JPH02121620A - 注視方向検出装置 - Google Patents
注視方向検出装置Info
- Publication number
- JPH02121620A JPH02121620A JP63273250A JP27325088A JPH02121620A JP H02121620 A JPH02121620 A JP H02121620A JP 63273250 A JP63273250 A JP 63273250A JP 27325088 A JP27325088 A JP 27325088A JP H02121620 A JPH02121620 A JP H02121620A
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- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 claims abstract description 32
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 102100023413 GRB2-related adapter protein Human genes 0.000 description 1
- 101000829735 Homo sapiens GRB2-related adapter protein Proteins 0.000 description 1
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 1
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- Eye Examination Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、入力装置操作時における操作者の注視方向
を検出する装置に関するものである。
を検出する装置に関するものである。
（従来の技術）
注視方向を検出する従来の装置（通称：アイカメラ）を
使用する際、操作者は、アイカメラを内蔵したヘルメッ
トを装着する。このアイカメラは、左右の眼球を照明す
る発光素子、角膜球面で反射される発光素子の反射光を
撮影するためのカメラ、操作者の視野領域を撮影するた
めの視野カメラおよびハーフミラ−等の光学系構成部品
等からなる。アイカメラによる注視位置検出原理は、光
源が角膜球面で反射し、カメラ内の受光素子に入射する
際の反射位置座標と操作者が基準点を注視した時の光源
の反射位置座標の差から求める。
使用する際、操作者は、アイカメラを内蔵したヘルメッ
トを装着する。このアイカメラは、左右の眼球を照明す
る発光素子、角膜球面で反射される発光素子の反射光を
撮影するためのカメラ、操作者の視野領域を撮影するた
めの視野カメラおよびハーフミラ−等の光学系構成部品
等からなる。アイカメラによる注視位置検出原理は、光
源が角膜球面で反射し、カメラ内の受光素子に入射する
際の反射位置座標と操作者が基準点を注視した時の光源
の反射位置座標の差から求める。
従来のアイカメラではこのようにヘルメットを装着する
必要があるため、次のような問題がある。まず、ヘルメ
ットは、各種部品を内蔵しているためその重量が数百グ
ラムと重い。このため、長時間にわたって装置を使用す
る場合、ヘルメットの固定位置がずれ、視線方向の検出
に誤差が生じる欠点がある。また、装置の重量が大きい
ため、操作者に大きな負担がかかつていた。
必要があるため、次のような問題がある。まず、ヘルメ
ットは、各種部品を内蔵しているためその重量が数百グ
ラムと重い。このため、長時間にわたって装置を使用す
る場合、ヘルメットの固定位置がずれ、視線方向の検出
に誤差が生じる欠点がある。また、装置の重量が大きい
ため、操作者に大きな負担がかかつていた。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、ヘルメットの装着を不要とし、かつ操作者の注視方
向を非接触、かつ高精度に得ることができる注視方向検
出装置を提供することを目的とする。
で、ヘルメットの装着を不要とし、かつ操作者の注視方
向を非接触、かつ高精度に得ることができる注視方向検
出装置を提供することを目的とする。
この発明にかかる注視方向検出装置は、操作者の眼球を
照明する光源と、操作者の眼球を撮影するカメラと、眼
球の角膜球面部における光源のカメラ内における反射位
置座標を検出する反射位置検出部と、複数の反射位置座
標から３次元空間内における角膜球面部の角膜球中心の
位置座標を得、この角膜球中心の位置座標の軌跡がなす
曲線部分の回転中心を眼球中心とし、この眼球中心と角
膜球中心を結ぶ直線方向を、操作者の注視方向として検
出するデータ解析部とからなるものである。
照明する光源と、操作者の眼球を撮影するカメラと、眼
球の角膜球面部における光源のカメラ内における反射位
置座標を検出する反射位置検出部と、複数の反射位置座
標から３次元空間内における角膜球面部の角膜球中心の
位置座標を得、この角膜球中心の位置座標の軌跡がなす
曲線部分の回転中心を眼球中心とし、この眼球中心と角
膜球中心を結ぶ直線方向を、操作者の注視方向として検
出するデータ解析部とからなるものである。
この発明においては、操作者の眼球を照射する光源を操
作者の前方に設置し、操作者の眼球の角膜球面部におけ
る光源の反射像を、操作者の前方に配置したカメラで撮
影し、カメラ内に装着した反射位置検出部により角膜球
中心の位置座標とその軌跡を求めることにより操作者の
注視方向を検出する。
作者の前方に設置し、操作者の眼球の角膜球面部におけ
る光源の反射像を、操作者の前方に配置したカメラで撮
影し、カメラ内に装着した反射位置検出部により角膜球
中心の位置座標とその軌跡を求めることにより操作者の
注視方向を検出する。
第１図はこの発明による注視方向検出装置の構成の一実
施例を示す。同図において、１は操作者の眼球、２は角
膜球面部、３＋ 、３２．３３は光源（総称するときは
単に３という。以下の他の番号についても同様とする。
施例を示す。同図において、１は操作者の眼球、２は角
膜球面部、３＋ 、３２．３３は光源（総称するときは
単に３という。以下の他の番号についても同様とする。
）、４は前記光源３の駆動部、５は前記光源３の角膜球
面部２における反射像、６は眼球撮影用のカメラ、７は
受光素子、８は前記カメラ６の自動焦点調節部、９は前
記カメラ６の自動首振り調節部、１０は中央制御部、１
１は前記光源３の反射位置検出部、１２はデータ解析部
である。
面部２における反射像、６は眼球撮影用のカメラ、７は
受光素子、８は前記カメラ６の自動焦点調節部、９は前
記カメラ６の自動首振り調節部、１０は中央制御部、１
１は前記光源３の反射位置検出部、１２はデータ解析部
である。
この装置の構成ならびに機能を説明する。
■ ３個の光源３１〜３３を操作者の前方に置き、操作
者の眼球１を照明する。光源３１〜３３は、操作者の眼
球１の角膜球面部２において反射像５を形成する。カメ
ラ６は、視野内に３信の光源３１〜３３の反射像５を得
る位置に配置し、光源３１〜３．の反射像５を撮影する
。なお、カメラ６および光源３１〜３３の位置は、Ｃ［
Ｘ、 。
者の眼球１を照明する。光源３１〜３３は、操作者の眼
球１の角膜球面部２において反射像５を形成する。カメ
ラ６は、視野内に３信の光源３１〜３３の反射像５を得
る位置に配置し、光源３１〜３．の反射像５を撮影する
。なお、カメラ６および光源３１〜３３の位置は、Ｃ［
Ｘ、 。
Ｙｃ、ＺｃコおよびＫｌ ［ＸＫ１． ＹＫｌ、 Ｚ
Ｋｌｌ。
Ｋｌｌ。
Ｋ２ ［ＸＫ２． ＹＫ２． ＸＫ２コ 、
Ｋ３ ［ＸＫ３． ＹＫ３゜ＸＫ３コであり固
定とする。
Ｋ３ ［ＸＫ３． ＹＫ３゜ＸＫ３コであり固
定とする。
■ 各光源３．〜３３を駆動部４を用いて一定時間間隔
ごとに順次点燈する。カメラ６内の受光素子７は、光源
３１〜３．の反射位置座標に対応した電圧を発生する。
ごとに順次点燈する。カメラ６内の受光素子７は、光源
３１〜３．の反射位置座標に対応した電圧を発生する。
■ 反射位置検出部１１は、各光源３、〜３３の発光に
同期して受光素子７から得られるＸおよびＹ方向の電圧
信号をカメラ６の視野内の位置座標ｉ １［＞Ｃ１１，
３／ｌ＋］ ＋ ｉｘ ［Ｘ ｔｚ 、 ｙ１２
］ ＋ｊ ３ ［Ｘ ＩＩ ’ｊ １３］に変換する
。各光源３、〜３３の発光周期は、掻く短い時間（数１
０マイクロ秒）であり、各光源３Ｉ〜３３を一巡する時
間は、目視動作時間（２００〜６００ミリ秒）に比べて
同一時刻と見なせる。
同期して受光素子７から得られるＸおよびＹ方向の電圧
信号をカメラ６の視野内の位置座標ｉ １［＞Ｃ１１，
３／ｌ＋］ ＋ ｉｘ ［Ｘ ｔｚ 、 ｙ１２
］ ＋ｊ ３ ［Ｘ ＩＩ ’ｊ １３］に変換する
。各光源３、〜３３の発光周期は、掻く短い時間（数１
０マイクロ秒）であり、各光源３Ｉ〜３３を一巡する時
間は、目視動作時間（２００〜６００ミリ秒）に比べて
同一時刻と見なせる。
■ カメラ６の自動焦点調節部８は、始め焦点路Ｉ！ｆ
ｆ ｆを短く（画角を広角）して操作者の顔面をカバー
するように撮影し、光源３．〜３３の反射像５の位置座
標ｉＩ＋ １２＋ ｔ＝を検出する。次いで、焦点
路ｉｌｆを拡大してズームアツプし、拡大画像を得、各
光源３．〜３３の反射像５の位置座標ｉ＋ ［ｘ＋
＋、 ｙｓ＋コ 、 ｔ２ ［Ｘ １２ 、
ｙＩ２］ｉ ３ ［Ｘ ｒｓ＋ ｙｒ＋１を精度
高く測定する。この時の焦点距離をｆｏとする。ズーム
アツプに際しては、光源３．〜３．の反射像５がカメラ
６の視野内にあるように、カメラ６の自動首振り調節部
９を調節する。カメラ６の光軸は、操作者が正面を向い
た時の方向を基準として設定した光軸とα度、およびβ
度をなす。
ｆ ｆを短く（画角を広角）して操作者の顔面をカバー
するように撮影し、光源３．〜３３の反射像５の位置座
標ｉＩ＋ １２＋ ｔ＝を検出する。次いで、焦点
路ｉｌｆを拡大してズームアツプし、拡大画像を得、各
光源３．〜３３の反射像５の位置座標ｉ＋ ［ｘ＋
＋、 ｙｓ＋コ 、 ｔ２ ［Ｘ １２ 、
ｙＩ２］ｉ ３ ［Ｘ ｒｓ＋ ｙｒ＋１を精度
高く測定する。この時の焦点距離をｆｏとする。ズーム
アツプに際しては、光源３．〜３．の反射像５がカメラ
６の視野内にあるように、カメラ６の自動首振り調節部
９を調節する。カメラ６の光軸は、操作者が正面を向い
た時の方向を基準として設定した光軸とα度、およびβ
度をなす。
■ データ解析部１２は、３次元空間におけるカメラ６
および光源３の設定位置、自動首振り調節部９から得ら
れるカメラ６の光軸方向、自動焦点調節部８より得られ
る焦点距離ｆ０、および各光源３の反射像５のカメラ６
内の位置座標データ１１＋１２＋ ｔ３をもとに操作
者の角膜球中心の位置Ｏｓ＋ ［Ｘｓ＋、 Ｙｓ＋、
Ｚｓ＋］を検出する。
および光源３の設定位置、自動首振り調節部９から得ら
れるカメラ６の光軸方向、自動焦点調節部８より得られ
る焦点距離ｆ０、および各光源３の反射像５のカメラ６
内の位置座標データ１１＋１２＋ ｔ３をもとに操作
者の角膜球中心の位置Ｏｓ＋ ［Ｘｓ＋、 Ｙｓ＋、
Ｚｓ＋］を検出する。
この角膜球中心ＯＳの検出方法を以下に詳述する。
カメラ６の位置・光軸方向・焦点距離、および光源３の
位置・反射の位置座標は既知である。カメラ６の光軸は
、操作者の眼球１が正面を向いている時の方向を基準値
とする。
位置・反射の位置座標は既知である。カメラ６の光軸は
、操作者の眼球１が正面を向いている時の方向を基準値
とする。
第２図に示すように角膜球面部２の表面が鏡面と仮定す
れば、入射角θ１と反射角θ２が等しくなる。また、角
膜球面２で反射した光線は、カメラ６の視野内の位置座
標に対応する場所に反射像を形成する。カメラ６の光軸
方向、光源３の反射位置ＦＩ［、および光源３の位置が
既知であるから、光線追跡法（参考文献： ＴＨＥ ３
ＤＥＭＥＮＳＩＮ ＯＡＬＣＯＭＰＵＴＥＲＧＲＡＰ
Ｉ（ＩＣ５、山本強著、ＣＱ出版、昭和５８年）により
、物体表面において反射する位置座標を求めることがで
きる。光源３が３個ある場合、３＠の反射の位置座標１
１ ［ＸＩ□＋Ｙｒｌ＋Ｚｌｌコ 、 １２ ［Ｘ
１２ 、 ＹＩ２． ２［２］ 、 Ｉ
３ ［Ｘ １３． Ｙ １３． ２１３］が得られる
。
れば、入射角θ１と反射角θ２が等しくなる。また、角
膜球面２で反射した光線は、カメラ６の視野内の位置座
標に対応する場所に反射像を形成する。カメラ６の光軸
方向、光源３の反射位置ＦＩ［、および光源３の位置が
既知であるから、光線追跡法（参考文献： ＴＨＥ ３
ＤＥＭＥＮＳＩＮ ＯＡＬＣＯＭＰＵＴＥＲＧＲＡＰ
Ｉ（ＩＣ５、山本強著、ＣＱ出版、昭和５８年）により
、物体表面において反射する位置座標を求めることがで
きる。光源３が３個ある場合、３＠の反射の位置座標１
１ ［ＸＩ□＋Ｙｒｌ＋Ｚｌｌコ 、 １２ ［Ｘ
１２ 、 ＹＩ２． ２［２］ 、 Ｉ
３ ［Ｘ １３． Ｙ １３． ２１３］が得られる
。
上記３個の反射位置座標は、角膜球面部２上にあるから
、これら３点を球面上の点とする球面体の半径ｒとその
中心位置ＯＳ ［ｘｓ 、Ｙｓ。
、これら３点を球面上の点とする球面体の半径ｒとその
中心位置ＯＳ ［ｘｓ 、Ｙｓ。
ＺＳ］を求めることができる。
■ 次に、操作者の眼球１の注視方向を検出する方法を
説明する。
説明する。
角膜球中心Ｏ５と眼球中心０゜の距離は一定（図面中に
示す：Ｒ）である。この角膜球中心０゜の経過時間に伴
う軌跡は、前述した方法を用いて求める（同図中に示す
点線は、ある時間後の操作者の眼球１の角膜球面部２の
位置を示す）。この軌跡がなす曲線部分の回転中心が、
眼球中心の位置座標０゜［Ｘｏ 、 Ｙｏ 、 Ｚｏ
］である。回転中心は、軌跡上の少なくとも３点の位置
座標がなす平面上にあり、各点における軌跡の法線がな
す交点として求めることができる。この眼球中心００の
位置座標が一定である時は、顔面が動かないで操作者の
眼球１だけが動いていることを示す。また、軌跡の曲線
部分の回転中心が無限遠方にある時は、操作者の眼球１
が角膜球中心の軌跡と平行に移動していることを示す。
示す：Ｒ）である。この角膜球中心０゜の経過時間に伴
う軌跡は、前述した方法を用いて求める（同図中に示す
点線は、ある時間後の操作者の眼球１の角膜球面部２の
位置を示す）。この軌跡がなす曲線部分の回転中心が、
眼球中心の位置座標０゜［Ｘｏ 、 Ｙｏ 、 Ｚｏ
］である。回転中心は、軌跡上の少なくとも３点の位置
座標がなす平面上にあり、各点における軌跡の法線がな
す交点として求めることができる。この眼球中心００の
位置座標が一定である時は、顔面が動かないで操作者の
眼球１だけが動いていることを示す。また、軌跡の曲線
部分の回転中心が無限遠方にある時は、操作者の眼球１
が角膜球中心の軌跡と平行に移動していることを示す。
■ 操作者の注視方向は、この眼球中心ｏＯと角膜球中
心Ｏ５がなす直線方向である。従って、角膜球中心Ｏ８
の軌跡を逐次求めることによって、操作者の注視方向が
得られる。
心Ｏ５がなす直線方向である。従って、角膜球中心Ｏ８
の軌跡を逐次求めることによって、操作者の注視方向が
得られる。
■ 中央制御部１０は、駆動部４、反射位置検出部１１
、自動焦点調節部８、および自動首振り調節部９をそれ
ぞれ同期して制御する。
、自動焦点調節部８、および自動首振り調節部９をそれ
ぞれ同期して制御する。
■ また、既に述べたように従来のアイカメラは、光源
３を顔面に固定し、初期に校正した光源方向を基準とし
ているため、操作中に光源３の位置がずれた場合は、反
射光の位置座標がずれ、注視方向に誤差を生ずることと
なる。しかし、この発明ではこのような誤差は生じない
。
３を顔面に固定し、初期に校正した光源方向を基準とし
ているため、操作中に光源３の位置がずれた場合は、反
射光の位置座標がずれ、注視方向に誤差を生ずることと
なる。しかし、この発明ではこのような誤差は生じない
。
なお、上記実施例では、角膜球中心Ｏ５を求めるにあた
って、上述したごとく、反射位置検出用の受光素子７を
用いて直接ＸおよびＹ座標を得たが、他の方法で検出す
ることも可能である。すなわち、ＣＣＤセンサを有する
カメラ６から操作者の眼球１の画像を得、このうち、高
輝度の画素領域を画像処理によって認識し、角膜球面部
２の反射位置圧Ｐｉ、ｉｔ ＋ ｉ２．ｉ３をソフト
ウェアにより検出する方法である。
って、上述したごとく、反射位置検出用の受光素子７を
用いて直接ＸおよびＹ座標を得たが、他の方法で検出す
ることも可能である。すなわち、ＣＣＤセンサを有する
カメラ６から操作者の眼球１の画像を得、このうち、高
輝度の画素領域を画像処理によって認識し、角膜球面部
２の反射位置圧Ｐｉ、ｉｔ ＋ ｉ２．ｉ３をソフト
ウェアにより検出する方法である。
この発明の注視方向検出装置は、操作者の眼球を照明す
る光源と、操作者の眼球を撮影するカメラと、眼球の角
膜球面部における光源のカメラ内における反射位置座標
を検出する反射位置検出部と、複数の反射位置座標から
３次元空間内における角膜球面部の角膜球中心の位置座
標を得、この角膜中心の位置座標の軌跡がなす曲線部分
の回転中心を眼球中心とし、この眼球中心と角膜球中心
を結ぶ直線方向を、操作者の注視方向として検出するデ
ータ解析部とからなっているので、下記に示す効果があ
る。
る光源と、操作者の眼球を撮影するカメラと、眼球の角
膜球面部における光源のカメラ内における反射位置座標
を検出する反射位置検出部と、複数の反射位置座標から
３次元空間内における角膜球面部の角膜球中心の位置座
標を得、この角膜中心の位置座標の軌跡がなす曲線部分
の回転中心を眼球中心とし、この眼球中心と角膜球中心
を結ぶ直線方向を、操作者の注視方向として検出するデ
ータ解析部とからなっているので、下記に示す効果があ
る。
■ まず、操作者は注視方向検出用の治具をなにも装着
する必要がないから、操作時の負担が全くなく快適に作
業することができる。
する必要がないから、操作時の負担が全くなく快適に作
業することができる。
■ 光源およびカメラの位置は、あらかじめ治具等で固
定できるから、光源の３次元空間における反射位置座標
が容易に得られ、操作者の注視方向を容易に検出するこ
とができる。
定できるから、光源の３次元空間における反射位置座標
が容易に得られ、操作者の注視方向を容易に検出するこ
とができる。
■ 操作者の視線の動きを、操作者に負担を与えること
なく、常に測定することができるから、各種人力システ
ムの画像位置指定人力手段として有効に利用することが
できる。
なく、常に測定することができるから、各種人力システ
ムの画像位置指定人力手段として有効に利用することが
できる。
第１図はこの発明による注視方向検出装置の一実施例の
構成を示すブロック図、第２図はこの発明の検出原理を
説明するための図である。 図中、１は操作者の眼球、２は角膜球面部、３は光源、
４は光源の駆動部、５は光源の角膜球面部における反射
像、６は眼球撮影用のカメラ、７は受光素子、８はカメ
ラの自動焦点調節部、９はカメラの自動首振り調節部、
１ｏは中央制御部、１１は光源の反射位置検出部、１２
はデータ解析部である。
構成を示すブロック図、第２図はこの発明の検出原理を
説明するための図である。 図中、１は操作者の眼球、２は角膜球面部、３は光源、
４は光源の駆動部、５は光源の角膜球面部における反射
像、６は眼球撮影用のカメラ、７は受光素子、８はカメ
ラの自動焦点調節部、９はカメラの自動首振り調節部、
１ｏは中央制御部、１１は光源の反射位置検出部、１２
はデータ解析部である。
Claims (1)
- 操作者の眼球を照明する光源と、前記操作者の眼球を撮
影するカメラと、眼球の角膜球面部における前記光源の
前記カメラ内における反射位置座標を検出する反射位置
検出部と、前記複数の反射位置座標から３次元空間内に
おける前記角膜球面部の角膜球中心の位置座標を得、こ
の角膜球中心の位置座標の軌跡がなす曲線部分の回転中
心を眼球中心とし、この眼球中心と前記角膜球中心を結
ぶ直線方向を、前記操作者の注視方向として検出するデ
ータ解析部と、からなることを特徴とする注視方向検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273250A JP2642702B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 注視方向検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273250A JP2642702B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 注視方向検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02121620A true JPH02121620A (ja) | 1990-05-09 |
| JP2642702B2 JP2642702B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=17525214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63273250A Expired - Fee Related JP2642702B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 注視方向検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2642702B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012518501A (ja) * | 2009-02-26 | 2012-08-16 | カール・ツアイス・ビジョン・ゲーエムベーハー | 眼球支点位置を決定する方法及び装置 |
| WO2013107464A1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-07-25 | Daif Mohammad Abdelfattah | Corneal visual center localizer (or locator) |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP63273250A patent/JP2642702B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012518501A (ja) * | 2009-02-26 | 2012-08-16 | カール・ツアイス・ビジョン・ゲーエムベーハー | 眼球支点位置を決定する方法及び装置 |
| US8840247B2 (en) | 2009-02-26 | 2014-09-23 | Carl Zeiss Vision Gmbh | Method and apparatus for determining the location of the ocular pivot point |
| US10433724B2 (en) | 2009-02-26 | 2019-10-08 | Carl Zeiss Vision Gmbh | Method and apparatus for determining the location of the ocular pivot point |
| WO2013107464A1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-07-25 | Daif Mohammad Abdelfattah | Corneal visual center localizer (or locator) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2642702B2 (ja) | 1997-08-20 |
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