JP6007543B2 - 変位測定装置、変位測定方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、変位測定装置、変位測定方法、及びプログラムに関する。

近年、視聴者に立体感や奥行感を認知させる立体コンテンツを提供する技術が普及してきている。しかしながら、このような立体画像や立体映像を知覚し得る能力（両眼視能）は、必ずしも万人が持ち得るものではない。一般的に両眼視能は、網膜に映る左右眼用の異なった像を統合して同時に視る機能である同時視、左右眼それぞれの網膜対応点上に映る略同じ網膜像を融合させ一つの物体として知覚する機能である融像、融像が成立した上で両眼視差による像のずれから立体感を知覚する機能である立体視に分類されるが、これらが不良である視聴者には立体視が難しい。また、このような視知覚事象は個人的かつ自覚的なものであるため、他者と共有・比較することが難しく、本人がそれを認識できなかったり、認識していても他人には言い出せずに諦めてしまったりするという問題も起こり得る。

中でも、眼位の状態は両眼視能に大きく影響する。眼位の状態とは、例えば、両眼視眼位（両眼開放で見ているときの眼位）および融像除去眼位（片眼を遮蔽して融像を除去したときの眼位）ともに偏位のない正位、両眼視眼位は偏位がないが融像除去眼位が偏位する斜位、両眼視眼位および融像除去眼位ともに偏位する斜視等である。また、角膜反射と瞳孔中央とにずれが見られる臨床的γ角（κ角）異常、黄斑部に偏位が見られる黄斑偏位等の見かけの斜視は、偽斜視と称される。

このような眼位に関する値を測定する検査は、今では数多くが知られている。例えば、引用文献１に記載されるような大型弱視鏡を用いた検査方法が存在する。

特開２００５−２７８７６４号公報

一般的な大型弱視鏡を用いれば被検者の眼位のみならず、網膜対応、臨床的γ角（κ角）等についても測定することができ、得られる結果は両眼視機能異常を判断するのに有用である。例えば、眼位および眼球運動に異常がない者では、斜視角及び臨床的γ角（κ角）は、理論的には全て０°となるはずである。

ところが、実際には健常者の多くが多少の斜位及び／又は偽斜位を有しており、厳密に０°の結果が得られる者は少ない。実際に日本では、実に５０％程度が斜位を有していると言われており、明らかな眼位異常や自覚症状がない場合には、多少の偏位が検出されても異常なしと判定される。

しかしながら斜位及び／又は偽斜位を有する人は、程度の差こそあれ両眼視を行う際に、融像性輻湊等によって偏位を補完している状態にある。よって、例え両眼視異常が出現していなかったとしても、正位の場合と比較すると、融像性輻湊に関する運動系や感覚系等に負担を強いていると言える。またこのような負担は補完の程度が大きければ大きいほど増すと考えられるため、両眼視による負荷状況を把握するためには、より適切で有効な測定法が必要とされている。

さらに近年広まる立体コンテンツでは、日常視とはかけ離れた仮想空間の造り込みによって、視能的に過負荷な刺激量の呈示や、少ない手がかりの立体画像や映像から立体視を行う必要があるために、その視覚刺激による負担はさらに増大している。このような負荷は眼精疲労等の症状を誘起する原因の一つであるとも考えられるため、これまで無症状であった人々の中からも、新たに眼科的疾患症状を訴える人が出現することも懸念される。

また、大型弱視鏡のような大がかりな装置は、検者の技量によって結果が左右される。そのため、定量的な評価が難しく、検査には専門的な知識や経験を持ちえた熟練の技術者が必要である。従って、症状を自覚していない人が日常生活において測定の機会を得ることはまず無い。

そこで本発明は、被検者の視線の変位を測定可能な、変位測定装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、視線の変位が両眼視能を評価する指標として有用であることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る変位測定装置は、所定の視標に対して相対的に固定され、被検者の少なくとも眼周辺の領域を撮像する撮像装置から撮像画像を取得して、被検者の左右眼の瞳孔中心の三次元位置を検出する処理と、被検者の左右眼の角膜頂点の三次元位置を検出する処理と、前記左右眼の瞳孔中心が前記視標に対してなす、第一の角度を算出する処理と、前記左右眼の角膜頂点が前記視標に対してなす、第二の角度を算出する処理と、前記第一の角度と前記第二の角度の差である第１の変位角を算出する処理と、を実行することを特徴とする。

被検者の視線の変位を測定可能な、変位測定装置を提供できる。

本発明に係る変位測定システム１００の概略図である。 変位測定システム１００の機能構成を説明するためのブロック図である。 被検者情報１２１０の概略説明図である。 （ａ）〜（ｃ）楕円近似についての概略説明図である。 （ａ）（ｂ）瞳孔検出処理についての説明図である。 （ａ）（ｂ）角膜検出処理についての説明図。 変位算出処理についての説明図である。 片眼変位量についての説明図である。 判定表１２２０の概略説明図である。 変位測定装置１の実行する測定処理の流れを示すフローチャートである。 変位測定装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係る変位測定システム１００は、視標を両眼固視させた場合において、理想的であると仮定した被検者の基準視線と、実際の被検者の視線とを比較することにより、両眼視能評価の指標として、視線の変位に関する値を得るものである。

以下、本発明の一実施形態に係る変位測定システム１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、変位測定システム１００の概略図、図２は、変位測定システム１００の機能構成を説明するためのブロック図である。

変位測定システム１００は、変位測定装置１と、表示装置２と、撮像装置３と、照明装置４と、を有している。

表示装置２は、被検者に注視させるマーカーＭを含む視標画面を表示するものである。このような表示装置にはどのようなものを用いてもよいが、例えば、液晶パネルとその駆動回路とを備える一般的なＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、変位測定装置１から供給される画像信号に基づいて、駆動回路が液晶パネルに任意の表示画面を表示させる。なお、後述の撮像装置３に対する視標の位置が定まっていれば、視標は必ずしも表示装置２によって呈示する必要はない。

撮像装置３は、被検者の少なくとも眼周辺領域を撮像するものである。このような撮像装置にはどのようなものを用いてもよいが、例えば、光学系を有し、固体撮像素子に結像させた像を映像信号として出力する一般的なビデオカメラが挙げられる。なお、撮像装置３、表示装置２のマーカーＭに対し相対的に固定されているものとし、この位置及び姿勢に関する情報はカメラパラメータとして、予め記憶部１２に記憶されている。

照明装置４は、被検者の少なくとも眼周辺領域に赤外光を照射するものである。このような照明装置４にはどのようなものを用いてもよいが、ここでは、撮像装置３のレンズ開口外周を囲むリング状のＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明であり、その軸は、撮像装置３の光学系の軸と一致するよう構成されている。

変位測定装置１は、システムを統括制御する制御部１１と、処理に要する情報を記憶する記憶部１２と、各部及び各装置間を接続する入出力インターフェース部（以下、Ｉ／Ｆ部と称する）１３と、を有している。

Ｉ／Ｆ部１３は、各部及び各装置間を情報の送受信可能に接続するためのインターフェースを提供する。

記憶部１２は、被検者情報記憶領域１２１と、判定表記憶領域１２２と、を有している。

被検者情報記憶領域１２１には、被検者に関する情報である被検者情報１２１０が記憶されている。図３は、被検者情報１２１０の概略説明図である。

被検者情報１２１０は例えば、被検者を特定するための情報である被検者ＩＤを格納する被検者ＩＤ格納領域２１と、被検者の認証に関する情報を格納する認証情報格納領域２２と、瞳孔中心の世界座標を格納する瞳孔中心座標格納領域２３と、角膜中心の世界座標を格納する角膜中心座標格納領域２４と、両眼変位に関する情報を格納する両眼変位情報格納領域２５と、片眼変位に関する情報を格納する片眼変位情報格納領域２６と、を有している。両眼変位情報格納領域２５と片眼変位情報格納領域２６に格納される情報については、後述する。

判定表記憶領域１２２には、被検者の両眼視能を判定するための判定表１２２０が記憶されている。これについての詳細な説明は、後述する。

また、本発明で利用する座標系は、図１に示すように、マーカーＭの中心（固視）点Ｏを原点として定義された世界座標系と、撮像装置３の光軸をｚ軸とするカメラ座標系と、撮像画像を基準とした２次元の画像座標系であるものとする。

次に、制御部１１について説明する。制御部１１は、被検者の情報を管理する情報管理部１１１と、被検者の瞳孔中心Ｐを検出する瞳孔検出部１１２と、被検者の角膜頂点Ｃを検出する角膜検出部１１３と、両眼視眼位における視線の変位を算出する変位算出部１１４と、変位から両眼視能を判定する視能判定部１１５と、を備えている。以下、制御部１１の備える各機能部の行う処理について、順を追って説明する。

情報管理部１１１は、図示しない操作手段から測定の開始指示を受け付けると、被検者を特定するための被検者認識処理を実行する。具体的に、情報管理部１１１は、被検者が新規の被検者か否かを判断し、新規の被検者であれば被検者情報１２１０に当該被検者のレコードを新たに作成する。一方、新規の被検者でなければ、被検者情報１２１０から当該被検者に該当するレコードを特定する。

新規の被検者か否かを判断は、例えば、表示装置２にログイン画面や新規登録者画面を出力させ、被検者自身や検者に図示しない操作手段からの直接入力を促したり、周知の生体認証を利用したりすることで実現可能である。

以下、上記生体認証の中のでも顔認証を用いる場合について説明する。顔認証については、既知のどのような方法を用いても構わない。例えば情報管理部１１１は、撮像装置３から最新の撮像画像を取得し、その画像内から被検者の顔全体を含む顔周辺画像を抽出する。なお、ここでは被検者が予め表示装置２、或いは撮像装置３の方向を向いているものとするが、表示装置２にガイド画像を表示させたり、図示しない音声出力手段にガイド音声を出力させたりすることによって、被検者の顔の向きを撮像に適した方向へ誘導してもよい。

次に情報管理部１１１は、顔周辺画像内から顔認証に要する特徴点を抽出して、認証情報格納領域２２に格納される全てのレコードの認証情報（例えば、テンプレート画像）と比較し、認証が成立したレコードを被検者に該当するレコードであると判定する。一方、全てのレコードで認証が成立しなかった場合には、新規の被検者であると判定して、被検者情報１２１０に新たなレコードを作成して一意に定まる被検者ＩＤを付与し、被検者ＩＤ格納領域２１に格納する。そして、使用した顔周辺画像を認証情報として加工処理し、認証情報格納領域２２に格納する。

上述の被検者認識処理が終了すると、情報管理部１１１は、測定の前処理を開始する。具体的に、情報管理部１１１は、表示装置２に視標としてのマーカーＭを含む視標画面を表示させる。本実施の形態における視標画面は、図１に示すように十字形状のマーカーＭが画面中心に配置されたものであり、その交点を被検者に固視（中心視）させることで測定を行う。なお、このようなマーカーＭの中心（固視）点Ｏの位置は世界座標系の原点として取り扱われるため、必ず所定の座標位置に表示される。

また視標画面は上記に限定されず、被検者の視線を一点に引き付けて固視させることを目的とするものであれば、どのようなものを用いてもよい。例えば、マーカーＭは誘目性と注視力を喚起する色であることが好ましく、照明装置４の照明色に応じて光源色や反射色等から選択されることが望ましい。さらに、解像度を要求するテクスチャー刺激を付加しておくことで、被検者の固視（中心視）を容易に誘導することもできる。加えて、被検者に具体的な注視位置や固視（中心視）を行う旨の指示を、音声ガイド等により実行してもよい。ガイドの例としては例えば、「視標の中心を凝視して下さい」等である。しかしながら融像が困難な程の斜位でない限り、周辺視でも眼底部の網膜上のずれ量は数μｍの範囲内に留まる。これは測定誤差範囲として無視できる程度であるため、必ずしも測定時に固視（中心視）を要求する必要はない。

ここまでの処理を終えると情報管理部１１１は、瞳孔検出部１１２に測定処理の開始要求を出力する。瞳孔検出部１１２は測定処理の開始要求を受け付けると、瞳孔検出処理を開始する。図４（ａ）〜（ｃ）は、楕円近似についての説明図、図５（ａ）及び（ｂ）は、瞳孔検出処理についての説明図である。

瞳孔検出部１１２は、瞳孔中心を推定して瞳孔中心Ｐの三次元位置を検出する。瞳孔中心Ｐの検出はその位置を定める事が可能な方法であればどのような技術を用いてもよく、例えば強膜反射法、角膜反射法、瞳孔−角膜反射法、楕円近似法等の技術が挙げられる。ここでは、楕円近似法を用いた場合について説明する。

楕円近似法は、瞳孔を楕円によって近似し、その楕円の中心を瞳孔の中心と見なすことで瞳孔中心Ｐを求める方法である。まず瞳孔検出部１１２は、照明装置４に赤外光を照射させると共に、撮像装置３から撮像画像を取得して、その画像内から図４（ａ）に示すような被検者の眼球画像を、左右眼についてそれぞれ切り出す。次に瞳孔検出部１１２は、左右眼それぞれの眼球画像を所定の輝度値で二値化して、画像内に映り込んだ瞳孔領域Ａを抽出する。これは、カメラの光軸と照明光を同軸にして眼球を照明すると、赤外光の眼球透過率が低いために網膜上の光の反射によって眼球の瞳孔が画像内に明るく映り込む現象を利用するものである（明瞳孔法）。よってこのような二値化画像から明るい領域を抽出することにより、瞳孔に該当する画像領域が得られる。

さらに瞳孔検出部１１２は、抽出された瞳孔を楕円に近似して当該楕円の中心座標を算出し、瞳孔中心Ｐの座標を求める。楕円中心の検出はどのような手法を用いてもよく、例えば、ハフ変換法、最小メジアン法、内接する平行四辺形を用いる方法等が挙げられる。ここでは、高速な処理が可能である内接する平行四辺形を用いる方法について説明する。

内接する平行四辺形を用いる方法は、平行四辺形の相対する辺の中点同士を連結すると２本の直線が交わり、その直線の交点が楕円の中心となるという楕円に内接する平行四辺形の成立条件を用いるものである。この方法では、最初に楕円中心を算出し、その後にアウトライア（異常値）の除去を行ってから楕円パラメータを推定する。

具体的に瞳孔検出部１１２は、図４（ｂ）に示すように、上下、左右から全ての点に関して順に内接する平行四辺形を求めてゆき、平行四辺形が成立する場合のみ交点の画像に重みをつけて投票する。そして最終的に投票数が最大の画素を楕円中心と判定する。これにより、欠損した楕円にも対応できる。なお、輪郭点が存在しない欠損部分については、図４（ｃ）に示すようにアウトライアを除去した後で、楕円パラメータを推定する。このようにして得られた楕円中心の画素座標を瞳孔中心Ｐの座標と見なすことで、右眼の瞳孔中心Ｐの画像座標Ｐ_ＩＲ（ｘ，ｙ）と、左眼の瞳孔中心Ｐの画像座標Ｐ_ＩＬ（ｘ，ｙ）とが定まる。

次に瞳孔検出部１１２は、これらの座標系を変換する。具体的に、瞳孔検出部１１２はまず、Ｐ_ＩＲ（ｘ，ｙ）とＰ_ＩＬ（ｘ，ｙ）とをカメラ座標系に変換して、右眼の瞳孔中心Ｐのカメラ座標Ｐ_ＣＲ（ｘ，ｙ，ｚ）と、左眼の瞳孔中心Ｐの画像座標Ｐ_ＣＬ（ｘ，ｙ，ｚ）とを求める。なお、ここでは図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ディスプレイと瞳孔中心Ｐの距離である距離Ｄ２が固定であるものとする。これにより、カメラから瞳孔中心Ｐまでの距離である距離Ｄ１も予め定まっている。よって、カメラ座標系のｚ座標についても、所定の値を使用する。

なお、このように距離Ｄ２を固定とする場合には、被検者の頭部（例えば、額と顎等）を固定するための支持台を設け、ディスプレイやカメラからの眼球位置が被検者や検査によってばらつかないよう、略一致させることが必要となる。またこれに限らず、距離画像センサ等を用いて瞳孔中心Ｐのｚ座標をその都度検出してもよい。これは例えば、プルキニエ像（角膜反射像）からカメラまでの距離を検出し、これに一般的な角膜−瞳孔中心までの距離を加えることで、おおよそのカメラから瞳孔中心Ｐまでの距離Ｄ１を算出することで実現可能である。

さらに瞳孔検出部１１２は、これらを世界座標系に変換し、右眼の瞳孔中心Ｐの世界座標Ｐ_ＷＲ（ｘ，ｙ，ｚ）と、左眼の瞳孔中心Ｐの世界座標Ｐ_ＷＬ（ｘ，ｙ，ｚ）とを求める。世界座標系への変換は、カメラの位置及び姿勢を示す予め定められたカメラパラメータに基づいて実行される。そして瞳孔検出部１１２は、このようにして求められたＰ_ＷＲ、Ｐ_ＷＬを、瞳孔中心座標格納領域２３へと格納する。

ここまでの処理を終えると瞳孔検出部１１２は、角膜検出部１１３に角膜検出処理の開始要求を出力する。角膜検出部１１３は角膜検出処理の開始要求を受け付けると、角膜検出処理を開始する。図６（ａ）及び（ｂ）は、角膜検出処理についての説明図である。

角膜検出部１１３は、角膜頂点を推定して角膜頂点Ｃの三次元位置を検出する。角膜頂点Ｃの検出についても、その位置を定める事が可能な方法であればどのような技術を用いてもよく、例えば上述した楕円近似法を用いることができる。これは即ち、角膜を楕円によって近似し、その楕円の中心を角膜の中心と見なすことで角膜頂点Ｃを求めるものである。このような角膜頂点Ｃの座標は、角膜中心の座標と同じものであると推定できる。よって以下、角膜中心Ｃと角膜頂点Ｃは同義であるものとする。

まず角膜検出部１１３は、上述の左右の眼球画像を所定の輝度値で二値化して、画像内に映り込んだ角膜領域Ｇを抽出する。角膜領域Ｇは図４（ａ）に示すように、白色の強膜領域Ｆと透明な角膜領域Ｇ（内側に存在する虹彩等が透けて見える領域）との境界であるエッジＥを検出することで、角膜に該当する画像領域を特定することで実現可能である。なお、エッジＥの内部に存在する瞳孔領域Ａは、全て角膜領域Ｇとして取り扱う。

さらに角膜検出部１１３は、抽出された角膜領域Ｇを楕円に近似して当該楕円の中心座標を算出し、角膜中心Ｃの座標を求める。楕円中心の検出はどのような手法を用いてもよく、ここでも上述の内接する平行四辺形を用いる方法を用いることができる。このようにして得られた楕円中心の画素座標を角膜中心Ｃの座標と見なすことで、右眼の角膜中心Ｃの画像座標Ｃ_ＩＲ（ｘ，ｙ）と、左眼の角膜中心Ｃの画像座標Ｃ_ＩＬ（ｘ，ｙ）とが定まる。

次に角膜検出部１１３は、これらの座標系を変換する。具体的に、角膜検出部１１３はまず、Ｃ_ＩＲ（ｘ，ｙ）とＣ_ＩＬ（ｘ，ｙ）とをカメラ座標系に変換して、右眼の角膜中心Ｃのカメラ座標Ｃ_ＣＲ（ｘ，ｙ，ｚ）と、左眼の角膜中心Ｃの画像座標Ｃ_ＣＬ（ｘ，ｙ，ｚ）とを求める。なお上記と同様に、ディスプレイと角膜中心Ｃの距離である距離Ｄ２が固定のため、カメラから角膜中心Ｃまでの距離である距離Ｄ３も予め定まっている。よって、カメラ座標系のｚ座標についても、所定の値を使用することができる。

さらに角膜検出部１１３は、これらを世界座標系に変換し、右眼の角膜中心Ｃの世界座標Ｃ_ＷＲ（ｘ，ｙ，ｚ）と、左眼の角膜中心Ｃの世界座標Ｃ_ＷＬ（ｘ，ｙ，ｚ）とを求める。世界座標系への変換は、予め定められたカメラパラメータに基づいて実行される。そして角膜検出部１１３は、このようにして求められたＣ_ＷＲ、Ｃ_ＷＬを、角膜中心座標格納領域２４へと格納する。

ここまでの処理を終えると角膜検出部１１３は、変位算出部１１４に変位算出処理の開始要求を出力する。変位算出部１１４は変位算出処理の開始要求を受け付けると、両眼変位算出処理を開始する。図７は、変位算出処理について説明する説明図である。

変位算出部１１４はまず、瞳孔中心Ｐの位置に基づく視線の輻輳角（以下、基準輻輳角）と、角膜頂点Ｃの位置に基づく視線の輻輳角（以下、被検者輻輳角）を算出する。

具体的に、変位算出部１１４はまず、マーカーＭから瞳孔中心Ｐへと至る（逆）視線ベクトル（以下、基準視線ベクトル）を、左右眼についてそれぞれ求める。これは、所定のマーカーＭの中心（固視）点Ｏの世界座標を原点とすると、ＯからＰ_ＷＲへの基準視線ベクトルＯＰ_Ｒ、そして、ＯからＰ_ＷＲへの基準視線ベクトルＯＰ_Ｌとして表される。

変位算出部１１４は次に、マーカーＭから左右眼の角膜頂点Ｃへと至る（逆）視線ベクトル（以下、被検者視線ベクトル）をそれぞれ求める。これは、所定のマーカーＭの中心（固視）点Ｏの世界座標を原点とすると、ＯからＣ_ＷＲへの被検者視線ベクトルＯＣ_Ｒ、そして、ＯからＣ_ＷＲへの被検者視線ベクトルＯＣ_Ｌとして表される。

ここで、２つのベクトルＯＰ_Ｒ及びＯＰ_Ｌは、被検者が両眼固視を行った場合（両眼視眼位）の瞳孔中心Ｐから中心（固視）点Ｏを直線で結ぶ照準線である。この照準線の延長上に角膜頂点Ｃ（及び中心窩Ｆ）が存在するとき、これらは図５（ｂ）に示すような理想的な視線となる。そこで、本実施形態では、２つのベクトルＯＰ_Ｒ及びＯＰ_Ｌを理想的な視線基準を表す基準視線ベクトルと見なし、当該基準視線ベクトルに対する被検者の角膜頂点Ｃの変位を検出する。

具体的に変位検出部１１４は、このような基準視線ベクトルＯＰ_ＲとＯＰ_Ｌのなす角φ_０（基準輻輳角）を求め、図３に示す両眼変位情報格納領域２５内の基準輻輳角格納領域２５１に格納する。同様に変位検出部１１４は、被検者視線ベクトルＯＣ_ＲとＯＣ_Ｌのなす角φ_１（被検者輻輳角）を求め、被検者輻輳角格納領域２５２に格納する。

次に変位算出部１１４は、なす角φ_０となす角φ_１との差分Δφ（両眼視変位量）を求め、両眼変位量格納領域２５３に格納する。ここで、瞳孔中心Ｐと角膜頂点ＣとがＸ軸方向（開散、輻湊方向）に偏位していない被検者では、基準輻輳角φ_０と被検者輻輳角φ_１との間に差は生じない筈である。よって両眼視変位量の値が大きければ大きいほど、被検者の負担も大きいと言える。なお、Δφ＝φ_０−φ_１とする場合、両眼視変位量が＋の値であれば輻湊方向への偏位が勝っており、−の値であれば開散方向への偏位が勝っている状態であると言える。

次に変位算出部１１４は、片眼変位検出処理を開始し、片眼ごとの変位角を求める。具体的に、変位算出部１１４は、基準視線ベクトルＯＰ_Ｒと被検者視線ベクトルＯＣ_Ｒのなす角Δθ_Ｒ（右眼変位角）を求め、図３に示す右眼変位量格納領域２６１に格納する。同様に変位算出部１１４は、基準視線ベクトルＯＰ_Ｌと被検者視線ベクトルＯＣ_Ｌのなす角Δθ_Ｌ（左眼変位角）を求め、左眼変位量格納領域２６２に格納する。このような変位角は、瞳孔中心Ｐと角膜頂点ＣとがＸ軸方向、及びＹ軸方向に偏位していない被検者では０°となる。よってこれらの値が大きければ大きいほど、被検者の負担も大きいと言える。

さらに、変位算出部１１４は、瞳孔中心Ｐと角膜頂点Ｃとの座標位置から、その変位量を求める。図８は、片眼変位量について説明する説明図である。図８に示すように、世界座標系におけるｘ座標の差分は水平方向（開散、輻湊方向）の偏位であり、ｙ座標の差分は上下方向の偏位である。そこで変位算出部１１４は、Ｐ_ＷＲとＣ_ＷＲとについて、ｘ座標値の差分、及び、ｙ座標値の差分を求める。算出された差分は、単位を補正（ここでは、ｍｍ）され、偏位が開散方向或いは上方向である場合には−、輻湊方向或いは下方向である場合には＋を付与されて、右眼変位量格納領域２６３に格納される。例えば、図３の右眼変位量の情報からは、被検者の角膜頂点Ｃが瞳孔中心Ｐに対して、輻湊方向に４．０ｍｍ、上方向に０．８ｍｍ偏位していることがわかる。なお、何れの方向に偏位があるかについては、座標値を絶対値で比較した際に瞳孔中心Ｐと角膜頂点Ｃとのどちらが大きな値を有しているかによって判定することができる。変位算出部１１４は、同様にしてＰ_ＷＬとＣ_ＷＬとについて左眼変位量を算出して左眼変位量格納領域２６４へと格納する。

ここまでの処理を終えると、変位算出部１１４は、視能判定部１１５に視能判定処理の開始要求を出力する。視能判定部１１５は、視能判定処理の開始要求を受け付けると、視能判定処理を開始する。図９は、視能判定処理に利用される判定表１２２０の概略説明図である。

判定表１２２０は、複数の評価項目により定まる被検者の両眼視能を判定する際に参照されるものであり、任意の階級としてのグレードが格納されるグレード格納領域１２２１と、該グレードに応じた各評価項目の条件となる範囲が格納される条件格納領域１２２２と、を有している。

図９においては評価項目として両眼変位角、右眼変位角、左眼変位角を選択した例を挙げているが、これに限らず、さらに右眼変位量や左眼変位量を利用してもよいし、これらのうちの何れか一つ、或いは任意の組み合わせから評価してもよい。

なおグレードとは、評価項目における値を範囲ごとに分けたものである。本実施形態ではグレードを１〜３の３段階に分けるものとし、各評価項目の値が小さいレベル１が最も検査結果が良好であり、値が大きいレベル３が最も不良であるとしている。

また、各グレードにおける範囲は医学的所見や経験、累積データの統計等から任意で設定することができる。例えば、母集団に一般人を想定した評価項目における結果の分布を、相対度数に基づいて階級に分けることで決定することができる。

視能判定部１１５は、被検者情報１２１０から評価項目と一致する検査結果の値を抽出して、判定表１２２０の条件範囲から各評価項目におけるグレードを判定する。そして、その中で最も低いグレードを、被検者の両眼視能のグレードと判定する。判定されたグレードは、被検者情報１２１０にユーザＩＤと対応付けて格納される。

なお、必ずしも最も低いグレードを選択する必要はなく、最良のものを選択してもよい。また、各評価項目毎の数値と得点の相関表を保持しておき、各数値を点数化してその点数からグレードを定めることもできる。なお、測定結果の各項目の数値やグレードを被検者に知らせる結果通知画面を作成し、表示装置２へ出力してもよい。

ここで、変位測定装置１のハードウェア構成について説明する。図１１は、変位測定装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

図１１に示すように、変位測定装置１は、各部を集中的に制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１と、各種データを書換え可能に記憶するメモリ９０２と、各種のプログラム、プログラムの生成するデータ等を格納する外部記憶装置９０３と、これらを接続するバス９０４と、を備える。変位測定装置１は、例えば、外部記憶装置９０３に記憶されている所定のプログラムを、メモリ９０２に読み込み、ＣＰＵ９０１で実行することにより実現可能である。

なお、上記した各構成要素は、変位測定装置１の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。処理ステップの分類の仕方やその名称によって、本発明が制限されることはない。また、変位測定装置１が行う処理は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。さらに、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。

また、各機能部は、ハードウエア（ＡＳＩＣなど）により構築されてもよい。また、各機能部の処理が一つのハードウエアで実行されてもよいし、複数のハードウエアで実行されてもよい。

以上のように構成される本実施形態にかかる変位測定装置１の実行する処理を、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る変位測定装置１の実行する測定処理の流れを示すフローチャートである。

瞳孔検出部１１２は、情報管理部１１１から出力される測定処理の開始要求受け付けると、瞳孔検出処理を開始する（ステップＳ１１）。

具体的に瞳孔検出部１１２は、瞳孔中心Ｐの座標を推定して瞳孔中心Ｐの三次元位置を検出する。例えば、瞳孔検出部１１２は、撮像画像から被検者の左右眼の眼球画像をそれぞれ切り出して二値化し、画像内に映り込んだ瞳孔領域を抽出する。そして、瞳孔検出部１１２は、瞳孔領域を楕円近似して楕円の中心を求め、座標変換により右眼の瞳孔中心Ｐの世界座標Ｐ_ＷＲと、左眼の瞳孔中心Ｐの世界座標Ｐ_ＷＬとを求める。瞳孔検出部１１２は、このようにして求めたＰ_ＷＲ、Ｐ_ＷＬを、瞳孔中心座標格納領域２３へと格納する。そして瞳孔検出部１１２は、角膜検出部１１３に角膜検出処理の開始要求を出力する。

角膜検出部１１３は、瞳孔検出部１１２から出力された角膜検出処理の開始要求を受け付けると、角膜検出処理を実行する（ステップＳ１２）。

具体的に角膜検出部１１３は、角膜頂点Ｃの座標を推定して角膜頂点Ｃの三次元位置を検出する。例えば、角膜検出部１１３は、左右眼の眼球画像を二値化し、画像内に映り込んだ角膜領域を抽出する。そして、角膜検出部１１３は、楕円近似して楕円の中心を求め、座標変換により右眼の角膜中心Ｃの世界座標Ｃ_ＷＲと、左眼の角膜中心Ｃの世界座標Ｃ_ＷＬとを求める。角膜検出部１１３は、このようにして求めたＣ_ＷＲ、Ｃ_ＷＬを、角膜中心座標格納領域２４へと格納する。そして角膜検出部１１３は、変位算出部１１４に変位算出処理の開始要求を出力する。

変位算出部１１４は、角膜検出部１１３から出力された変位算出処理の開始要求を受け付けると、両眼変位算出処理を実行する（ステップＳ１３）。

具体的に変位算出部１１４はまず、固視点ＯからＰ_ＷＲへの基準視線ベクトルＯＰ_Ｒ、固視点ＯからＰ_ＷＲへの基準視線ベクトルＯＰ_Ｌを求める。さらに変位算出部１１４は、固視点ＯからＣ_ＷＲへの被検者視線ベクトルＯＣ_Ｒ、固視点ＯからＣ_ＷＲへの被検者視線ベクトルＯＣ_Ｌを求める。そして変位算出部１１４は、このような基準視線ベクトルＯＰ_ＲとＯＰ_Ｌのなす角φ_０（基準輻輳角）を求め、基準輻輳角格納領域２５１に格納する。同様に変位検出部１１４は、被検者視線ベクトルＯＣ_ＲとＯＣ_Ｌのなす角φ_１（被検者輻輳角）を求め、被検者輻輳角格納領域２５２に格納する。最後に変位算出部１１４は、なす角φ_０となす角φ_１との差分Δφ（両眼視変位量）を求め、両眼変位量格納領域２５３に格納する。

次に、変位算出部１１４は、片眼変位算出処理を実行する（ステップＳ１４）。

具体的に変位算出部１１４は、基準視線ベクトルＯＰ_Ｒと被検者視線ベクトルＯＣ_Ｒのなす角Δθ_Ｒ（右眼変位角）を求め、右眼変位量格納領域２６１に格納する。同様に変位算出部１１４は、基準視線ベクトルＯＰ_Ｌと被検者視線ベクトルＯＣ_Ｌのなす角Δθ_Ｌ（左眼変位角）を求め、左眼変位量格納領域２６２に格納する。さらに、変位算出部１１４は、Ｐ_ＷＲとＣ_ＷＲとについてｘ座標値の差分、及び、ｙ座標値の差分を求める。そして変位算出部１１４は、算出された差分の単位を補正して、偏位が開散方向或いは上方向である場合には−、輻湊方向或いは下方向である場合には＋を付与し、右眼変位量格納領域２６３に格納する。また、変位算出部１１４は、同様の処理をＰ_ＷＬとＣ_ＷＬとについても行い、結果を左眼変位量格納領域２６４に格納する。そして変位算出部１１４は、視能判定部１１５に視能判定処理の開始要求を出力する。

視能判定部１１５は、変位算出部１１４から出力された視能判定処理の開始要求を受け付けると、視能判定処理を開始する（ステップＳ１５）。

視能判定部１１５は、所定の判定表１２２０を読み出し、評価項目と一致する検査結果の値を被検者情報１２１０から抽出して、条件範囲から各評価項目におけるグレードを判定する。そして視能判定部１１５は、その中で最も低いグレードを、被検者の両眼視能のグレードと判定し、記憶部１２に記憶させて処理を終了する。

以上、変位測定装置１が測定処理を行う際の一実施例について説明した。上記したフローの各処理単位は、変位測定装置１の処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。構成要素の分類の仕方やその名称によって、本発明が制限されることはない。また、変位測定装置１の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分割することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。

このように、本発明の変位測定装置１によれば、被検者の左右眼の視線ベクトルを他覚的に検出することが可能である。例えば従来の自覚的な測定法（チトマスステレオテスト等）では、被検者の感覚や検者の経験が結果に影響するのを避けることは難しかったが、本発明によれば常に定量的なデータを得ることができる。そのため、自覚症状の無い被検者の微少な変位であっても、数値から客観的な評価を下すことができる。

さらに、本発明の変位測定装置１によれば、両眼固視を行った時の眼位（両眼視眼位）を、両眼変位角と片眼変位角とに分けてそれぞれ測定し、両眼視能を指標（グレード）で評価することも可能であるため、被検者は融像時における両眼視能を、数値や指標として具体的に把握することができる。

また、従来の大掛かりな装置や専門家を必要とせず、簡便な設備で正確かつ高速な測定が可能であるため、健康診断や家庭での測定も可能となる。

なお、上記の実施形態は、本発明の要旨を例示することを意図し、本発明を限定するものではない。本発明の技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

例えば、融像除去眼位（片眼を遮蔽して融像を除去した）における測定結果を両眼視眼位における測定結果に反映させて補正し、真の両眼固視における変位を算出してもよい。これは例えば、一方の眼を遮蔽した状態で他方の検眼に対して上記と同様の処理を実行し、右眼変位角及び左眼変位角を求めて、この値を上記実施形態における右眼変位角及び左眼変位角から除けばよい。これにより、融像に対する被検者の真の調節量を知ることができる。

１：変位測定装置、２：表示装置、３：撮像装置、４：照明装置、１３：入出力インターフェース部、１１：制御部、１２：記憶部、１００：変位測定システム、１１１：情報管理部、１１２：瞳孔検出部、１１３：角膜検出部、１１４：変位検出部、１１５：視能判定部、１２１：被検者情報記憶領域、１２１０：被検者情報、１２２０：判定表。

Claims (7)

1. 所定の視標に対して相対的に固定され、被検者の少なくとも眼周辺の領域を撮像する撮像装置から撮像画像を取得して、
   被検者の左右眼の瞳孔中心の三次元位置を検出する処理と、
   被検者の左右眼の角膜頂点の三次元位置を検出する処理と、
   前記左右眼の瞳孔中心が前記視標に対してなす、第一の角度を算出する処理と、
   前記左右眼の角膜頂点が前記視標に対してなす、第二の角度を算出する処理と、
   前記第一の角度と前記第二の角度の差である第１の変位角を算出する処理と、を実行すること
   を特徴とする変位測定装置。
2. 請求項１に記載の変位測定装置であって、
   前記被検者の右眼の瞳孔中心と角膜頂点とが前記視標に対してなす、第２の変位角を算出する処理と、
   前記被検者の左眼の瞳孔中心と角膜頂点とが前記視標に対してなす、第３の変位角を算出する処理と、をさらに実行すること
   を特徴とする変位測定装置。
3. 請求項１または２に記載の変位測定システムであって、
   前記変位測定装置は、
   前記第１、第２、第３の変位角の少なくとも何れかを所定の条件範囲から定まる階級にそれぞれ分類し、当該階級から被検者の両眼視能を判定する処理を、さらに実行すること
   を特徴とする変位測定装置。
4. 所定の視標に対して相対的に固定され、被検者の少なくとも眼周辺の領域を撮像する撮像装置から撮像画像を取得するステップと、
   被検者の左右眼の瞳孔中心の三次元位置を検出するステップと、
   被検者の左右眼の角膜頂点の三次元位置を検出するステップと、
   前記左右眼の瞳孔中心が前記視標に対してなす、第一の角度を算出するステップと、
   前記左右眼の角膜頂点が前記視標に対してなす、第二の角度を算出するステップと、
   前記第一の角度と前記第二の角度の差である第１の変位角を算出するステップと、を実行すること
   を特徴とする変位測定方法。
5. 請求項４に記載の変位測定方法であって、
   前記被検者の右眼の瞳孔中心と角膜頂点とが前記視標に対してなす、第２の変位角を算出する処理と、
   前記被検者の左眼の瞳孔中心と角膜頂点とが前記視標に対してなす、第３の変位角を算出する処理と、をさらに実行すること
   を特徴とする変位測定方法。
6. コンピュータに、被検者の眼の変位を測定させるプログラムであって、
   前記コンピュータを、制御手段として機能させ、
   前記制御手段に、
   所定の視標に対して相対的に固定され、被検者の少なくとも眼周辺の領域を撮像する撮像装置から撮像画像を取得するステップと、
   被検者の左右眼の瞳孔中心の三次元位置を検出するステップと、
   被検者の左右眼の角膜頂点の三次元位置を検出するステップと、
   前記左右眼の瞳孔中心が前記視標に対してなす、第一の角度を算出するステップと、
   前記左右眼の角膜頂点が前記視標に対してなす、第二の角度を算出するステップと、
   前記第一の角度と前記第二の角度の差である第１の変位角を算出するステップと、を実行させること
   を特徴とするプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムであって、
   前記制御手段に、
   前記被検者の右眼の瞳孔中心と角膜頂点とが前記視標に対してなす、第２の変位角を算出する処理と、
   前記被検者の左眼の瞳孔中心と角膜頂点とが前記視標に対してなす、第３の変位角を算出する処理と、をさらに実行させること
   を特徴とするプログラム。

Images