JP6370168B2 - Illumination imaging apparatus and line-of-sight detection apparatus including the same - Google Patents
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Description
本発明は、ローリングシャッタ方式で撮像素子を駆動する照明撮像装置、及び、それを備えた視線検出装置に関する。 The present invention relates to an illumination imaging apparatus that drives an imaging element by a rolling shutter system, and a line-of-sight detection apparatus including the illumination imaging apparatus.
特許文献1に記載の注視点検出方法は、2台以上のカメラと、これらのカメラの開口部外側に設けた光源とを用いて、対象者の顔画像を明瞳孔画像及び暗瞳孔画像として生成し、これらの画像に基づいて、カメラと瞳孔を結ぶ基準線に垂直な平面上における対象者の角膜反射点から瞳孔までのベクトルを計算し、このベクトルをもとに各カメラの基準線に対する対象者の視線の方向を所定の関数を用いて計算する。
The gaze point detection method described in
さらに、各カメラに対応して計算した視線の方向が近くなるように前記関数を補正し、補正された関数を用いて視線の方向を計算して視線の所定の平面上の交点を求めることによって対象者の所定平面上の注視点を検出することができる。 Further, by correcting the function so that the direction of the line of sight calculated corresponding to each camera is close, and calculating the direction of the line of sight using the corrected function to obtain the intersection of the line of sight on a predetermined plane A gazing point on a predetermined plane of the subject can be detected.
特許文献1に記載の注視点検出方法においては、前記光源として、互いに異なる波長の光を出力する発光素子が設けられており、これらの発光素子を交互に発光させることによって、一方の発光素子によって対象者の目に照明光が照射されたときに明瞳孔画像を生成し、他方の発光素子によって照明光が照射されたときに暗瞳孔画像を生成する。
In the gazing point detection method described in
一般に、カメラの撮像素子の駆動には、グローバルシャッタ方式とローリングシャッタ方式がある。グローバルシャッタ方式では、一画面(フレーム)の全画素が同時に露光されるのに対して、ローリングシャッタ方式では、画面の垂直方向上側から順に露光を行うため、一画面中であっても垂直方向の位置によって、画素の露光タイミングが異なる。 Generally, there are a global shutter system and a rolling shutter system for driving an image sensor of a camera. In the global shutter method, all pixels on one screen (frame) are exposed simultaneously, whereas in the rolling shutter method, exposure is performed in order from the upper side in the vertical direction of the screen. The pixel exposure timing varies depending on the position.
また、視線検出においては、光源から対象者への検知光の出射と、撮像素子における露光とを同期させるために、一般的には、撮像素子のVSYNC信号(垂直同期信号)をトリガーにして、光源から出射する光の波長などを切り替える制御を行っている。このような制御は、一画面の全画素を同時に露光させるグローバルシャッタ方式の場合には影響ないが、ローリングシャッタ方式で駆動する場合には、画面の垂直方向位置によって露光のタイミングが異なるため、撮像素子から取得した1フレーム分の画面中に、光源の切換え前の画像と切換え後の画像が混在してしまう。例えば、光源の切換えによって検知光の波長を変更する場合では、切換えの前後で撮像される画像は異なるものとなることから、視線検出が可能な瞳孔画像を得ることができず、検出に支障をきたすおそれがあった。 Further, in the line-of-sight detection, in order to synchronize the emission of the detection light from the light source to the subject and the exposure in the image sensor, generally, using the VSYNC signal (vertical synchronization signal) of the image sensor as a trigger, Control is performed to switch the wavelength of light emitted from the light source. Such control does not affect the global shutter method that exposes all pixels on one screen at the same time, but when driven by the rolling shutter method, the exposure timing differs depending on the vertical position of the screen. The image before switching the light source and the image after switching are mixed in the screen for one frame acquired from the element. For example, when the wavelength of the detection light is changed by switching the light source, the images picked up before and after the switching are different, so that a pupil image capable of detecting the line of sight cannot be obtained, which hinders detection. There was a risk of it coming.
そこで本発明は、ローリングシャッタ方式で駆動する撮像素子を備え、この撮像素子によって視線検出に適した画像を得ることのできる照明撮像装置、及び、それを備えた視線検出装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an illumination imaging device that includes an imaging device that is driven by a rolling shutter system, and that can obtain an image suitable for eye-gaze detection using the imaging device, and a gaze detection device including the illumination imaging device. And
上記課題を解決するために、本発明の対象者の目に検知光を与えて瞳孔中心と角膜反射光の中心を検出するための照明撮像装置は、対象者の目に検知光を与える光源と、所定の周期で検知光を切換えて出射させるように光源を制御する光源制御部と、複数の画素が水平方向及び垂直方向に配列された撮像素子を備え、この撮像素子をローリングシャッタ方式で駆動することにより、対象者の目を含む画像を取得する撮像体と、1回の前記検知光の出射期間に、前記ローリングシャッタ方式で前記撮像素子を少なくとも2フレーム分駆動して、同じ検知光が照射されているときの画像のみを取得する露光制御部と、を備えることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, an illumination imaging apparatus for detecting a pupil center and a center of corneal reflected light by applying detection light to the subject's eye of the present invention includes a light source that provides detection light to the subject's eye, A light source control unit that controls the light source so that the detection light is switched and emitted at a predetermined period, and an image sensor in which a plurality of pixels are arranged in a horizontal direction and a vertical direction, and the image sensor is driven by a rolling shutter system By doing so, the imaging element that acquires an image including the eyes of the subject and the imaging element is driven for at least two frames by the rolling shutter method during one detection light emission period, and the same detection light is obtained. And an exposure control unit that acquires only an image when it is irradiated.
これにより、周期的に行われる検知光の切換えの前後の画像が混在して取得されることがなくなり、同じ検知光が照射されている1フレーム分の画像を取得できるようになり、視線検出に適した画像を得ることができる。さらに、撮像素子の駆動方式をローリングシャッタ方式とすることにより、安価な照明撮像装置を提供することが可能となる。 As a result, images before and after the periodic switching of the detection light are not acquired together, and an image for one frame irradiated with the same detection light can be acquired. A suitable image can be obtained. Furthermore, it is possible to provide an inexpensive illumination imaging apparatus by adopting a rolling shutter system as the imaging element driving system.
本発明の照明撮像装置はさらに、光源は、第1波長の検知光と、第1波長よりも長い波長の第2波長の検知光とを切換えて出射し、光源制御部は、前記所定の周期ごとに、第1波長の検知光と第2波長の検知光を切換えて出射させることを特徴としている。 In the illumination imaging device of the present invention, the light source further switches and emits the detection light having the first wavelength and the detection light having the second wavelength longer than the first wavelength, and the light source control unit includes the predetermined period. each is characterized in that emit by switching detection light of detection light and the second wavelength of the first wavelength.
あるいは、本発明の照明撮像装置はさらに、前記光源は、前記撮像素子に近い位置にある第1光源と、前記撮像素子に対して前記第1光源よりも離れた位置にある第2光源とを備え、
前記光源制御部は、前記所定の周期で、前記第1光源と前記第2光源から検知光を切換えて出射させることを特徴としている。
Alternatively , in the illumination imaging apparatus according to the present invention, the light source further includes a first light source located at a position close to the imaging element, and a second light source located at a position away from the first light source with respect to the imaging element. Prepared,
The light source control section, in the predetermined period, is characterized in that emit by switching a detection light and the first light source from the second light source.
上記手段では、撮像素子に近い位置にある光源と離れた位置にある光源を選択することで、明瞳孔画像と暗瞳孔画像とを取得することが可能となるため、第1光源と第2光源を同一種類の光源で構成することができ、これにより、光源の選択の自由度が上がり、部品コストの低下に資することができる。 In the above means, it is possible to acquire a bright pupil image and a dark pupil image by selecting a light source located at a position distant from the light source located close to the image sensor, so that the first light source and the second light source are obtained. Can be composed of the same type of light source, thereby increasing the degree of freedom in selecting the light source and contributing to a reduction in component costs.
本発明の照明撮像装置において、撮像素子は、CMOSであることが好ましい。
これにより、撮像素子を安価に構成することができる。
In the illumination imaging apparatus of the present invention, the imaging element is preferably a CMOS.
Thereby, an image pick-up element can be comprised at low cost.
本発明の視線検出装置は、上述のいずれかの照明撮像装置と、撮像体で取得した画像から瞳孔画像を抽出する瞳孔画像抽出部と、瞳孔画像抽出部で抽出した瞳孔画像から瞳孔中心を算出する瞳孔中心算出部と、瞳孔画像抽出部で抽出した瞳孔画像から角膜反射光の中心を検出する角膜反射光中心検出部と、瞳孔中心と角膜反射光の中心とから対象者の視線方向を算出する視線方向算出部と、を備えることを特徴としている。 The line-of-sight detection device of the present invention calculates the pupil center from one of the illumination imaging devices described above, a pupil image extraction unit that extracts a pupil image from an image acquired by the imaging body, and a pupil image extracted by the pupil image extraction unit Pupil center calculation unit, corneal reflection light center detection unit for detecting the center of the corneal reflection light from the pupil image extracted by the pupil image extraction unit, and calculation of the gaze direction of the subject from the pupil center and the center of the corneal reflection light And a line-of-sight direction calculating unit.
これにより、1つのフレーム中に異なる検知光による画像が混在しないようになるため、精度の高い視線検出を行うことができる。 As a result, images with different detection lights are not mixed in one frame, so that accurate line-of-sight detection can be performed.
本発明によると、1回の検知光の出射期間に、ローリングシャッタ方式で撮像素子を少なくとも2フレーム分駆動させ、同じ検知光が与えられているときの画像のみを取得することにより、周期的に行われる検知光の切り替えの前後の画像が混在して取得されることがなくなるため、視線検出に適した画像を得ることができる。 According to the present invention, during a single detection light emission period, the image pickup device is driven by at least two frames by the rolling shutter method, and only images when the same detection light is given are acquired periodically. Since images before and after the detection light switching performed are not mixedly acquired, an image suitable for eye gaze detection can be obtained.
以下、本発明の実施形態に係る照明撮像装置及び視線検出装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。 Hereinafter, an illumination imaging apparatus and a line-of-sight detection apparatus according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<視線検出装置の構造>
図1は、本実施形態の照明撮像装置を含む視線検出装置の構成を示す正面図、図2は、本実施形態の照明撮像装置を含む視線検出装置の構成を示すブロック図である。
<Structure of gaze detection device>
FIG. 1 is a front view illustrating a configuration of a line-of-sight detection device including the illumination imaging apparatus of the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the line-of-sight detection device including the illumination imaging apparatus of the present embodiment.
本実施形態の照明撮像装置は、図2に示す、第1光源11ならびに第2光源21と、2つの光源制御部31、32と、撮像体としての第1カメラ12ならびに第2カメラ22と、露光制御部33とを備える。
The illumination imaging apparatus according to the present embodiment includes a
また、本発明の視線検出装置は、図2に示すように、2つの受像装置10、20と、演算制御部CCとを備え、自動車の車室内の、例えばインストルメントパネルやウインドシールドの上部などに、対象者としての運転者の顔に向けるように設置される。
Further, as shown in FIG. 2, the line-of-sight detection device of the present invention includes two
図1に示すように、2つの受像装置10、20は、それぞれが備えるカメラ12、22の光軸12C、22Cが所定距離L10だけ離間するように配置されている。カメラ12、22は、撮像素子として、例えばCMOS(相補型金属酸化膜半導体)を有している。この撮像素子は、露光制御部33によって、ローリングシャッタ方式で駆動され、運転者の目を含む顔の画像を取得する。撮像素子では、水平方向及び垂直方向に配列された複数の画素で光が検出される。
As shown in FIG. 1, the two
図1と図2に示すように、受像装置10は、第1光源11と第1カメラ12とを備え、第1光源11は、12個のLED(発光ダイオード)光源111からなる。これらのLED光源111は、カメラ12のレンズ12Lの外側において、それらの光軸111Cとカメラ12の光軸12Cとが距離L11だけ離れて円状になるように配置されている。受像装置20は、第2光源21と第2カメラ22とを備え、第2光源21は、12個のLED光源211からなる。これらのLED光源211は、第2カメラ22のレンズ22Lの外側において、それらの光軸211Cと第2カメラ22の光軸22Cとが距離L21だけ離れて円状になるように配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、カメラ12、22においては、光源11、21から出射される検知光の波長に合わせたバンドパスフィルタを配置していることが好ましい。これにより、瞳孔画像抽出部40における瞳孔画像の抽出や、視線方向算出部45における視線方向の算出を精度良く行うことができる。
In addition, in the
第1光源11のLED光源111、及び、第2光源21のLED光源211は、検知光として同じ波長の赤外光、例えば波長が850nmの赤外光(近赤外光)を出射し、この検知光を対象者の目に与えることができるように配置されている。ここで、850nmは、人の目の眼球内での光吸収率が低い波長であり、この光は眼球の奥の網膜で反射されやすい。
The
第1カメラ12とLED光源111の光軸間距離L11は、視線検出装置と対象者としての運転者との距離を考慮して、第1カメラ12と第2カメラ22の光軸間距離L10に対して十分に短くしている。そのため、第1光源11は第1カメラ12に対して互いの光軸が略同軸であるとみなすことができる。同様に、第2カメラ22とLED光源211の光軸間距離L21は、第1カメラ12と第2カメラ22の光軸間距離L10に対して十分に短くしているため、第2光源21は第2カメラ22に対して互いの光軸が略同軸であるとみなすことができる。
The distance L11 between the optical axes of the
これに対して、第1カメラ12と第2カメラ22の光軸間距離L10を十分に長くしているため、第1光源11及び第1カメラ12の各光軸と、第2光源21及び第2カメラ22の各光軸とは、同軸ではない。以下の説明においては、上記配置を、2つの部材が略同軸である等と表現し、2つの部材が非同軸である等と表現することがある。
On the other hand, since the distance L10 between the optical axes of the
演算制御部CCは、コンピュータのCPUやメモリで構成されており、図2に示す各ブロックの機能は、予めインストールされたソフトウエアを実行することで演算が行われる。 The arithmetic control unit CC is composed of a CPU and a memory of a computer, and the function of each block shown in FIG. 2 is calculated by executing software installed in advance.
演算制御部CCには、光源制御部31、32と、露光制御部33と、画像取得部34、35と、瞳孔画像抽出部40と、瞳孔中心算出部43と、角膜反射光中心検出部44と、視線方向算出部45とが設けられている。
The arithmetic control unit CC includes a light
光源制御部31及び光源制御部32は、露光制御部33からの指示信号にしたがって、所定の周期ごとに、第1光源11と第2光源21から交互に検知光を出射するように制御する。
The light source control unit 31 and the light
露光制御部33は、第1光源11と第2光源21のいずれか一方からの検知光の出射期間において、ローリングシャッタ方式で撮像素子を少なくとも2フレーム分ずつ駆動させ、このとき、同じ検知光が照射されている画像のみを取得する。
The
例えば、図5に示すように、同じ光源が点灯しているときに、最初のフレームの画像データは破棄し、2フレーム目の画像データをライン毎に取得することで、必ず、同じ検知光が照射されている画像を得ることができる。 For example, as shown in FIG. 5, when the same light source is turned on, the image data of the first frame is discarded, and the image data of the second frame is acquired for each line, so that the same detection light is always obtained. An illuminated image can be obtained.
さらに詳しくは、1ライン毎に画像を取得するタイミングを決めている水平同期信号に着目すると、1つの光源が点灯しているときに、カメラから水平同期信号が2回出力されるが、最初の水平同期信号直後から2回目の水平同期信号直前までの間で露光された1ライン分の画素で得られた画像データを取得することで、必ず、同じ検知光が照射されている画像を得ることができる。 More specifically, focusing on the horizontal synchronization signal that determines the timing for acquiring an image for each line, when one light source is turned on, the horizontal synchronization signal is output twice from the camera. By acquiring image data obtained with pixels for one line exposed between immediately after the horizontal synchronization signal and immediately before the second horizontal synchronization signal, an image irradiated with the same detection light is always obtained. Can do.
なお、この方式では、同じ光源が点灯しているときに2フレーム分のデータ量の画像が取得されるが、使用されるのは1フレーム分の画像データであるため、使用しない1フレーム分の画像データは、画像取得部34、35で取得した後で削除されるか、画像取得部34、35において、その後に取得される画像データで上書きされる。
In this method, an image having a data amount of two frames is acquired when the same light source is turned on. However, since only one frame of image data is used, one unused frame is used. The image data is deleted after being acquired by the
画像取得部34、35で取得された画像は、フレームごとに瞳孔画像抽出部40に読み込まれる。瞳孔画像抽出部40は、明瞳孔画像検出部41と暗瞳孔画像検出部42とを備えている。明瞳孔画像検出部41では、以下の明瞳孔撮影条件(a)のいずれかを満たす、光源とカメラの組み合わせのときの目の画像が検出され、暗瞳孔画像検出部42では、以下の暗瞳孔撮影条件(b)のいずれかを満たす、光源とカメラの組み合わせのときの目の画像が検出される。
The images acquired by the
(a)明瞳孔撮影条件
(a−1)第1光源11の点灯期間に、これと略同軸の第1カメラ12で画像を取得、
(a−2)第2光源21の点灯期間に、これと略同軸の第2カメラ22で画像を取得、
(b)暗瞳孔撮影条件
(b−1)第1光源11の点灯期間に、これと非同軸の第2カメラ22で画像を取得、
(b−2)第2光源21の点灯期間に、これと非同軸の第1カメラ12で画像を取得、
(A) Bright pupil photographing conditions (a-1) During the lighting period of the
(A-2) During the lighting period of the second
(B) Dark pupil photographing condition (b-1) During the lighting period of the
(B-2) During the lighting period of the second
<明瞳孔画像と暗瞳孔画像>
図3は、対象者の目50の視線の向きと受像装置10,20との位置関係を模式的に示す平面図である。図4は、瞳孔中心と角膜反射光の中心とから視線の向きを算出するための説明図である。図3(A)と図4(A)では、対象者の視線方向VLが受像装置10と受像装置20との中間に向けられており、図3(B)と図4(B)では、視線方向VLがカメラの光軸12Cの方向へ向けられている。
<Light pupil image and dark pupil image>
FIG. 3 is a plan view schematically showing the positional relationship between the direction of the line of sight of the
目50は前方に角膜51を有し、その後方に瞳孔52と水晶体53が位置している。そして最後部に網膜54が存在している。
The
第1光源11の波長850nmは、網膜54に至る眼球内での吸収率が低いため、この波長の光は網膜54で反射されやすい。受像装置10に設けられた第1光源11が点灯したときに、第1光源11と略同軸の第1カメラ12で取得される画像では、網膜54で反射された赤外光が瞳孔52を通じて検出され、瞳孔52が明るく見える。この画像が明瞳孔画像として明瞳孔画像検出部41で抽出される。これは、受像装置20に設けられた第2光源21が点灯したときに、これと略同軸の第2カメラ22で取得される画像についても同様である。
Since the wavelength 850 nm of the
これに対して、受像装置10に設けられた第1光源11を点灯したときに、受像装置20に設けられた第1光源11と非同軸の第2カメラ22で画像を取得する場合には、網膜54で反射された赤外光が第2カメラ22にほとんど入射しないため、瞳孔52が暗く見える。したがって、この画像は暗瞳孔画像として、暗瞳孔画像検出部42で抽出される。これは、受像装置20の第2光源21が点灯したときに、受像装置10に設けられた非同軸の第1カメラ12で取得される画像についても同様である。
On the other hand, when the
瞳孔画像抽出部40では、明瞳孔画像検出部41で検出された明瞳孔画像から暗瞳孔画像検出部42で検出された暗瞳孔画像がマイナスされて、瞳孔52の形状が明るくなった瞳孔画像信号が生成される。この瞳孔画像信号は、瞳孔中心算出部43に与えられる。瞳孔中心算出部43では、瞳孔画像信号が画像処理されて二値化され、瞳孔52の形状と面積に対応する部分のエリア画像を算出される。さらに、このエリア画像を含む楕円が抽出され、楕円の長軸と短軸との交点が瞳孔52の中心位置として算出される。あるいは、瞳孔画像の輝度分布により瞳孔52の中心位置が算出されてもよい。
The pupil
また、暗瞳孔画像検出部42で検出された暗瞳孔画像信号は、角膜反射光中心検出部44に与えられる。暗瞳孔画像信号は、図3と図4に示す、角膜51の反射点55から反射された反射光による輝度信号が含まれている。角膜51の反射点55からの反射光はプルキニエ像を結像するものであり、図4に示すように、第1カメラ12の撮像素子には、きわめて小さい面積のスポット画像が取得される。角膜反射光中心検出部44では、スポット画像が画像処理されて、角膜51の反射点55からの反射光の中心が求められる。
The dark pupil image signal detected by the dark pupil image detection unit 42 is given to the corneal reflection light
瞳孔中心算出部43で算出された瞳孔中心算出値と角膜反射光中心検出部44で算出された角膜反射光中心算出値は、視線方向算出部45に与えられる。視線方向算出部45では、瞳孔中心算出値と角膜反射光中心算出値とから視線の向きが検出される。
The pupil center calculation value calculated by the pupil
図3(A)に示す場合では、人の目50の視線方向VLが、第1カメラ12の撮像光軸12Cと第2カメラ22の撮像光軸13Cの中間に向けられている。このとき、図4(A)に示すように、角膜51からの反射点55の中心が瞳孔52の中心と一致している。これに対して、図3(B)に示す場合では、人の目50の視線方向VLが、撮像光軸13Cの外側方向へ向けられている。このとき、図4(B)に示すように、瞳孔52の中心と角膜51からの反射点55の中心とが位置ずれする。
In the case shown in FIG. 3A, the line-of-sight direction VL of the
視線方向算出部45では、瞳孔52の中心と、角膜51からの反射点55の中心との直線距離αが算出される(図4(B))。また瞳孔52の中心を原点とするX−Y座標が設定され、瞳孔52の中心と反射点55の中心とを結ぶ線とX軸との傾き角度βが算出される。さらに、前記直線距離αと前記傾き角度βとから、視線方向VLが算出される。
The line-of-sight
視線方向算出部45において、視線方向VLを精度良く算出するためには、瞳孔52の中心座標と反射点55の中心座標を高精度に検出することが必要である。
In order to calculate the gaze direction VL with high accuracy, the gaze
<撮像動作>
以上の構成の照明撮像装置及び視線検出装置においては、所定の周期ごとに、第1光源11と第2光源21を交互に発光させる。第1光源11が点灯している期間に、第1カメラ12と第2カメラ22で同時に撮像が行われる。このとき第1カメラ12で明瞳孔画像が取得され、第2カメラ22で暗瞳孔画像が取得される。第2光源21が点灯している期間も、第1カメラ12と第2カメラ22で同時に撮像が行われる。このときは、第1カメラ12で暗瞳孔画像が取得され、第2カメラ22で明瞳孔画像が取得される。
<Imaging operation>
In the illumination imaging device and the line-of-sight detection device configured as described above, the
このときの撮像動作を第1カメラ12に着目すると、第1光源11と第2光源21の発光が交互に切換えられているときに、第1カメラ12で撮像を継続していることになり、第2カメラ22に着目すると、第1光源11と第2光源21の発光が交互に切換えられているときに、第2カメラ22が撮像を継続していることになる。
Focusing on the imaging operation at this time with respect to the
第1カメラ12の撮像動作は、第1光源11の発光の1期間に、撮像素子をローリングシャッタ方式で少なくとも2フレーム分駆動させ、2フレーム目のライン画像を取得することで、第1光源11が発光しているときのライン画像のみを得ることができる。第2光源21が発光したときも、発光の1期間に、第1カメラ12の撮像素子をローリングシャッタ方式で少なくとも2フレーム分駆動させ、2フレーム目のライン画像を取得することで、第2光源21は発光しているときのライン画像のみを得ることができる。
The imaging operation of the
これは第2カメラ22においても同じであり、第1光源11の発光の1期間に、撮像素子をローリングシャッタ方式で少なくとも2フレーム分駆動させ、第2光源21が発光したときも、発光の1期間に、撮像素子をローリングシャッタ方式で少なくとも2フレーム分駆動させる。
The same applies to the
以下、図5を参照して、第1光源11と第2光源21を交互に発光させ、それぞれの光源の1回の発光期間に、第2カメラ22の撮像素子を2フレーム分駆動させる例について説明する。図5(A)は、撮像素子からの画像取得タイミングを示し、(B)は第1光源11と第2光源21の発光期間を示す。図5の撮像タイミングは、第2カメラ22の撮像素子においても同じである。
Hereinafter, with reference to FIG. 5, an example in which the
図5(A)において、H000、H100、H200、H300、H400、H500、H600、H700、及び、H800は、撮像素子において垂直方向の上から下側へ順に並んだ画素のラインをそれぞれ示している。撮像素子は、ローリングシャッタ方式で、これらのラインごとに駆動される。また、図5(A)のVSYNC1〜VSYNC10は、カメラ12、22から画像取得部34、35に与えられる垂直同期信号であって、画像取得部34、35は、これらの垂直同期信号に同期して、対応するカメラの撮像素子の画素のラインに対応する撮像データを取り込む。
In FIG. 5A, H000, H100, H200, H300, H400, H500, H600, H700, and H800 respectively indicate pixel lines arranged in order from the top to the bottom in the vertical direction. . The image sensor is driven for each of these lines by a rolling shutter system. Also, VSYNC1 to VSYNC10 in FIG. 5A are vertical synchronization signals given from the
また、A11〜A19、A21〜A29、A31〜A39、A41〜A49、A51〜A59、A61〜A69、A71〜A79、A81〜A89、及び、A91〜A99は、撮像素子の各画素ラインに対応する撮像データを取り込むタイミングを示しており、水平同期信号を意味している。 A11 to A19, A21 to A29, A31 to A39, A41 to A49, A51 to A59, A61 to A69, A71 to A79, A81 to A89, and A91 to A99 correspond to the pixel lines of the image sensor. The timing for capturing image data is shown, which means a horizontal synchronization signal.
図5(B)は、第1光源11からの検知光の出射期間I11、I12、I13と、第2光源21からの検知光の出射期間I21、I22とを示している。図5(B)に示す例では、光源11、21の発光時間は同じであり、一定の周期で交互に発光している。
FIG. 5B shows detection light emission periods I11, I12, and I13 from the
図5(A)に示すVSYNC1、2,3,4、・・・は、カメラのフレームレートにより決定される。
また、照明撮像装置及び視線検出装置の使用環境によって、例えば周囲環境の明るさの変化に応じて、VSYNC1、VSYNC2、VSYNC3、・・・の各フレームにおける露光時間を、それぞれ独立させて変化させてもよく、これに合わせて、光源11、21の発光時間を変化させてもよい。
Further, depending on the usage environment of the illumination imaging device and the line-of-sight detection device, for example, the exposure time in each frame of VSYNC1, VSYNC2, VSYNC3,... In accordance with this, the light emission times of the
図5において、第1光源11からの検知光が発光している期間I11において、撮像素子は、VSYNC1、およびVSYNC2の2フレーム分の画像データを取得する。VSYNC2のタイミングにおいて、画像取得部34では、水平同期信号A11直後〜A21直前の間に露光された1ライン分(あるいは複数ライン分)のライン画像データが取得され、次に、水平同期信号A12直後〜A22直前の間に露光された1ライン分(あるいは複数ライン分)のライン画像データが取得され、次に、水平同期信号A13直後〜A23直前の間に露光された1ライン分(あるいは複数ライン分)のライン画像データが取得され、これが繰り返される。
In FIG. 5, in the period I11 during which the detection light from the
第1光源11が点灯している期間I11においては、垂直同期信号VSYNC1の1フレーム分と、VSYNC2の1フレーム分の駆動とが行われるが、VSYNC2の画像データを用いることで、第1光源11が点灯しているときの画像のみを1フレーム分取得することができる。
In the period I11 during which the
これは、第2光源21が点灯しているときの期間I21でも同じである。このときも、垂直同期信号VSYNC3の1フレーム分と、VSYNC4間の1フレーム分の駆動とが行われる。このときも、VSYNC4のタイミングにおいて水平同期信号A31直後〜A41直前の間に露光された1ライン分(あるいは複数ライン分)のライン画像データが取得され、次に、水平同期信号A32直後〜A42直前の間に露光された1ライン分(あるいは複数ライン分)のライン画像データが取得され、次に、水平同期信号A33直後〜A43直前の間に露光された1ライン分(あるいは複数ライン分)のライン画像データが取得され、これが繰り返される。VSYNC4の画像データを用いることで、第2光源21が点灯しているときの画像のみを1フレーム分取得することができる。
This also applies to the period I21 when the second
図6は比較例を示している。この比較例では、第1光源11が点灯している期間I11、I12、I13、・・・においてローリングシャッタは1フレーム分のみ駆動され、第2光源21が点灯している期間I21、I22、I23、・・・においてもローリングシャッタが1フレーム分のみ駆動される。この場合には、水平同期信号B13〜B23,B24〜B24などにおいて、1ライン分の露光時間内に第1光源11の発光期間I11と第2光源21の発光期間I21が混在してしまい、第1光源11の発光と第2光源の発光とにより画像を個別に取得できなくなる。
FIG. 6 shows a comparative example. In this comparative example, in the periods I11, I12, I13,... During which the
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
(1)所定の周期ごとに光源11、21から検知光を出射させ、1回の検知光の出射に対して、ローリングシャッタ方式で撮像素子を少なくとも2フレーム分駆動させることにより、周期的に行われる検知光の切り替えの前後の画像が混在して取得されることがなくなり、同じ検知光が照射されている1フレーム分の画像が得られる。このため、照明条件の異なる画像が混在しない、視線検出に適した画像を得ることができる。
With the configuration described above, the following effects are achieved according to the above embodiment.
(1) The detection light is emitted from the
(2)撮像素子の駆動方式をローリングシャッタ方式とすることにより、安価な照明撮像装置を提供することが可能となる。 (2) It is possible to provide an inexpensive illumination imaging apparatus by adopting a rolling shutter system as the imaging element driving system.
(3)第1カメラ12の撮像素子の光軸が、第1光源11の光軸とは略同軸である一方第2光源21の光軸とは非同軸であり、また、第2カメラ22の撮像素子の光軸が、第2光源21の光軸とは略同軸である一方第1光源11の光軸とは非同軸であることから、撮像素子と光源の光軸が略同軸か非同軸かによって、明瞳孔画像と暗瞳孔画像のどちらを検出するかを選択可能となる。このため、第1光源11と第2光源21を同一種類の光源で構成することができ、これにより、光源の選択の自由度が上がり、部品コストの低下に資することができる。
(3) The optical axis of the image sensor of the
(4)カメラ12、22の撮像素子をCMOSで構成することにより、撮像素子を安価に構成することができる。
(4) By configuring the imaging elements of the
(5)上述の照明撮像装置を用いて瞳孔画像を取得することにより、1つのフレーム中に異なる検知光による画像が混在しないようになるため、精度の高い視線検出を行うことができる。 (5) By acquiring a pupil image using the above-described illumination imaging apparatus, images with different detection lights do not coexist in one frame, so that accurate line-of-sight detection can be performed.
以下に変形例について説明する。
(1)上記実施形態では、第1光源11と第2光源21から同じ波長の検知光を交互又は同時に出射し、光源と略同軸のカメラで撮影した画像から明瞳孔用画像を検出し、光源と非同軸のカメラで撮影した画像から暗瞳孔画像を検出していた。これに対して、第1光源11からの検知光と第2光源21からの検知光の波長を異なるものにし、それぞれの光源と略同軸のカメラで対象者の目の画像を取得してもよい。
A modification will be described below.
(1) In the embodiment described above, detection light having the same wavelength is emitted alternately or simultaneously from the
この場合、第1光源11と第2光源21の検知光の波長としては、例えば、一方の光源からの検知光の波長(第1波長)を850nmとし、他方の光源からの検知光の波長(第2波長)を第1波長より長い940nmとする。ここで、850nmが、人の目の眼球内で光吸収率が低く網膜で反射されやすいのに対して、940nmは、人の目の眼球内で光吸収率が高い波長であり、網膜で反射されにくい。なお、人の目の眼球内、あるいは網膜上等での光吸収率や光反射率の高低の関係が同様であれば、850nmと940nm以外の波長の組み合わせとしてもよい。また、光源とカメラについては、上述の実施形態のように2組設ける形に限定されずに、例えば、カメラは1台として、このカメラに対して略同軸となるように、第1波長の検知光を出射する光源と第2波長の検知光を出射する光源を配置する構成も可能である。
In this case, as the wavelength of the detection light of the
光源からの検知光の波長をこのように設定した場合、波長850nmの検知光を与える光源と略同軸のカメラで取得した画像により明瞳孔画像を検出することができ、波長940nmの検知光を与える光源と略同軸のカメラで取得した画像により暗瞳孔画像を検出することができる。 When the wavelength of the detection light from the light source is set in this way, a bright pupil image can be detected from an image acquired with a camera that is substantially coaxial with the light source that provides the detection light with a wavelength of 850 nm, and the detection light with a wavelength of 940 nm is provided. A dark pupil image can be detected from an image acquired by a camera substantially coaxial with the light source.
(2)光源とカメラについては、上述の実施形態のように2組設ける形に限定されず、例えば、カメラは1台として、このカメラに対して略同軸の光源と非同軸の光源を設ける構成や、光源を1台として、この光源に対して略同軸のカメラと非同軸のカメラを設ける構成も可能である。 (2) About a light source and a camera, it is not limited to the form provided in two sets like the above-mentioned embodiment, For example, the structure which provides a substantially coaxial light source and a non-coaxial light source with respect to this camera as one unit | set. Alternatively, a configuration in which a single light source is provided and a substantially coaxial camera and a non-coaxial camera are provided for the light source is also possible.
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.
以上のように、本発明に係る照明撮像装置は、ローリングシャッタ方式で撮像素子を駆動し、周期的に照明条件が変化する装置に有用である。 As described above, the illumination imaging apparatus according to the present invention is useful for an apparatus in which an imaging element is driven by a rolling shutter system and illumination conditions change periodically.
10、20 受像装置
11 第1光源
12 第1カメラ
12C 光軸
21 第2光源
22 第2カメラ
22C 光軸
31、32 光源制御部
33 露光制御部
34、35 画像取得部
40 瞳孔画像抽出部
41 明瞳孔画像検出部
42 暗瞳孔画像検出部
43 瞳孔中心算出部
44 角膜反射光中心検出部
45 視線方向検出部
50 目
DESCRIPTION OF
Claims (4)
対象者の目に検知光を与える光源と、
所定の周期で前記検知光を切換えて出射させるように前記光源を制御する光源制御部と、
複数の画素が水平方向及び垂直方向に配列された撮像素子を備え、この撮像素子をローリングシャッタ方式で駆動することにより、前記対象者の目を含む画像を取得する撮像体と、
1回の前記検知光の出射期間に、前記ローリングシャッタ方式で前記撮像素子を少なくとも2フレーム分駆動して、同じ検知光が照射されているときの画像のみを取得する露光制御部と、
を備え、
前記光源は、第1波長の検知光と、前記第1波長よりも長い波長の第2波長の検知光とを出射し、
前記光源制御部は、前記所定の周期で前記第1波長の検知光と前記第2波長の検知光を切換えて出射させることを特徴とする照明撮像装置。 In an illumination imaging device that provides detection light to the subject's eye to detect the center of the pupil and the cornea reflected light,
A light source that provides detection light to the subject's eyes;
A light source controller that controls the light source to switch and emit the detection light at a predetermined period;
An imaging body that includes an imaging device in which a plurality of pixels are arranged in a horizontal direction and a vertical direction, and obtains an image including the eyes of the subject by driving the imaging device in a rolling shutter system;
An exposure control unit that drives the image pickup device for at least two frames by the rolling shutter method in one emission period of the detection light, and acquires only an image when the same detection light is irradiated;
With
The light source emits detection light having a first wavelength and detection light having a second wavelength longer than the first wavelength,
The light source control unit, lighting imaging device you characterized in that emit by switching detection light of detection light and the second wavelength of the first wavelength in the predetermined period.
対象者の目に検知光を与える光源と、
所定の周期で前記検知光を切換えて出射させるように前記光源を制御する光源制御部と、
複数の画素が水平方向及び垂直方向に配列された撮像素子を備え、この撮像素子をローリングシャッタ方式で駆動することにより、前記対象者の目を含む画像を取得する撮像体と、
1回の前記検知光の出射期間に、前記ローリングシャッタ方式で前記撮像素子を少なくとも2フレーム分駆動して、同じ検知光が照射されているときの画像のみを取得する露光制御部と、
を備え、
前記光源は、前記撮像素子に近い位置にある第1光源と、前記撮像素子に対して前記第1光源よりも離れた位置にある第2光源とを備え、
前記光源制御部は、前記所定の周期で、前記第1光源と前記第2光源から検知光を切換えて出射させることを特徴とする照明撮像装置。 In an illumination imaging device that provides detection light to the subject's eye to detect the center of the pupil and the cornea reflected light,
A light source that provides detection light to the subject's eyes;
A light source controller that controls the light source to switch and emit the detection light at a predetermined period;
An imaging body that includes an imaging device in which a plurality of pixels are arranged in a horizontal direction and a vertical direction, and obtains an image including the eyes of the subject by driving the imaging device in a rolling shutter system;
An exposure control unit that drives the image pickup device for at least two frames by the rolling shutter method in one emission period of the detection light, and acquires only an image when the same detection light is irradiated;
With
The light source includes a first light source located near the image sensor and a second light source located farther from the first light source than the image sensor,
The light source control unit is configured in a predetermined cycle, the first light source and lighting imaging device you characterized in that emit by switching the detection light from the second light source.
前記撮像体で取得した画像から瞳孔画像を抽出する瞳孔画像抽出部と、
前記瞳孔画像抽出部で抽出した瞳孔画像から瞳孔中心を算出する瞳孔中心算出部と、
前記瞳孔画像抽出部で抽出した瞳孔画像から角膜反射光の中心を検出する角膜反射光中心検出部と、
前記瞳孔中心と前記角膜反射光の中心とから前記対象者の視線方向を算出する視線方向算出部と、
を備えることを特徴とする視線検出装置。 The illumination imaging device according to any one of claims 1 to 3 ,
A pupil image extraction unit that extracts a pupil image from an image acquired by the imaging body;
A pupil center calculation unit that calculates the pupil center from the pupil image extracted by the pupil image extraction unit;
A corneal reflection light center detection unit for detecting the center of the corneal reflection light from the pupil image extracted by the pupil image extraction unit;
A line-of-sight direction calculation unit that calculates the line-of-sight direction of the subject from the center of the pupil and the center of the corneal reflected light;
A line-of-sight detection device comprising:
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