink detection device according to the present embodiment, the occurrence of blinks can be detected based on a predetermined reference line determined by the eye position and the distance to the edge of the upper eyelid. According to this method, it is not necessary to detect the edge of the lower eyelid that becomes relatively unstable. Therefore, the occurrence of blinking can be detected only by the edge of the upper eyelid that can be detected stably. As a result, it is possible to provide a blink detection device that can stably detect the occurrence of blinks from a moving image of a human face.
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。 The embodiment disclosed herein is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is indicated by each claim in the claims after taking into account the description of the detailed description of the invention, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the wording described therein are intended. Including.
84 目間パターン
90 基準点パターン
150 カーナビシステム
160 カーナビ本体
162 液晶画面
164 タッチパネル
166及び204 スピーカ
168 カメラ
170 CD−ROMドライブ
190 CPU
192 ROM
194 RAM
196 カメラI/F
198 バス
200 サウンドボード
202 D/A変換器
84
192 ROM
194 RAM
196 Camera I / F
198
Claims (6)
前記一連のフレームにおける前記顔の両目の位置を追跡するための目の位置の追跡手段と、
前記一連のフレームにおいて、前記顔の上まぶたのエッジを検出するためのまぶた検出手段と、
先行するフレームの顔画像において、前記目の位置の追跡手段により特定された目の位置により定められる所定の基準線から、前記まぶた検出手段により検出された上まぶたのエッジまでの第1の距離を算出するための第1の距離算出手段と、
前記先行するフレームの顔画像における前記所定の基準線と所定の関係にある新たな基準線を、前記先行するフレームに後続するフレームの顔画像において、前記目の位置の追跡手段により特定された目の位置に基づいて特定するための基準線特定手段と、
前記後続するフレームの顔画像において、前記新たな基準線から、前記まぶた検出手段により検出された上まぶたのエッジまでの第2の距離を算出するための第2の距離算出手段と、
前記第1及び第2の距離算出手段によって算出された距離の差に基づいて、瞬きの発生を検出するための瞬き検出手段とを含み、
前記基準線特定手段は、
前記先行するフレームの顔画像における両目の位置と所定の関係にある基準点を含む、規定形状の領域を基準パターンとして抽出し保存するための基準パターン抽出手段と、
前記基準パターン抽出手段により抽出された基準パターンをテンプレートとする、前記後続するフレームに対するテンプレートマッチングにより、前記先行するフレームの前記基準点の、前記後続するフレーム内での位置を推定するためのテンプレートマッチング手段と、
前記テンプレートマッチング手段によって前記後続するフレーム内で推定された前記基準点の位置を通り、前記後続するフレーム内の両目の中心を結ぶ直線に平行な線を、前記新たな基準線として特定するための手段とを含む、瞬き検出装置。 A blink detection device for detecting blink from a moving image of a face including a series of frames,
Eye position tracking means for tracking the positions of both eyes of the face in the series of frames;
Eyelid detecting means for detecting an edge of the upper eyelid in the series of frames;
In the face image of the preceding frame, a first distance from a predetermined reference line determined by the eye position specified by the eye position tracking unit to the edge of the upper eyelid detected by the eyelid detection unit First distance calculating means for calculating;
A new reference line having a predetermined relationship with the predetermined reference line in the face image of the preceding frame is identified by the eye position tracking means in the face image of the frame subsequent to the preceding frame. A reference line specifying means for specifying based on the position of
Second distance calculation means for calculating a second distance from the new reference line to the edge of the upper eyelid detected by the eyelid detection means in the face image of the subsequent frame;
Blink detection means for detecting the occurrence of blink based on the difference between the distances calculated by the first and second distance calculation means ,
The reference line specifying means includes
A reference pattern extracting means for extracting and storing a region of a prescribed shape as a reference pattern, including a reference point having a predetermined relationship with the position of both eyes in the face image of the preceding frame;
Template matching for estimating the position of the reference point of the preceding frame in the subsequent frame by template matching for the subsequent frame using the reference pattern extracted by the reference pattern extraction unit as a template Means,
A line that passes through the position of the reference point estimated in the subsequent frame by the template matching means and is parallel to a straight line connecting the centers of both eyes in the subsequent frame is specified as the new reference line. And a blink detection device.
前記第2の距離算出手段は、前記新たな基準線と、前記後続するフレームにおいて前記まぶた検出手段により検出された上まぶたのエッジの中の、前記所定点に対応する点との距離を計算するための手段を含む、請求項2に記載の瞬き検出装置。 The means for calculating the distance is based on the position of both eyes specified by the eye position tracking means in the preceding frame, and a line connecting the positions of both eyes and the eye detected by the eyelid detection means. Means for calculating the distance between a predetermined point in the edge of the eyelid;
The second distance calculation means calculates a distance between the new reference line and a point corresponding to the predetermined point in the upper eyelid edge detected by the eyelid detection means in the subsequent frame. The blink detection device according to claim 2, comprising means for
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