JP7136875B2 - 眼の特徴を用いる眼ポーズ識別 - Google Patents
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Description
本願は、2015年10月16日に出願され、“EYE POSE IDENTIFICATION USING EYE FEATURES”と題された米国仮出願第62/242,838号に対する35 U.S.C. § 119(e)のもとでの優先権の利益を主張するものであり、該米国仮出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
(分野)
本開示は、概して、眼画像を処理するためのシステムおよび方法に関する。
人間の虹彩は、バイオメトリック情報の源として使用されることができる。バイオメトリック情報は、個人の認証または識別を提供することができる。広くバイオメトリックテンプレートと呼ばれる、バイオメトリック情報を抽出するプロセスは、典型的には、多くの課題を有する。
(項目1)
眼画像を処理するための方法であって、前記方法は、
ハードウェアコンピュータプロセッサの制御下で、
前記眼の瞳孔および縁郭境界を取得するために、眼画像内の眼の虹彩をセグメント化するステップと、
前記眼の瞳孔および縁郭境界を使用して、第1の眼ポーズ測定値の2つの角座標を判定するステップと
前記眼の虹彩特徴を識別するステップと、
前記識別された虹彩特徴を使用して、前記第1の眼ポーズ測定値の第3の角座標を判定するステップと、
画像の表示またはバイオメトリック用途のために、前記第1の眼ポーズ測定値を利用するステップと、
を含む、方法。
(項目2)
前記眼の虹彩特徴を識別するステップは、前記虹彩特徴に関する記述子を判定するステップを含み、前記記述子は、前記虹彩特徴の数値表現を含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記第3の角座標を判定するステップは、特徴ベースの追跡技法、コードベースの追跡技法、またはそれらの組み合わせを使用して、前記第3の角座標を判定するステップを含む、項目1に記載の方法。
(項目4)
前記第3の角座標を判定するステップは、少なくとも部分的に、前記虹彩特徴に基づいて、前記眼画像と基準眼画像との間のホモグラフィを判定するステップを含む、項目1に記載の方法。
(項目5)
前記第3の角座標を判定するステップは、少なくとも部分的に、前記虹彩特徴に基づいて、前記眼画像から生成される虹彩コードと基準眼画像から生成される虹彩コードとの間の偏移を判定するステップを含む、項目1-4のうちのいずれか1項に記載の方法。
(項目6)
前記虹彩特徴は、異なるテクスチャ、前記虹彩内のパターン、または前記虹彩のキーポイントを伴う虹彩の面積を含む、項目1に記載の方法。
(項目7)
前記第1の眼ポーズ測定値は、ユーザの第1の眼に関して判定され、第2の眼ポーズ測定値は、前記ユーザの第2の眼に関して判定され、前記第1の眼ポーズ測定値および前記第2の眼ポーズ測定値の平均が、前記ユーザの眼ポーズの単一の推定値として使用される、項目1に記載の方法。
(項目8)
ヘッドマウントディスプレイシステムであって、
眼画像を捕捉するように構成される、画像捕捉デバイスと、
ハードウェアプロセッサであって、
前記画像捕捉デバイスから前記眼画像を受信することと、
少なくとも部分的に、前記眼画像に基づいて、前記眼のピッチおよびヨーを判定することと、
少なくとも部分的に、前記眼画像内の眼特徴に基づいて、前記眼のロールを判定することと、
少なくとも部分的に、前記ピッチ、前記ヨー、および前記ロールに基づいて、前記眼画像の眼ポーズを判定することと
を行うようにプログラムされる、ハードウェアプロセッサと、
を備える、ヘッドマウントディスプレイシステム。
(項目9)
前記眼のロールを判定するために、前記ハードウェアプロセッサは、前記眼画像と基準眼画像との間のホモグラフィを判定するようにプログラムされる、項目8に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。
(項目10)
前記眼のロールを判定するために、前記ハードウェアプロセッサは、前記眼画像の極座標表現を利用するようにプログラムされる、項目8に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。
(項目11)
前記眼のロールを判定するために、前記ハードウェアプロセッサは、前記眼画像の虹彩コードを基準眼画像からの虹彩コードと比較するようにプログラムされる、項目8に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。
(項目12)
前記ハードウェアプロセッサはさらに、前記眼画像の眼ポーズを使用して、前記眼のバイオメトリックデータを判定するようにプログラムされる、項目8に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。
(項目13)
前記眼特徴は、虹彩特徴を含み、前記虹彩特徴は、前記虹彩内のテクスチャ、パターン、またはキーポイントを含む、項目8に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。
(項目14)
前記眼特徴は、強膜特徴を含み、前記強膜特徴は、血管を含む、項目8-13のうちのいずれか1項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。
(項目15)
前記プロセッサはさらに、前記眼画像内の前記眼の虹彩をセグメント化するようにプログラムされる、項目8に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。
(項目16)
ヘッドマウントディスプレイ(HMD)の動作におけるエラーを検出するための方法であって、前記方法は、
ハードウェアコンピュータプロセッサの制御下で、
前記HMDの装着者の第1の眼の第1のロール角を判定するステップと、
前記HMDの装着者の第2の眼の第2のロール角を判定するステップと、
少なくとも部分的に、前記第1のロール角および前記第2のロール角の比較に基づいて、前記ヘッドマウントディスプレイ動作の動作におけるエラーを検出するステップと、
を含む、方法。
(項目17)
前記ヘッドマウントディスプレイの動作におけるエラーを検出するステップは、前記第1のロール角と前記第2のロール角との間の差異が、あるエラー閾値を超えることを判定するステップを含む、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記検出されたエラーに基づいて、エラー信号を生成するステップをさらに含む、項目16に記載の方法。
(項目19)
前記ヘッドマウントディスプレイ動作の動作におけるエラーを検出するステップは、前記複数の眼画像内のロール角に関する平均値を追跡するステップを含む、項目16に記載の方法。
(項目20)
前記第1のロール角を判定するステップまたは前記第2のロール角を判定するステップは、特徴ベースの追跡技法、コードベースの追跡技法、またはそれらの組み合わせを使用して、前記第1のロール角を判定するステップまたは前記第2のロール角を判定するステップを含む、項目16-19のうちのいずれか1項に記載の方法。
眼からバイオメトリック情報を抽出するステップは、概して、眼画像内の虹彩のセグメント化に関するプロシージャを含む。虹彩セグメント化は、虹彩の瞳孔および縁郭境界を見出すステップ、上眼瞼または下眼瞼が虹彩を閉塞する場合、それらを位置特定するステップ、睫毛、陰影、または反射の閉塞を検出および除外するステップ等を含む、虹彩境界を位置特定するステップを含む動作を伴うことができる。例えば、眼画像は、顔の画像内に含まれることができる、または眼周囲領域の画像であり得る。虹彩セグメント化を実施するために、瞳孔(虹彩の内部境界)および縁郭(虹彩の外部境界)の両方の境界が、画像データの別個のセグメントとして識別されることができる。
(眼の実施例)
図1は、眼瞼104、強膜108、虹彩112、および瞳孔116を伴う、眼100の画像を図示する。曲線116aは、瞳孔116と虹彩112との間の瞳孔境界を示し、曲線112aは、虹彩112と強膜108(眼の「白眼」)との間の縁郭境界を示す。眼瞼104は、上眼瞼104aと、下眼瞼104bとを含む。眼100は、自然静止ポーズ(例えば、ユーザの顔および注視の両方が、それらがユーザの直前の遠隔の物体に向かうであろうように配向される)において図示される。眼100の自然静止ポーズは、自然静止方向120によって示されることができ、これは、自然静止ポーズにあるとき、眼100の表面に直交する(例えば、図1に示される眼100に対する平面から真っ直ぐな)方向であり、本実施例では、瞳孔116内の中心に置かれる。
(特徴ベースの追跡を用いた眼ポーズ識別の実施例)
図2A-2Bは、虹彩特徴を使用する例示的眼ポーズ識別システムを図式的に図示する。より具体的には、図2A-2Bは、眼ポーズ識別に関する特徴ベースの追跡技法を図示する。描写される実施例は、セグメント化された虹彩を示す。図2Aに描写されるように、虹彩特徴124aが、虹彩112および瞳孔116を伴う眼内に識別される。曲線116aは、瞳孔116と虹彩112との間の瞳孔境界を示し、曲線112aは、虹彩112と強膜との間の縁郭境界を示す。上記に説明されるように、虹彩特徴124aは、例えば、セグメント化された虹彩の面積から算出されるような数値表現と関連付けられることができる。
(コードベースの追跡を用いた眼ポーズ識別の実施例)
図3A-3Bは、眼の眼ポーズを識別するための虹彩コード識別技法の実施例を図式的に図示する。本実施例は、図1の虹彩特徴124a等の虹彩特徴を使用するコードベースの追跡技法を図示する。図3Aに描写されるように、静止ポーズにおける(例えば、真っ直ぐ正面を見る)眼の画像304aが、虹彩特徴124a1を含むことができる。図3Bに描写されるように、画像304bは、量308aだけの眼のロール角の変化を示し、これは、画像304b内の虹彩特徴124a1を、静止ポーズ画像304a1のその角度位置に対して角度偏移させる。例えば、画像304a内の虹彩特徴124a1は、角度308aだけ角度位置において偏移され、画像304b内で偏移された虹彩特徴124a2として出現する。画像304bは、静止視点から(例えば、眼が真っ直ぐ正面を見ているように)示され、これは、上記に説明されるヨーおよびピッチ角を使用して達成されることができる。
(例示的眼ポーズ推定ルーチン)
図4は、上記に説明されるFBTおよびCBT技法の実施形態を使用して眼ポーズを測定するための例証的ルーチン400のフロー図400である。ルーチン400は、ブロック404において開始される。ブロック408において、眼画像が、受信される。眼画像は、限定ではないが、画像捕捉デバイス、ヘッドマウントディスプレイシステム、サーバ、非一過性コンピュータ可読媒体、またはクライアントコンピューティングデバイス(例えば、スマートフォン)を含む、種々の源から受信されることができる。
(ヘッドマウントディスプレイエラー回転ルーチンの実施例)
種々の実施形態では、装着者の頭部に対するヘッドマウントディスプレイの回転を判定するためのルーチンが、(眼ポーズが虹彩特徴から識別される)ルーチン400と同様に実施されることができる。典型的には、装着者の各眼の角度ロールは、実質的に同一である。ウェアラブルヘッドマウントディスプレイの場合では、装着者の頭部に対するHMDの回転は、装着者の眼毎に多少異なる眼ロールをもたらし得る。故に、眼毎の角度ロール測定値がある閾値を上回って異なる場合、エラー信号が、エラーがウェアラブルヘッドマウントディスプレイに起きたことを示すために生成されることができる。例えば、種々の実施形態では、閾値は、1~5度、5~10度、またはある他の回転量であり得る。
(眼ポーズ識別の例示的用途)
眼ポーズ識別を使用するシステムおよび方法は、ビデオ画像の文脈内で対処されると、画像処理における古典的問題の多くが改善されることを可能にする。加えて、新しい問題が、対処されることができる。例えば、眼ポーズ識別は、ビデオからの画像分類(例えば、眼の虹彩を識別すること)のために、およびビデオの1つまたはそれを上回るフレーム内の具体的物体タイプ(例えば、上眼瞼の場所)の位置特定のために使用されることができる。別の実施例として、眼ポーズ識別は、眼追跡の用途(例えば、眼の配向または方向を判定すること)のためにビデオに適用されることができる。
(眼ポーズ識別を使用する例示的ウェアラブルディスプレイシステム)
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、ウェアラブルであり得、これは、有利なこととして、より没入型の仮想現実(VR)、拡張現実(AR)、または複合現実(MR)体験を提供し得、デジタル的に再現された画像またはその一部が、それらが現実のように見える、または現実として知覚され得る様式で装着者に提示される。
(付加的側面)
本明細書に説明される眼ポーズ識別技法は、(例えば、ビデオフレームからの)画像に適用されることができる。眼ポーズ識別は、眼の画像を処理するための単一のプロセスおよび/または方法論としてともに見なされることができる。
(結論)
本明細書に説明される、および/または添付される図に描写されるプロセス、方法、およびアルゴリズムはそれぞれ、具体的かつ特定のコンピュータ命令を実行するように構成される、1つまたはそれを上回る物理的コンピューティングシステム、ハードウェアコンピュータプロセッサ、特定用途向け回路、および/または電子ハードウェアによって実行される、コードモジュールにおいて具現化され、それによって完全または部分的に自動化され得る。例えば、コンピューティングシステムは、具体的コンピュータ命令とともにプログラムされた汎用コンピュータ(例えば、サーバ)または専用コンピュータ、専用回路等を含むことができる。コードモジュールは、実行可能プログラムにコンパイルおよびリンクされ得る、動的リンクライブラリ内にインストールされ得る、または解釈されるプログラミング言語において書き込まれ得る。いくつかの実装では、特定の動作および方法が、所与の機能に特有の回路によって実施され得る。
Claims (29)
- ヘッドマウントディスプレイ(HMD)システムであって、
少なくとも前記HMDシステムの装着者の第1の眼の第1の眼画像および前記HMDシステムの前記装着者の第2の眼の第2の眼画像を捕捉するように構成される1つ以上の画像捕捉デバイスと、
ハードウェアプロセッサと
を備え、
前記ハードウェアプロセッサは、
少なくとも前記第1の眼画像に基づいて、前記HMDシステムの前記装着者の前記第1の眼の第1のロール角を判定することであって、前記第1のロール角は、前記第1の眼の第1の瞳孔の中心平面に直交する第1の光軸の周りの前記第1の眼の回転に対応する、ことと、
少なくとも前記第2の眼画像に基づいて、前記HMDシステムの前記装着者の前記第2の眼の第2のロール角を判定することであって、前記第2のロール角は、前記第2の眼の第2の瞳孔の中心平面に直交する第2の光軸の周りの前記第2の眼の回転に対応する、ことと、
前記第1のロール角と前記第2のロール角との間の不一致に少なくとも部分的に基づいて、前記HMDシステムの動作におけるエラーを検出することと
を行うようにプログラムされる、HMDシステム。 - 前記HMDシステムの動作におけるエラーを検出することは、前記第1のロール角と前記第2のロール角との間の差異がエラー閾値を超えることを判定することを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記エラー閾値は、1度~10度の間の範囲内にある、請求項2に記載のシステム。
- 前記ハードウェアプロセッサは、前記検出されたエラーに基づいてエラー信号を生成するようにさらにプログラムされる、請求項1に記載のシステム。
- 前記エラー信号は、前記HMDシステムの前記装着者に表示される、請求項4に記載のシステム。
- 前記HMDシステムの動作におけるエラーを検出することは、複数の眼画像内のロール角に関する平均値を追跡することを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のロール角を判定することまたは前記第2のロール角を判定することは、特徴ベースの追跡技法、コードベースの追跡技法、またはそれらの組み合わせを使用して、前記第1のロール角を判定することまたは前記第2のロール角を判定することを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記ハードウェアプロセッサは、前記第1のロール角および前記第2のロール角の比較を使用して騒音抑制を測定するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記動作におけるエラーは、前記HMDシステムが前記装着者の頭部に対して回転させられていることを含む、請求項1に記載のシステム。
- 動作におけるエラーを検出することは、角度測定値のロール寸法の単一の推定値として前記第1のロール角および前記第2のロール角の平均値を判定することを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のロール角または前記第2のロール角は、前記眼の視軸を補正するために測定される、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のロール角を判定することおよび前記第2のロール角を判定することは、前記第1の眼および前記第2の眼が中立位置にあるときに実行される、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のロール角を判定することおよび前記第2のロール角を判定することは、前記第1の眼および前記第2の眼が中立位置とは異なる注視位置にあるときに実行される、請求項1に記載のシステム。
- 前記ハードウェアプロセッサは、
前記第1の眼の操向筋肉の自然作用の結果としての前記第1の眼の第1の予期されるロールを前記第1のロール角から減算することと、
前記第2の眼の操向筋肉の自然作用の結果としての前記第2の眼の第2の予期されるロールを前記第2のロール角から減算することと
を行うようにプログラムされる、請求項13に記載のシステム。 - ヘッドマウントディスプレイ(HMD)の動作におけるエラーを検出するための方法であって、前記方法は、
ハードウェアコンピュータプロセッサの制御下で、
前記HMDの装着者の第1の眼の第1の眼画像および前記HMDの前記装着者の第2の眼の第2の眼画像を捕捉することと、
前記第1の眼画像に基づいて、前記HMDの前記装着者の前記第1の眼の第1のロール角を判定することであって、前記第1のロール角は、前記第1の眼の第1の瞳孔の中心平面に直交する第1の光軸の周りの前記第1の眼の回転に対応する、ことと、
前記第2の眼画像に基づいて、前記HMDの前記装着者の前記第2の眼の第2のロール角を判定することであって、前記第2のロール角は、前記第2の眼の第2の瞳孔の中心平面に直交する第2の光軸の周りの前記第2の眼の回転に対応する、ことと、
前記第1のロール角と前記第2のロール角との間の不一致に少なくとも部分的に基づいて前記HMDの動作におけるエラーを検出することと
を実行することを含む、方法。 - 前記ヘッドマウントディスプレイの動作におけるエラーを検出することは、前記第1のロール角と前記第2のロール角との間の差異がエラー閾値を超えることを判定することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記エラー閾値は、1度~10度の間の範囲内にある、請求項16に記載の方法。
- 前記検出されたエラーに基づいてエラー信号を生成することをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記ヘッドマウントディスプレイ動作の動作におけるエラーを検出することは、複数の眼画像内のロール角に関する平均値を追跡することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第1のロール角を判定することまたは前記第2のロール角を判定することは、特徴ベースの追跡技法、コードベースの追跡技法、またはそれらの組み合わせを使用して、前記第1のロール角を判定することまたは前記第2のロール角を判定することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第1のロール角および前記第2のロール角の比較を使用して騒音抑制を測定することをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記動作におけるエラーは、前記HMDが前記装着者の頭部に対して回転させられていることを含む、請求項15に記載の方法。
- 動作におけるエラーを検出することは、角度測定値のロール寸法の単一の推定値として前記第1のロール角および前記第2のロール角の平均値を判定することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第1のロール角または前記第2のロール角は、前記眼の視軸を補正するために測定される、請求項15に記載の方法。
- 前記第1のロール角を判定することおよび前記第2のロール角を判定することは、前記第1の眼および前記第2の眼が中立位置にあるときに実行される、請求項15に記載の方法。
- 前記第1のロール角を判定することおよび前記第2のロール角を判定することは、前記第1の眼および前記第2の眼が中立位置とは異なる注視位置にあるときに実行される、請求項15に記載の方法。
- 前記第1の眼の操向筋肉の自然作用の結果としての前記第1の眼の第1の予期されるロールを前記第1のロール角から減算することと、
前記第2の眼の操向筋肉の自然作用の結果としての前記第2の眼の第2の予期されるロールを前記第2のロール角から減算することと
をさらに含む、請求項26に記載の方法。 - 前記第1の眼の前記第1のロール角は、前記第1の眼の基準画像内の虹彩特徴の基準場所と前記第1の眼画像内の前記虹彩特徴の場所との間の差異に基づいて判定される、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の眼の前記第1のロール角を判定することは、前記第1の眼の基準画像内の虹彩特徴の基準場所と前記第1の眼画像内の前記虹彩特徴の場所との間の差異を判定することを含む、請求項15に記載の方法。
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