JP7239005B2 - コントラスト感度測定装置、コントラスト感度測定方法、およびプログラム - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 （１）開催期間 ２０１８年９月１４日～１６日（公知日：２０１８年９月１４日） 集会名、開催場所 第２７回 視覚障害リハビリテーション研究発表大会 ＩＮ 神戸 神戸国際会議場 ５Ｆ 会議室５０１（神戸市中央区港島中町６－９－１） （２）発行日 ２０１９年１月２０日 刊行物 日本視覚学会２０１９年冬季大会 抄録集 ３ｐ２６ （３）開催期間 ２０１９年５月１７日～２２日（公知日：２０１９年５月１７日） 集会名、開催場所 Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２０１９ １９ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ（ＴｒａｄｅＷｉｎｄｓ Ｉｓｌａｎｄ Ｒｅｓｏｒｔｓ，Ｓｔ．Ｐｅｔｅ Ｂｅａｃｈ，Ｆｌｏｒｉｄａ） （４）開催期間 ２０１９年６月１９日～２２日（公知日：２０１９年６月１９日） 集会名、開催場所 ＩＥＥＥ ＧＥＭ ２０１９（Ｔ Ｙａｌｅ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ａｒｔｓ ＆ Ｍｅｄｉａ １４９ Ｙｏｒｋ Ｓｔｒｅｅｔ Ｎｅｗ Ｈａｖｅｎ，ＣＴ ０６５１１） （５）開催期間 ２０１９年７月２９日～８月１日（公知日：２０１９年７月２９日） 集会名、開催場所 ＡＰＣＶ ２０１９（立命館大学 大阪府茨木市岩倉町２－１５０）

この発明は、画像生成技術に関し、特に、コントラスト感度を測定する技術に関する。

例えば眼病を発見するためなどに、視覚検査が行われている。従来の視覚検査は病院や実験室等で大規模な試験装置を必要とし、気軽に実施することが難しかった。眼病を早期に発見するためには、日常的に自己検査を実施できることが望ましい。そのため、簡易に視覚検査を実施できることが求められている。

視覚検査の一種として、コントラスト感度の測定が行われている。従来のコントラスト感度の測定では、多くの試行の繰り返しを必要とし、時間がかかるため、測定時間の短縮が求められていた（例えば、非特許文献１参照）。時間短縮のために、コントラストが高い画像から低い画像まで複数の画像を同時に提示し、コントラストを視認できる可視域を位置的に指定する測定法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

Lesmes, Luis Andres, et al, "Bayesian Adaptive Estimation of the Contrast Sensitivity Function: The Quick CSF Method," Journal of Vision, vol. 10, no. 3, pp. 1-21, 2010. Mulligan, J. B., "A method for rapid measurement of contrast sensitivity on mobile touch-screens," Human Vision and Electronic Imaging 2016.

しかしながら、非特許文献２の測定法では、コントラストを視認できるか否かの判断が被験者の主観に基づくため、被験者が指定した可視域が、信頼できる回答であるか否かを判断することができない。そのため、コントラスト感度測定の信頼性を高めようとすると、繰り返し測定を行う必要があり、信頼性の高い測定結果を得るためには、時間がかかることになる。

この発明の目的は、上記のような技術的課題に鑑みて、短時間で信頼性の高いコントラスト感度の測定結果を得ることである。

この発明の一態様のコントラスト感度測定装置は、第一の軸に沿った輝度の変化が所定の空間周波数に従うよう各画素の輝度を設定した輝度マップと、第一の軸に直交する第二の軸に沿って一方の端から他方の端へコントラストが漸減し、かつ、コントラストが等しい点を繋いだ等コントラスト線が所定の波形を描くように、各画素のコントラストを設定したコントラストマップとを合成して得られる刺激画像を、表示装置に出力する表示部と、刺激画像上でユーザがなぞった線に属する座標を取得する入力受付部と、各座標に対応するコントラスト値をコントラストマップから取得する反応データ生成部と、コントラスト値に基づいてコントラスト感度を算出する感度算出部と、コントラスト値とコントラスト感度とに基づいてコントラスト感度の信頼度を算出する信頼度算出部と、を含む。

この発明によれば、短時間で信頼性の高いコントラスト感度の測定結果を得ることができる。

図１は、刺激画像の例を示す図である。 図２は、コントラストマップの例を示す図である。 図３は、コントラスト感度測定装置の機能構成を例示する図である。 図４は、刺激画像生成方法の処理手順を例示する図である。 図５は、コントラスト感度測定方法の処理手順を例示する図である。 図６は、実験結果を説明するための図である。 図７は、実験結果を説明するための図である。 図８は、コンピュータの機能構成を例示する図である。

以下、この発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面中において同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

［コントラスト感度測定試験］
まず、本発明のコントラスト感度測定試験を概念的に説明する。本発明のコントラスト感度測定試験では、コントラストが高い部分から低い部分へ徐々に変化する一枚の画像（以下、「刺激画像」とも呼ぶ）をユーザに提示し、ユーザが刺激画像上でコントラストを視認可能な範囲を指定することで、ユーザのコントラスト感度を測定する。図１は、本発明で生成する刺激画像の一例である。図１の刺激画像は、800×600ピクセルの矩形で生成されている。図１の刺激画像は、水平軸（以下、「x軸」とも呼ぶ）方向に単一の空間周波数で輝度が変化し、垂直軸（以下、「y軸」とも呼ぶ）方向に下端から上端へ向かって対数目盛でコントラストが徐々に減少している。このとき、画像下端の画素列のコントラストの変化は所定の波形に従って設定される。これにより、図２に示すように、刺激画像上でコントラストが等しい点を繋いだ線（以下、「等コントラスト線」とも呼ぶ）が、波形を描くように設定される。図２によれば、コントラストが0.5％の点を繋いだ線α、1.0％の点を繋いだ線β、および2.0％の点を繋いだ線γが類似の波形を描きながら上下に並んでいることがわかる。

ユーザは、刺激画像上でコントラストを視認できる可視域の境界線をなぞるよう指示される。実装上はコンピュータ画面に表示された刺激画像上でユーザがマウスやタッチパネルを操作してなぞることが想定される。境界線はユーザが視認可能なコントラストの限界値を表すため、境界線上の各点のコントラストを統計的に処理することによりユーザのコントラスト感度を推定することができる。従来技術では１回の試行で１個の測定結果しか得られないが、この手法では境界線上の１つの点が１回の試行に対応するため、１枚の刺激画像を用いた１回の試行で複数の測定結果を得られる。

例えばユーザのモチベーションが低くて適当になぞっている場合や、機器操作の習熟度が低い場合など、測定結果の信頼性が低いことも想定される。そのため、本手法であっても、測定結果の信頼性を高めるために、複数回の試行を行うことが望ましい。しかしながら、１回の試行で複数の測定結果が得られるため、必要となる試行回数は従来よりも少なく抑えることができる。

また、本発明は、測定結果の信頼性を高める観点で、ユーザのモチベーションを高めたり、機器操作の習熟度等に基づいて測定結果を補正したりする仕組みを、任意に導入することができる。

［実施形態の構成］
以下では、２つの実施形態を説明する。実施形態１は、コントラスト感度測定装置がコントラスト感度の測定に用いる刺激画像を生成する刺激画像生成方法である。実施形態２は、コントラスト感度測定装置が実施形態１の刺激画像生成方法により生成した刺激画像を用いて取得したユーザの反応データからコントラスト感度の測定結果を算出するコントラスト感度測定方法である。

［コントラスト感度測定装置］
実施形態のコントラスト感度測定装置は、コントラスト感度を測定するための刺激画像を生成してユーザに対して提示し、ユーザの入力に基づいてコントラスト感度を算出する情報処理装置である。コントラスト感度測定装置１は、図３に示すように、パラメタ記憶部１０、画像スケール設定部１２、キャリア波形生成部１３、コントラストマップ生成部１４、刺激画像合成部１５、表示部１６、外部表示装置２０、ユーザ入力受付部２１、反応データ生成部２２、感度算出部２３、信頼度算出部２４、および結果出力部２５を備える。コントラスト感度測定装置１は、図３に示すように、観察距離設定部１１をさらに備えていてもよい。このコントラスト感度測定装置１が、図４に示す各ステップの処理を実行することにより、実施形態１の刺激画像生成方法が実現される。また、このコントラスト感度測定装置１が、図５に示す各ステップの処理を実行することにより、実施形態２のコントラスト感度測定方法が実現される。

コントラスト感度測定装置１は、例えば、中央演算処理装置（CPU: Central Processing Unit）、主記憶装置（RAM: Random Access Memory）などを有する公知又は専用のコンピュータに特別なプログラムが読み込まれて構成された特別な装置である。コントラスト感度測定装置１は、例えば、中央演算処理装置の制御のもとで各処理を実行する。コントラスト感度測定装置１に入力されたデータや各処理で得られたデータは、例えば、主記憶装置に格納され、主記憶装置に格納されたデータは必要に応じて中央演算処理装置へ読み出されて他の処理に利用される。コントラスト感度測定装置１は、少なくとも一部が集積回路等のハードウェアによって構成されていてもよい。コントラスト感度測定装置１が備える各記憶部は、例えば、RAM（Random Access Memory）などの主記憶装置、ハードディスクや光ディスクもしくはフラッシュメモリ（Flash Memory）のような半導体メモリ素子により構成される補助記憶装置、またはリレーショナルデータベースやキーバリューストアなどのミドルウェアにより構成することができる。コントラスト感度測定装置１は、具体的には、スマートフォンやタブレットのようなモバイル端末、もしくはデスクトップ型やラップトップ型のパーソナルコンピュータなどの、マウスやタッチパネル等の入力機能とディスプレイまたはプリンター等の出力機能とを備えた情報処理装置である。

［実施形態１：コントラスト感度測定のための刺激画像生成］
以下、図４を参照して、コントラスト感度測定装置１が実行する実施形態１の刺激画像生成方法の処理手続きを説明する。

パラメタ記憶部１０には、刺激画像を生成するために用いる所定のパラメタが記憶されている。具体的には、所定のパラメタには、空間周波数パラメタ、空間周波数測定範囲、およびデバイス特性が予め記憶されている。所定のパラメタには、観察距離を含めてもよい。

空間周波数パラメタは、刺激画像に表示する縞刺激を表す１つ以上の空間周波数である。空間周波数とは、視対象の視野上の位置や距離を三角法により視角で表現した場合において、視角表示の波長の逆数のことをいう。単位はcycle/deg（視覚１度に入る周期の数）である。空間周波数は、固定値であってもよいし、x軸に沿ってFM変調がかかる関数の出力であってもよい。空間周波数パラメタに含まれる空間周波数は予め用意した複数の固定値の配列または関数出力から無作為に選択する。刺激画像を単一の空間周波数で生成する場合、空間周波数パラメタは１つの空間周波数からなり、刺激画像に複数の空間周波数を含むように生成する場合、空間周波数パラメタは複数の空間周波数の配列になる。

空間周波数測定範囲は、人間の視覚特性に鑑みてコントラスト感度を測定する意味がある空間周波数の範囲である。具体的には、例えば下記参考文献１に記載されたコントラスト感度測定実験で測定している空間周波数の範囲である。典型的には空間周波数が0.02～30cycle/degの範囲である。個々人の視覚特性を比較する目的で測定を行うのであれば、0.04～15cycle/degの範囲であれば十分である。

〔参考文献１〕Campbell, F. W., & Robson, J. G., "Application of Fourier analysis to the visibility of gratings," The Journal of physiology, Vol. 197(3), pp. 551-566, 1968.

デバイス特性は、刺激画像を表示する外部表示装置２０の物理的特性である。例えば、外部表示装置２０が一般的な電子機器の表示装置（例えば、液晶ディスプレイ）であれば、表示装置全体の大きさと、その表示装置での１画素の大きさを指す。

観察距離は、ユーザが刺激画像を観察する際のユーザの目と刺激画像との距離を指す。観察距離は、予め定めた固定値を与えてもよいし、観察距離設定部１１を備えて他のパラメタから自動的に算出してもよい。観察距離はユーザに提示され、ユーザはその距離だけ離れた位置から刺激画像を観察するよう指示される。このとき、近接センサや測距計など（図示せず）を用いてユーザの目と外部表示装置２０との距離を計測し、観察距離に近くなるように顔を近付けるか遠ざけるかをユーザに指示してもよい。

観察距離設定部１１は、以下のようにして観察距離を算出する。まず、デバイス特性からそのデバイスで提示可能な波長の範囲を計算する。波長の範囲の下限は１画素の大きさから、上限は全体の大きさから与えられる。次に、ユーザから見てその波長の範囲に対応する空間周波数が空間周波数パラメタと等しくなり、かつ、空間周波数測定範囲に収まる観察距離を三角法で計算する。

外部表示装置２０は、空間周波数測定範囲の刺激画像を表示するのに十分な物理特性を持たなければならない。例えば、画面の横幅が50センチメートルで解像度が1920×1080画素の一般的なパーソナルコンピュータのディスプレイでは、観察距離が48センチメートルのとき、波長２ピクセルで16cycle/degが表示可能な最大の空間周波数となる。

ステップＳ１２において、画像スケール設定部１２は、パラメタ記憶部１０から空間周波数パラメタとデバイス特性と空間周波数測定範囲と観察距離とを読み出し、外部表示装置２０に表示した際に人間が視認し得る範囲の画素単位の波長wと空間周波数fの組を決定する。画像スケール設定部１２は、決定した波長wと空間周波数fの組をキャリア波形生成部１３へ出力する。

ステップＳ１３において、キャリア波形生成部１３は、画像スケール設定部１２から波長wと空間周波数fの組を受け取り、輝度がx軸方向に正弦波状またはFM変調した正弦波状に変化するよう各画素の輝度を設定した二次元画像である輝度マップを生成する。このとき、正弦波の波長は入力された波長wとなり、位相は乱数化すればよい。乱数は、コンピュータ上で計算された疑似乱数またはコンピュータに入力された物理乱数列を元に実数の数値を決定すればよい。他の処理で用いる乱数も同様に生成すればよく、以降では特に説明はしない。刺激画像を複数の空間周波数を含むように生成する場合、各空間周波数の波数が２以上となるように輝度マップを生成する。ここでは、x軸方向に輝度が変化する例を示したが、本発明はこれに限定されず、任意の軸方向に輝度が変化するように輝度マップを生成しても構わない。以下、輝度が変化する軸を「第一の軸」とも呼ぶ。キャリア波形生成部１３は、生成した輝度マップを刺激画像合成部１５へ出力する。

キャリア波形生成部１３は、具体的には、以下のようにして輝度マップを生成する。例えば、単一の空間周波数で輝度マップを生成する場合、wを画素単位の波長とし、rを位相を表す乱数とし、輝度の範囲を０以上１以下と置いたとき、次式により全画素について座標x, yにおける輝度L(x, y)を計算する。

ステップＳ１４において、コントラストマップ生成部１４は、各画素のコントラストを設定した二次元画像であるコントラストマップを生成する。コントラストマップは、y軸方向に下端から上端へコントラストが漸減し、かつ、等コントラスト線が所定の波形を描くように、各画素のコントラストを設定する。ここでは、y軸方向に下端から上端へコントラストが漸減する例を示したが、本発明はこれに限定されず、第一の軸に直交する軸に沿って一方の端から他方の端へコントラストが漸減すればよい。すなわち、例えば、第一の軸がy軸であれば、x軸方向に下端から上端へ（または上端から下端へ）コントラストが漸減すればよいし、第一の軸がx軸であるとき、y軸方向に上端から下端へ（または下端から上端へ）コントラストが漸減してもよい。以下、コントラストが漸減する軸を「第二の軸」とも呼ぶ。コントラストマップ生成部１４は、生成したコントラストマップを刺激画像合成部１５へ出力する。

コントラストマップ生成部１４は、具体的には、下記の定義（１）～（３）を満たすコントラスト算出式により、各画素のコントラストを計算してコントラストマップを生成する。

（１）ある画素のコントラストはy軸下方に隣接する画素のコントラストに対して一定の割合で減少するものとする。このとき、コントラストマップ下端のコントラストは0.1超であり、コントラストマップ上端のコントラストは0.002以下であるものとする。例えば、コントラストマップ下端のコントラストは0.25以上とし、コントラストマップ上端のコントラストは0.001以下とすると好適である。

（２）コントラストマップ下端のコントラストは複合波によって定義される。複合波には少なくとも、波長が画像幅とほぼ等しく振幅が0.5以上である成分（以下「ディップ成分」とも呼ぶ）と、波長が画像幅の1/2～1/8で振幅が0.2程度である成分（以下「小振幅成分」とも呼ぶ）を含む。

（３）コントラストマップ下端のコントラストを定義する波形の位相や波長は乱数により変化させる。ディップ成分の正弦波のピークがコントラストマップのx軸方向両端、または、両端の近傍にかからないよう、位相を360度で除算した際の剰余が0～180度となるようにする。

定義（１）～（３）を満たすコントラスト算出式の一例を以下に示す。例えば、複合波を２つの正弦波で定義したとき、aをy軸方向１画素あたりの変量とし、w₂をディップ成分の波長とし、r₂をディップ成分の位相とする乱数とし、w₁を小振幅成分の波長とし、r₁を小振幅成分の位相とする乱数とし、コントラストの範囲を０以上１以下と置いたとき、次式により全画素について座標x, yにおけるコントラストC(x, y)を計算する。

ここでは、コントラストマップを四角形で生成する方法を説明したが、円形で生成することもできる。その場合、コントラストマップ生成式において、直交座標系の座標x, yをそれぞれ極座標系の偏角φと動径rに読み替えればよい。

ステップＳ１５において、刺激画像合成部１５は、キャリア波形生成部１３から輝度マップを、コントラストマップ生成部１４からコントラストマップを受け取り、輝度マップとコントラストマップとを合成して刺激画像を生成する。具体的には、L(x, y)を座標x, yの輝度マップとし、C(x, y)を座標x, yのコントラストマップとして、次式により全画素について提示刺激I(x, y)を計算する。

ここで、bは１未満の正の定数であり、提示刺激I(x, y)の最大値が外部表示装置２０の表示可能な最大のコントラストとなるようにbを設定する。L(x, y)とC(x, y)は０以上１以下の値を取るため、上式のbを除いた部分は０以上１以下の値を取るが、一般的なディスプレイではコントラストが１の画像は表示できないためである。刺激画像合成部１５は、生成した刺激画像を表示部１６へ出力する。

ステップＳ１６において、表示部１６は、刺激画像合成部１５から刺激画像を受け取り、その刺激画像を外部表示装置２０へ表示する制御を行う。この際、提示刺激が示す電子的な輝度値と外部表示装置２０上の輝度が線形比例するよう、外部表示装置２０を較正するか、表示部１６における処理で較正しなければならない。

［実施形態１の変形例１：なぞり精度測定要素の追加］
本発明が対象とするコントラスト感度測定試験は、コンピュータ画面上でマウスやタッチパネルを操作してコントラストの可視域を選択することを想定している。そのため、ユーザの機器操作の成熟度が測定結果の精度に影響を与えることがあり得る。そこで、ユーザが意図した箇所をどれだけ正確に選択できているか（以下、「なぞり精度」とも呼ぶ）を試行ごとに同時に測定し、測定結果の評価に利用することを考える。

この場合、コントラストマップ生成部１４は、多くの人が境界線として認識するような急激なコントラストの変化（以下、「なぞり精度測定要素」とも呼ぶ）を含むように、コントラストマップを生成する。例えば、図１に示した刺激画像では、画像下端近傍に縦縞模様がはっきりと視認できる部分（破線で囲まれた部分）が存在している。刺激画像になぞり精度測定要素を含める場合、コントラストマップ生成部１４は、具体的には、刺激外周でコントラスト測定のためのなぞりを行わない部分にコントラストが急激に減少する範囲を設け、その減少の開始点を繋いだ線（すなわち、「なぞり精度測定要素」）が曲線を描くようにコントラストマップを設定する。ここで、「急激に減少」とは、ある画素のコントラストがy軸上で隣接する画素のコントラストに対して、定義（１）でいう「一定の割合」の例えば100倍程度の割合で減少することをいう。なぞり精度測定要素は、定義（２）の複合波のうち小振幅成分と同じ範囲の成分を含むものとする。

［実施形態１の変形例２：オーロラの画像生成］
刺激画像合成部１５は、輝度マップとコントラストマップとに加えて、少なくとも夜空を含む背景画像を合成した画像を生成し、その合成画像において輝度の変化に対してオーロラを模した彩色をして刺激画像を生成してもよい。このようにして生成した刺激画像は、夜空にオーロラが出現したかのような画像となる。このような画像を提示することにより、ユーザはゲーム感覚でコントラスト感度測定試験を実施することができ、ユーザのコントラスト感度測定試験の被験に対するモチベーションを高め、試験結果の信頼性を高める効果が期待できる。

［実施形態２：コントラスト感度の測定］
以下、図５を参照して、コントラスト感度測定装置１が実行する実施形態２のコントラスト感度測定方法の処理手続きを説明する。

ステップＳ２０において、外部表示装置２０は、表示部１６の制御により刺激画像合成部１５が生成した刺激画像を表示する。ユーザは提示された刺激画像を観察し、コントラスト感度測定装置１の指示に従って、コントラストを視認できる可視域の境界線をマウスまたはタッチパネルによりなぞる。

ステップＳ２１において、ユーザ入力受付部２１は、刺激画像上でのユーザのなぞり操作を入力として、コントラストを視認できる可視域の境界線を表す座標の配列（以下、「入力データ」とも呼ぶ）を生成する。入力データは、刺激画像上でユーザがなぞった線が通る点のうちx座標が等間隔になるように選択したn個の座標を並べた配列[x₁, y₁, x₂, y₂, …, x_n, y_n]である。ここで、nはなぞり操作を識別する座標の個数を示す。ユーザ入力受付部２１は、生成した入力データを反応データ生成部２２へ出力する。

ユーザ入力受付部２１は、具体的には、まず、x座標を一定の幅に区切り、n個の窓を設定する。窓の幅は、例えばタッチパネル上での平均的な指の幅のピクセル数とする。入力されるタッチまたはクリックされた座標を常時監視し、各窓に対応するy座標の値を、その窓に対応するx座標の値とペアにして記録する。タッチパネル等で選択された画素に幅がある場合には選択されている領域の中心の値を記録すればよい。また、ある窓に対して複数回のタッチまたはクリックが入力された場合には既に記録されている座標を更新する。一度もタッチまたはクリックがない窓については非数（NaN）を指定して区別できるようにする。所定の数の窓に対応する座標を記録する、あるいは、ユーザにより入力完了操作などにより入力完了シグナルが入力されると、それまでに記録した座標を配列にして出力する。

コントラストマップ生成部１４が円形のコントラストマップを生成した場合には、x座標で窓を分割する代わりに、極座標表示における中心からの角度φで窓を取り、中心からの距離rを記録すればよい。

ステップＳ２２において、反応データ生成部２２は、画像スケール生成部１２から空間周波数パラメタを、コントラストマップ生成部１４からコントラストマップを、ユーザ入力受付部２１から入力データ[x₁, y₁, x₂, y₂, …, x_n, y_n]を受け取り、入力データに含まれる各座標に対応するコントラスト感度情報[s₁, s₂, …, s_n]および空間周波数情報[f₁, f₂, …, f_n]（以下、「反応データ」とも呼ぶ）を生成する。ここで、座標x_i, y_i（i=1, 2, …, n）とコントラスト感度情報s_iと空間周波数情報f_iとは、添え字iが等しい場合に対応していることを表す。具体的には、反応データ生成部２２は、入力データに含まれる各座標x_i, y_iについて、コントラストマップを参照してその座標x_i, y_i上で提示していたコントラストをコントラスト感度情報s_iとして取得し、空間周波数パラメタを参照してその座標x_iが含まれる窓上で提示していた空間周波数を空間周波数情報f_iとして取得する。反応データ生成部２２は、生成した反応データを感度算出部２３および信頼度算出部２４へ出力する。

ステップＳ２３において、感度算出部２３は、反応データ生成部２２から反応データを受け取り、周波数帯域ごとに平均コントラスト感度[μ₁, μ₂, …, μ_f]を算出する。感度算出部２３は、算出した平均コントラスト感度[μ₁, μ₂, …, μ_f]を信頼度算出部２４および結果出力部２５へ出力する。

感度算出部２３は、具体的には、以下のように平均コントラスト感度を算出する。まず、人間の視覚処理における空間周波数チャネルの帯域幅に即して波長帯を区切り、反応データに含まれるコントラスト感度情報をグループ分けする。例えば、人間の空間周波数チャネルの帯域幅は±１オクターブ程度であるため、安全率をとって0.5オクターブごとにコントラスト感度情報をグループ分けすればよい。次に、各グループについてコントラスト感度のグループ内幾何平均を計算する。コントラスト感度情報をs_iとし、空間周波数ごとにグループ分けされた後のグループ内のコントラスト感度情報の個数をk_fとして、次式により周波数fのグループ内幾何平均μ_fを算出する。

ステップＳ２４において、信頼度算出部２４は、反応データ生成部２２から反応データを、感度算出部２３から平均コントラスト感度を受け取り、周波数帯域ごとに幾何標準偏差を算出して信頼度[SD₁, SD₂, …, SD_f]を生成する。信頼度算出部２４は、算出した信頼度[SD₁, SD₂, …, SD_f]を結果出力部２５へ出力する。

信頼度算出部２４は、具体的には、以下のように信頼度を算出する。まず、感度算出部２３と同様にコントラスト感度情報をグループ分けし、各グループについてコントラスト感度のグループ内幾何標準偏差を計算する。コントラスト感度情報をs_iとし、グループ内の要素数をnとし、周波数fのグループ内幾何平均をμ_fとして、次式により周波数fのグループ内幾何標準偏差SD_fを算出する。

ステップＳ２４において、結果出力部２５は、感度算出部２３から平均コントラスト感度[μ₁, μ₂, …, μ_f]を、信頼度算出部２４から信頼度[SD₁, SD₂, …, SD_f]を受け取り、平均コントラスト感度[μ₁, μ₂, …, μ_f]と信頼度[SD₁, SD₂, …, SD_f]とを組にして、コントラスト感度の測定結果として出力する。

［実施形態２の変形例１：なぞり精度による補正］
信頼度算出部２４は、ユーザ入力受付部２２の出力が正しいものとして処理を行っていた。しかしながら、実際にはユーザ入力の精度によってユーザの判断以外に起因するばらつきが生じる。ばらつきの発生要因としては、例えば、タッチパネル入力を行う場合のユーザの指の太さや、マウスやタッチパネル等のポイント精度などが考えられる。このようなばらつきを補正するために、刺激画像中になぞり精度測定要素を含めることにより、ユーザのなぞり精度を測定する。

具体的には、まず、ユーザになぞり精度測定要素もなぞらせることで、ユーザ入力受付部２１がユーザの判断基準に依存しにくいなぞり座標情報を得る。次に、結果出力部２５が、なぞり精度測定要素の座標となぞり座標情報とのずれの標準偏差をなぞり精度として求める。最後に、結果出力部２５が、そのなぞり精度で信頼度算出部２４の出力を正規化する。これにより、信頼度からユーザの判断以外に起因するばらつきを除去し、より正確な信頼度を得ることができる。

［実施形態２の変形例２：採否レベルの算出］
信頼度算出部２４が出力する信頼度がまれに現れるような低い信頼度であるとき、対応するコントラスト感度を採択しないように構成してもよい。「まれに現れるような低い信頼度」は、測定の目的に応じた精度に対応する形で決めてよい。例えば、予め収集した信頼度における平均から標準偏差の２倍以上離れた信頼度を閾値とする、というように設定する。

具体的には、結果出力部２５が、各信頼度について、対応するコントラスト感度を採択するか否かを示す採否レベルを算出する。結果出力部２５は、その採否レベルに基づいて採択するコントラスト感度情報のみを出力する。もしくは、コントラスト感度の測定結果に各信頼度に対応する採否レベルを付加して出力してもよい。

［実施形態２の変形例３：回帰式による補正］
信頼度は、操作の習熟度やユーザのモチベーションを反映しているほか、ユーザが「見える」と判断する上での傾向を反映していると考えられる。ユーザが「見える」と判断する上での傾向に基づいてコントラスト感度を補正することで、より厳格な方法で測定したコントラスト感度に近い値を得ることができる。より具体的には、複数の空間周波数で得られたコントラスト感度を特定の方程式にあてはめた場合に推定されるパラメタと信頼度との間の共変関係を求め、共変関係が強いパラメタと信頼度との回帰式に従って信頼度が高いと仮定した場合のコントラスト感度を推定する。

特定の方程式とは、例えば、空間周波数fとコントラスト感度S(f)の関係を近似した次式である。

ここで、f_maxはコントラスト感度が最も良い空間周波数であり、γ_maxは最も良いコントラスト感度であり、β'はそれを含む項が示す放物線における半値幅であり、δは空間周波数が低い領域でのコントラスト感度の下限値である。パラメタとは、例えば、上記の方程式にあてはめた場合にはf_max, γ_max, β', δである。なお、上記の特定の方程式は一例であり、上記の特定の方程式は二次関数で記載しているが、関数もこれに限るものではない。

パラメタと信頼度との共変関係は、例えば、予め多数のコントラスト感度を収集しておき、特定の方程式にあてはめた場合の任意のパラメタと信頼度とから求めることができる。パラメタと信頼度の回帰式は、例えば、ある測定結果を特定の方程式にあてはめた場合の任意の１つのパラメタと、その測定結果の信頼度を直線回帰することで得られる。なお、上記の回帰は一例である。また上記は直線回帰で記載しているが、回帰する関数もこれに限るものではない。

結果出力部２５は、以下のようにして信頼度に対して回帰式による補正を行う。まず、ある測定における信頼度を回帰式に代入して得られるパラメタの予測値と、その測定における実際のパラメタとの差分を得る。次に、信頼度が十分に高い場合のパラメタの予測値にその差分を加算して得た値をパラメタとして特定の方程式に代入して、補正後のコントラスト感度の値を得る。

［実施形態２の変形例４：組み合わせ］
実施形態２の変形例１～３はそれぞれ独立した処理であるため、いずれか１つのみを実装してもよいし、複数を同時に実装してもよい。ただし、複数の変形例を組み合わせて実装する場合には、適用する順番に注意する必要がある。具体的には、変形例１～３の順番で優先的に適用すべきである。例えば変形例１～３をすべて適用する場合には、まず、なぞり精度による補正を行い、その補正後の信頼度に対して採否を判断し、採択する補正後の信頼度のみに対して回帰式による補正を行うべきである。変形例１を優先的に適用することで、なぞり精度の低さによる回答の精度低下を補正し、視覚刺激からの判断の信頼度をより高い精度で評価可能である。変形例３の補正は、信頼度が非常に低い場合には適応できるとは限らないため、そのような計測結果に補正を適用しないために変形例２の採否レベルの算出を先に行う必要がある。

［実験結果］
図６、図７に本発明の効果を示す実験結果を示す。

図６は、本発明でのコントラスト感度測定試験の所要時間を比較したグラフである。本発明では大半が１分強で完了していることがわかる。一方で、非特許文献１では、旧来３０～６０分を要するコントラスト感度測定の時間を短縮し、１０～２０分で測定できるようにしたと主張している。すなわち、本発明によれば、それらいずれの従来技術よりも短時間にコントラスト感度の測定結果が得られる。

図７は、本発明と一般的な視覚検査で得られるコントラスト感度の精度を比較したグラフである。図７では、本発明と一般的な視覚検査で同一の被験者が空間周波数を変えながら複数回の試行を行い、各空間周波数で得られたコントラスト感度をプロットしている。図７からは本発明による測定結果が一般的な視覚検査と同等のコントラスト測定結果が得られたことがわかる。すなわち、本発明によれば、一般的な視覚検査と同等のコントラスト感度の測定結果をより短時間に得られる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計の変更等があっても、この発明に含まれることはいうまでもない。実施の形態において説明した各種の処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。

［プログラム、記録媒体］
上記実施形態で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムを図８に示すコンピュータの記憶部１０２０に読み込ませ、制御部１０１０、入力部１０３０、出力部１０４０などに動作させることにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD-ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶装置に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

Claims (10)

1. 第一の軸に沿った輝度の変化が所定の空間周波数に従うよう各画素の輝度を設定した輝度マップと、上記第一の軸に直交する第二の軸に沿って一方の端から他方の端へコントラストが漸減し、かつ、コントラストが等しい点を繋いだ等コントラスト線が所定の波形を描くように、各画素のコントラストを設定したコントラストマップとを合成して得られる刺激画像を、表示装置に出力する表示部と、
   上記刺激画像上でユーザがなぞった線に属する座標を取得する入力受付部と、
   上記各座標に対応するコントラスト値を上記コントラストマップから取得する反応データ生成部と、
   上記コントラスト値に基づいてコントラスト感度を算出する感度算出部と、
   上記コントラスト値と上記コントラスト感度とに基づいて上記コントラスト感度の信頼度を算出する信頼度算出部と、
   を含むコントラスト感度測定装置。
2. 請求項１に記載のコントラスト感度測定装置であって、
   上記コントラストマップは、上記等コントラスト線が第一の波と上記第一の波より波長および振幅が大きい第二の波とを合成した複合波となるように生成されている、
   コントラスト感度測定装置。
3. 請求項１または２に記載のコントラスト感度測定装置であって、
   上記感度算出部は、上記コントラスト値の幾何平均を上記コントラスト感度として算出するものであり、
   上記信頼度算出部は、上記コントラスト値の幾何標準偏差を上記信頼度として算出するものである、
   コントラスト感度測定装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のコントラスト感度測定装置であって、
   上記コントラスト感度に上記信頼度を付加して出力する結果出力部をさらに有し、
   上記コントラストマップは、上記第二の軸に沿って上記他方の端から上記一方の端へコントラストが急激に減少するなぞり要素測定要素を含むように生成されており、
   上記結果出力部は、上記なぞり要素測定要素と上記座標とに基づいて算出したなぞり精度により上記信頼度を正規化するものである、
   コントラスト感度測定装置。
5. 請求項１から３のいずれかに記載のコントラスト感度測定装置であって、
   上記コントラスト感度に上記信頼度を付加して出力する結果出力部をさらに有し、
   上記結果出力部は、上記信頼度と予め収集した信頼度の分布における平均との距離に基づいて上記コントラスト感度を採択するか否かを判定するものである、
   コントラスト感度測定装置。
6. 請求項１から３のいずれかに記載のコントラスト感度測定装置であって、
   上記コントラスト感度に上記信頼度を付加して出力する結果出力部をさらに有し、
   上記結果出力部は、上記信頼度から空間周波数とコントラスト感度との関係を表す所定の方程式のパラメタを推定し、信頼度が高い場合の上記パラメタを用いた上記方程式に上記信頼度を代入して上記コントラスト感度を補正するものである、
   コントラスト感度測定装置。
7. 請求項４に記載のコントラスト感度測定装置であって、
   上記結果出力部は、上記信頼度と予め収集した信頼度の分布における平均との距離に基づいて上記コントラスト感度を採択するか否かを判定するものである、
   コントラスト感度測定装置。
8. 請求項４または５に記載のコントラスト感度測定装置であって、
   上記結果出力部は、上記信頼度から空間周波数とコントラスト感度との関係を表す所定の方程式のパラメタを推定し、信頼度が高い場合の上記パラメタを用いた上記方程式に上記信頼度を代入して上記コントラスト感度を補正するものである、
   コントラスト感度測定装置。
9. 表示部が、第一の軸に沿った輝度の変化が所定の空間周波数に従うよう各画素の輝度を設定した輝度マップと、上記第一の軸に直交する第二の軸に沿って一方の端から他方の端へコントラストが漸減し、かつ、コントラストが等しい点を繋いだ等コントラスト線が所定の波形を描くように、各画素のコントラストを設定したコントラストマップとを合成して得られる刺激画像を、表示装置に出力し、
   入力受付部が、上記刺激画像上でユーザがなぞった線に属する座標を取得し、
   反応データ生成部が、上記各座標に対応するコントラスト値を上記コントラストマップから取得し、
   感度算出部が、上記コントラスト値に基づいてコントラスト感度を算出し、
   信頼度算出部が、上記コントラスト値と上記コントラスト感度とに基づいて上記コントラスト感度の信頼度を算出する、
   コントラスト感度測定方法。
10. 請求項１から８のいずれかに記載のコントラスト感度測定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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