JPH06105808A

JPH06105808A - 奥行き知覚分析装置

Info

Publication number: JPH06105808A
Application number: JP4259461A
Authority: JP
Inventors: Kenya Uomori; 謙也魚森; Mitsuo Yamada; 光穗山田
Original assignee: A T R SHICHOKAKU KIKO KENKYUSHO KK; ATR SHICHOKAKU KIKO KENKYUSHO
Current assignee: A T R SHICHOKAKU KIKO KENKYUSHO KK; ATR SHICHOKAKU KIKO KENKYUSHO
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1994-04-19
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: KR960013318B1; EP0590231B1; US5357293A; DE69315300D1; DE69315300T2; JPH074343B2; EP0590231A3; CA2094650A1; EP0590231A2; CA2094650C; KR940007535A

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明はリアルタイムで客観的に観察者の
奥行き知覚を測定し、ステレオ画像の評価に利用できる
ような奥行き知覚分析装置を提供することを主要な特徴
とする。【構成】画像表示モニタ５に観察者が奥行きを知覚す
るための遠点画像Ｃと近点の画像Ｄとを表示し、そのと
きの観察者の眼球の動きを眼球運動検出部２で検出す
る。演算部１は検出された眼球の速度と加速度とを用い
てサッカード成分を除去し、輻輳開散運動のみを抽出
し、輻輳開散運動の振幅，輻輳角の変化，左右の眼球運
動の速度，加速度の相互相関を演算して観察者の奥行き
知覚を判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は奥行き知覚分析装置に
関し、特に、観察者の奥行き知覚を分析してステレオ画
像に対して評価を行なうような奥行き知覚分析装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ステレオ画像の奥行き間を評
価するために、主観的に評価することが一般的に行なわ
れている。その一例は佐藤が発表した電子情報通信学会
論文集「両眼交互提示による立体視の検討」ＭＢＥ８８
−１８８，第１９３頁〜第１９８頁に掲載されている。

【０００３】この論文では、両眼交互刺激による立体視
実験の結果を発表している。すなわち、３×３ピクセル
のランダムなドットパターンをカラーＣＲＴ上に表示し
て、このランダムなドットパターンの中央部をターゲッ
トとして移動して視差を与え、提示時間を変化させ、観
察者によってターゲットが背景の手前にあるか奥にある
かを判断するようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この論
文による手法は心理物理学的手法によって観察者の奥行
き知覚を計測するものであり、１条件あたり数十回の試
行を繰返し行なう必要があり、さらにうまく測定法を設
定しなければ、計測そのものに観察者の主観が入込むお
それがある。また、測定結果を導出するのに多くの計算
を要するため、リアルタイムで計測することが困難であ
るという欠点があった。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、リ
アルタイムで客観的に観察者の奥行き知覚を測定し、ス
テレオ画像の評価に利用できるような奥行き知覚分析装
置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
観察者の奥行き知覚を分析するための奥行き知覚分析装
置であって、観察者に奥行きを知覚させるための視標を
提示する視標提示手段と、観察者の両目の眼球運動を検
出する眼球運動検出手段と、眼球運動検出手段によって
検出された眼球運動の速度または加速度とを用いてサッ
カード成分を除去し、輻輳開散運動のみを抽出し、輻輳
開散運動の振幅，輻輳角の変化，左右の眼球運動の速
度，加速度の相互相関を演算して、観察者の奥行き知覚
を判別する演算手段とを備えて構成される。

【０００７】請求項２に係る発明は、さらに観察者の頭
部運動を検出する頭部運動検出手段を含み、演算手段
は、検出された頭部運動と眼球運動とに応じて、輻輳開
散運動の振幅、輻輳角の変化、左右の眼球運動の速度、
加速度の相互相関を演算して観察者の奥行き知覚を判別
する。

【０００８】請求項３に係る発明では、演算手段は、相
互相関の演算結果に基づいて、観察者の左右の目のうち
のいずれが速く動いたかを評価し、効き目を判定する。

【０００９】請求項４に係る発明では、視標提示手段
は、観察者に対してステレオ画像を提示するステレオ画
像提示手段と、ステレオ画像のうち片方の目に対応する
画像を運動させて両眼視差を発生させる画像制御手段と
を含み、演算手段は、観察者がステレオ画像を注視して
いるときの眼球運動検出手段の検出出力に応じて、奥行
き知覚を判別する．

【００１０】

【作用】この発明に係る奥行き知覚分析装置は、観察者
が奥行きを知覚させるための視標を注視しているときの
眼球運動を検出し、その眼球運動の速度と加速度とを用
いてサッカード成分を除去して輻輳開散運動のみを抽出
し、輻輳開散運動の振幅，輻輳角の変化，左右の眼球運
動の速度，加速度の相互相関を演算して観察者の奥行き
知覚を判別することにより、リアルタイムで奥行き知覚
を客観的に評価することができる。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の一実施例のブロック図であ
る。図１において、観察者の両目の眼球運動を検出する
ために、眼球運動検出部２が設けられ、その検出出力は
信号処理回路３に与えられて信号処理され、眼球運動デ
ータが演算部１に与えられる。観察者の前方には較正ボ
ード４が設けられる。較正ボード４は眼球運動検出部２
のキャリブレーションを行なうものである。較正ボード
４の後方には画像表示モニタ５が設けられる。画像表示
モニタ５は観察者に対して遠点の画像と近点の画像を表
示する。演算部１は観察者が画像表示モニタ５の遠点の
画像から近点の画像に視線を移動したときの眼球運動検
出部２で検出された眼球運動データを解析し、観察者の
奥行き知覚を判別する。

【００１２】図２は図１に示した眼球運動検出部をゴー
グルへ装着した例を示す図であり、図３は眼球運動検出
部の具体例を示す図である。

【００１３】図１に示した眼球運動検出部２は図２に示
すようにゴーグルに装着され、このゴーグルを観察者が
装着する。眼球運動検出部２は強膜検出法を用いたもの
であり、左目および右目の眼球の動きを検出するために
検出部２１，２２が設けられている。それぞれの検出部
２１，２２は図３（ａ）に示すように、眼球２３に対し
て中央に設けられた発光ダイオード２４と、その両側に
設けられたフォトダイオード２５，２６とを含む。発光
ダイオード２４は比較的指向性の広い±２１゜程度のも
のが用いられ、フォトダイオード２５，２６は指向性の
鋭い±１０゜程度のものが用いられる。発光ダイオード
２４から眼球２３に投射された光は黒目２８と白目２７
とで反射率が異なり、この反射率の違いをオペアンプ２
９で増幅し、差をとれば図３（ｂ）に示すように水平
（左右）の出力となり、図３（ｃ）に示すようにオペア
ンプ３０で和をとれば垂直（上下）の出力となる。な
お、眼球運動検出部２は上述の強膜検出法に限ることな
く、コンタクトレンズを用いたものやテレビカメラを用
いたものなどであってもよい。

【００１４】図４は眼球運動検出部で検出された眼球運
動データの一例を示す図であり、図５は輻輳角を説明す
るための図であり、図６は図１に示した画像表示モニタ
に表示される画像の一例を示す図である。

【００１５】画像表示モニタ５には図６に示すように、
遠点の画像Ｃと近点の画像Ｄが表示されており、観察者
が遠点の画像Ｃから近点の画像Ｄに視線を動かしたとき
の、眼球運動検出部２で検出された眼球運動データは図
４に示すようになる。図４においてａは水平方向の左目
の眼球運動Ｘｅｙｅ−Ｌを示し、ｂは右目の眼球運動Ｘ
ｅｙｅ−Ｒを示し、ｃは輻輳角を示している。

【００１６】ここで、輻輳角とは左目の視線角度−右目
の視線角度であり、図５に示すように、観察者が遠点の
画像Ｃを注視しているときの輻輳角はα_Cとなり、近点
の画像Ｄを注視しているときの輻輳角はα_Dとなる。図
５から明らかなように、観察者からの距離が近い近点の
画像Ｄの場合の輻輳角α_Dは大きく、遠点の画像Ｃを注
視しているときの輻輳角α_Cは小さくなる、。すなわ
ち、奥行き方向の視線移動は輻輳角の変化によって表わ
される。ここで、再度図４の輻輳角の変化ｃを見ると、
観察者は画像表示モニタ５の表面上を視線移動し、視距
離はほとんど変化していないにもかかわらず、画面上の
近点の画像Ｄを見たときに輻輳角が増加している。この
ように、奥行きの感じられるような画像を見た場合に
も、輻輳角の変化が発生する。そして、このような輻輳
角の変化を伴うような眼球運動を輻輳開散運動と呼んで
いる。これは、右目と左目がそれぞれ反対の方向に運動
するものである。しかしながら、この輻輳角変化は、も
ともと奥行き感が観察者に発生し、そのときに誘起され
る眼球運動であるため、もう少し長く画像表示モニタ５
を見ていると、画像表示モニタ５の表面を見ているだけ
なので視距離が変化していないことに気付き、輻輳角は
元に戻ってしまう。つまり、このような輻輳角の変化が
あった場合、すなわち輻輳開散運動が発生した場合には
奥行き知覚が発生している（奥行き感が感じられてい
る）と考えられる。

【００１７】図７はこの発明の一実施例の動作を説明す
るためのフロー図であり、図８は図７に示したサッカー
ドの除去ステップのより具体的なフロー図であり、図９
はサッカードの除去方法を説明するための図であり、図
１０はサッカードの検出方法を説明するための図であ
る。

【００１８】次に、図７〜図１０を参照して、この発明
の一実施例の動作についてより詳細に説明する。まず、
図１に示すように、観察者の前方に較正ボード４が設置
され、キャリブレーションが行なわれる。このキャリブ
レーションにおいては、較正ボード４に固定された予め
視線方向が既知である視標を観察者が順次注視する。こ
のとき、演算部１は信号処理回路３の出力から視線位置
に変換するための係数を演算してキャリブレーションを
行なう。このキャリブレーションが終了すると、較正ボ
ード４を除去し、画像表示モニタ５に図６に示すような
遠点の画像Ｃと近点の画像Ｄとを表示する。観察者がこ
の遠点の画像Ｃから近点の画像Ｄに視点を移動させたと
きの眼球運動が眼球運動検出部２によって検出され、信
号処理回路３を介して演算部１に眼球運動データが入力
される。演算部１はこの眼球運動データに基づいて、視
線を演算する。その後、サッカードの除去を行なう。

【００１９】ここで、眼球運動はサッカードとよばれる
高速な跳躍眼球運動と、比較的ゆっくりな輻輳開散運
動，追従眼球運動（物体を追従する場合に起こるスムー
ズな運動）に分けられれる。一般的には、図９（ａ）に
示すように、これら３種類の眼球運動が混合されて実際
の眼球運動となっている。図９（ａ）において、＃がサ
ッカードを示している。奥行き知覚を測定する目的か
ら、この中からまずサッカード成分を除去する必要があ
る。これには２つの方法があり、サッカードは通常左
右同じ振幅で発生することが多いため、左右の視線角度
の差である輻輳角を計算し、これの変化を測定する。
サッカードは左右非対称に現れる場合もあるため、左右
それぞれの眼球運動測定結果に対してサッカード成分を
除去し、それから輻輳角を計算し、これの変化を測定す
る。前者は計算が簡単であり、右の視線角度−左の視線
角度を計算すればよい。後者はサッカード除去のため
に、まず、眼球運動の速度または加速度を計算する。

【００２０】ここで、図８〜図１０を参照してサッカー
ドを除去する方法についてより詳細に説明する。演算部
１は時間ｉを１にセットし、オフセットを０にセットす
る。そして、演算部１は、Ｖ（ｉ）＝（Ｅ（ｉ）−Ｅ（ｉ−１））／Δｔより速度Ｖ（ｉ）を演算する。ここで、Ｅ（ｉ）は視線
方向の角度である。演算部１は、速度Ｖ（ｉ）がしきい
値ＴＨよりも大きいか否かを判別し、速度Ｖ（ｉ）がし
きい値ＴＨよりも大きければ、図１０（ｂ）に示すよう
にサッカードが発生したと判定し、その速度Ｖ（ｉ）を
オフセット値に加算してサッカードの大きさを演算し、
視線方向の角度Ｅ（ｉ）からサッカードを減算する。次
に、時間ｉを＋１し、時間ｉがＮ以下であれば、上述の
動作を繰返し、時間ｉがＮになると動作を終了する。ま
た、図１０（ｃ）のように加速度があるしきい値ＴＨ_Z
よりも大きいとき、サッカードが発生したと判別しても
よい。

【００２１】この図８に示した例は、眼球運動の時系列
データの隣同士のデータの差分をとり、これがしきい値
ＴＨよりも大きい場合には、サッカードが発生している
と判断し、時刻ｉ＝０からのサッカード成分の積算値オ
フセットを計算し、これを図９（ａ）に示す測定データ
Ｖ（ｉ）からサッカードの大きさ分Ｓ１〜Ｓ５を差引く
ことにより、図９（ｂ）に示したようなサッカードを除
去した眼球運動波形が得られる。この処理の後、左右の
視線の角度が引き算され、輻輳角の時間変化が得られ
る。

【００２２】上述のごとくして、２つのどちらかの手法
を用いて輻輳角の時間変化を得、これを基にしてその振
幅，変化（微分値）が計算され、輻輳開散運動の発生の
有無が分析される。

【００２３】図１１は奥行き知覚の発生の有無を説明す
るための波形図である。図１１（ａ）に示すように、時
刻ｔ＝０で図６に示した近点の画像Ｄを注視し始めたと
すると、輻輳角はある時間後に増加し、また元に戻る。
このときの輻輳角の振幅（視線移動前の値と最大値の差
分）Ｘを測定して、この値によって奥行き知覚が発生し
たか否かが判断される。たとえば、この値Ｘの絶対値が
あるしきい値よりも大きければ奥行き知覚が発生したと
判断される。また、輻輳角の変化データの標準偏差また
は分散を計算し、これが大きければ奥行き知覚が発生し
たと考えることもできる。また、図１１（ｂ）に示すよ
うに、輻輳角の時間変化データの速度（１次微分）およ
び図１１（ｃ）に示す加速度（２次微分）を計算し、こ
れらの最大値の絶対値または標準偏差または分散を用
い、これがあるしきい値よりも大きいかどうかを判断す
ることによって、奥行き知覚が発生していることを判断
することもできる。

【００２４】また、観賞している画像が動画像である場
合に、奥行き知覚が発生したかどうかを判断するのに、
輻輳開散運動のような両目が反対方向に動く運動が発生
し、奥行き知覚が発生したか、追従眼球運動のような両
目が同じ方向に動く運動が発生し、奥行き方向には物体
が運動しないように知覚されたかを測定する方法もあ
る。この測定の１方法として、眼球の視線方向またはこ
れの時間に関する１次微分（速度）または２次微分（加
速度）を計算して、これの時間変化をグラフに示し、左
右の眼球の動きが反対方向か同じ方向であるかを判断す
れば、奥行き知覚の発生を判断できる。

【００２５】また、輻輳開散運動（奥行き知覚の発生と
相関がある）と共同運動の発生（奥行き知覚が発生せず
単なる２次元的な動きと相関がある）の有無の測定法と
して、左右目の速度，加速度の相互相関関数を測定する
方法もある。図６に示した画像が動画であった場合、眼
球運動としては前述のサッカード，輻輳開散運動，追従
運動の３種類が発生する。まず、前述の手法を用いて、
左右の視線角度の差分またはそれぞれの目の眼球運動の
サッカードが除去された後に輻輳角が計算される。その
後、左右それぞれの視線方向の角度の速度（１次微分）
または加速度成分（２次微分）が計算され、これらの相
互関係が計算される。時刻ｔ＝ｔ０での相互相関の計算
式は

【００２６】

【数１】

【００２７】で表される。ただし、２Ｎ＋１が測定した
い時間区間中の眼球運動のサンプリング個数となり、ｉ
＝−Ｎ〜Ｎとなる。

【００２８】図１２は眼球運動をサンプリングする方法
を説明するための図である。前述の式においてτは予め
設定された値−τ１〜τ１の値について、相互相関ψ
（τ）が求められる。また、ｔ０の位置を変化させて相
互相関ψ（τ）の変化が求められる。Ｒ，Ｌはそれぞれ
右目，左目の視線方向の速度または加速度である。

【００２９】この場合、輻輳開散運動が発生した場合に
は相互相関ψの値は負の値をとり、大きく反応するほど
絶対値が大きな値をとる。これが奥行き知覚の発生の程
度と正の相関を持つ。すなわち、相互相関ψが負の方向
に大きいほど、強い奥行き知覚が発生したことになる。
また、追従眼球運動のような両目が同じ方向に運動する
場合（これを一般的共同運動と呼んでいる）には、相互
相関ψが正の値を持つ。これは奥行き知覚があまり生起
されず、観察者が単なる２次元的な認識をしている度合
を示している。

【００３０】図１３は相互相関ψ（τ）の測定例を示す
図である。この図１３において、観察者から視距離１０
００ｍｍの遠点から３００ｍｍの近点まで、奥行き方向
に視線を動かしたときの、視線方向の角度の速度の相互
相関の測定例であり、時刻０．５秒から近点へ注意を向
けている。図１３（ａ）はτ，時間ｔ，相互相関関数ψ
の関係を３次元プロットしたものであり、図１３（ｂ）
は相互相関関数ψを正の値の方向を白で示し、負の方向
を黒で表した図である。図１３から明らかなように、ど
の程度奥行き知覚が発生したか（どの程度輻輳開散方向
に眼球が動いたか）を定量的に、連続量で取扱うことが
できる。すなわち、図１３（ｂ）で黒く表示された時間
において、奥行き知覚が強く発生していることになる。
また、相互相関ψのあるしきい値よりも小さい値をとる
部分のみを抽出し、奥行き知覚が強く発生していると考
えてもよい。また、最初の時間１．５秒までで反応は終
了し、その後眼球はほぼ一点を注視し、時間４秒以降は
再び波形が変化しており、他の方向に視線を動かしたこ
とが分かる。

【００３１】また、τ軸方向のデータは左右目の反応が
同時にはない場合、すなわち左右目の動きが何らかの影
響で時間差ができた場合に、輻輳開散方向に眼球が反応
したか、もしくは共同方向に反応したかをを定量的に連
続量で取扱うときに有効である。τ＝０の場合のみにつ
いて計算しただけでは、両目の反応が時間差を持った場
合に黒い部分がτ方向に平行移動してしまい、評価不能
になってしまう。

【００３２】さらに、このことを利用して、効き目の効
果（どちらの目が先に反応しているかなど）を測定する
こともできる。図１３（ｂ）に示す黒い部分（輻輳開散
運動が発生している、すなわち奥行き知覚が生じている
場所）に中心線ｍを引くと、これとτ軸の交点Ａが両目
の反応の時間ずれτｄを表わす。図１３（ｂ）では、約
０．０５秒左目の反応が遅れていることになる。すなわ
ち、右目が先に反応しており、反応の速さで計った効き
目は右目であるといえる。そして、この時間ずれτｄの
大きさは効き目の強さと相関があると考えられるため、
τｄの値の絶対値が大きいほど効き目の効果が大きいと
いえる。

【００３３】図１４は図１３の直線ｍを決定する方法を
説明するための図である。図１４（ｂ）に示すグラフ
は、図１３（ｂ）を模式的に表わしたものであり、図１
４（ｃ）はτの値それぞれについて、相互相関ψをｔに
ついて積分した図であり、図１４（ａ）はｔの値それぞ
れについて、相互相関ψをτについて積分したものであ
る。図１４（ｃ）に示すグラフで相互相関ψが極小値を
持つ点をτｄとすれば、直線ｍが決定される。また、図
１４（ａ）に示すグラフで相互相関ψが極小値を持つ点
をｔｄとすると、ｔｄは平均して両目が反応を始めた時
刻を表わし、眼球運動の潜時も測定できることになる。
また、極小値を用いずに、図１４のような井戸型の関
数、たとえばψ＝Ｂ×（τ−τｄ）²＋Ｃ（τｄ，Ｂ，
Ｃは定数）をフィッティングし、τｄを求めてもよい。
ｔｄについても同様である。

【００３４】また、効き目の効果が予め大きくないこと
が分かっている場合には、τ＝０の場合のみについて計
算して分析してもよい。上述のごとく、この実施例によ
れば、観察者の奥行き知覚の発生の強さを定量的に測定
できる。

【００３５】図１５はこの発明の他の実施例のブロック
図である。この図１５に示した実施例は、視標として立
体画像を表示し、観察者の奥行き近くを測定するように
したものである。立体画像を表示する例としては、種々
考えられているが、この図１５に示した実施例では、立
体画像生成装置１０によって立体画像信号を生成して立
体画像提示装置８に立体画像を表示し、観察者は立体画
像観賞用液晶シャッタメガネ９を介して立体画像を観察
する。

【００３６】図１６は立体画像を表示するためのタイミ
ング図である。図１６（ａ）に示すように、立体画像提
示装置８には、右（Ｒ）画像と左（Ｌ）画像が交互に表
示され、これに合せて立体画像観賞用液晶シャッタメガ
ネ９は図１６（ｂ）に示すように、右目用の画像が立体
画像提示装置８に表示されているときには、右目の液晶
シャッタが透明になり、図１６（ｃ）に示すように左目
の液晶シャッタは遮光状態になる。左目用の画像が表示
されている時間では、左右反対の動作になる。このよう
にして、立体画像を注視しているときの眼球運動が眼球
運動検出部２によって検出され、前述の実施例と同様に
して、奥行き知覚が分析される。この実施例において、
前述の実施例と異なる点は立体画像の構成方法にある。
これについて、以下説明する。

【００３７】図１７および図１８は単純な点の３Ｄ空間
内の奥行き方向の運動を説明するための図である。図１
７（ａ）において、左右目とそれぞれの目に対する点画
像のスクリーン上の位置が●で示され、またこれらによ
って仮想的に知覚される点の３Ｄ空間内の位置が○で示
されている。最初にＡの位置に点が見えていたとし、こ
れが点Ｂまで運動したものとする。このとき、表示スク
リーン上の動きは図１７（ｂ）に示すように、それぞれ
の点が反対方向に同じ距離だけ運動することになり、左
右目の水平視差がＤＲ＝ＤＬとなっている。このとき、
両目はこの点を追従するが、輻輳開散運動により、両方
の目は内側に回転する。このとき、通常輻輳開散運動が
発生し、点の奥行き方向の運動知覚である奥行き知覚が
伴っているが、輻輳開散運動が生起しているにもかかわ
らず、奥行き知覚が伴わない場合もある。運動があった
場合のみ、すなわち動画像を観察した場合のみに、輻輳
開散運動が奥行き知覚を伴っているかどうかが保証され
ないことが起こる。そのような場合には、輻輳開散運動
は単なる点の追従を行なっている結果になる。この実施
例では、奥行き方向に運動する被写体を目で追従する場
合に、奥行き知覚発生から誘起される輻輳開散運動のみ
を測定し、奥行き知覚測定の測定誤差を低減する効果が
ある。

【００３８】このことを避けるために、立体画像の奥行
き方向の運動の作成の仕方として、片方の水平視差、た
とえば図１８に示すように、ＤＬ＝０となるように設定
される。この場合、左目にとっては点は静止しており、
左目の視線方向上の点の運動になる。ここで、図１７に
おいては、点が両目の中心Ｃと点Ａを結ぶ線上で運動す
るが、図１８では、左目の視線上を運動する違いがある
が、両目間隔は６．５ｃｍ程度であり、スクリーンまで
の視距離は数ｍ以上の設定とすることが一般的であるの
で、この違いは余り問題にはならない。

【００３９】このような設定において、両目眼球運動が
測定されれば、この場合、原理上は左目が動く必要がな
く、右目のみが動き、輻輳開散運動が発生しないように
思われるが、ＤＲが約１゜以下のような小さな視差変化
の場合、左右非対称ではあるが左目も反応し、奥行き知
覚が成立した場合には輻輳開散運動が発生し、単なる２
次元的な運動のみしか知覚されない場合、すなわち奥行
き方向の運動が知覚されない状態では、両目が同じ方向
に反応して共同運動する。

【００４０】このことを利用すれば、単なる奥行き方向
の点の追従ではなく、奥行き知覚が発生している状態で
の輻輳開散運動のみを測定することができる。解析手法
としては、前述の実施例とまったく同じ手法を用いるこ
とができる。すなわち、サッカード除去後の輻輳角の変
化の測定，両目眼球運動の速度，加速度の相互相関を計
算することにより、立体画像で構成された奥行き方向に
運動する物体に対する観察者の奥行き知覚を定量的に測
定できる。また、点画像のみではなく、運動物体の画像
を複数の点で表示すれば、大きさを有する物体の奥行き
方向の運動に対する奥行き知覚も測定できる。

【００４１】上述のごとく、この実施例によれば、奥行
き方向の物体運動に対する追従眼球運動による妨害を低
減し、奥行き知覚発生によって誘起された輻輳開散運動
のみを測定でき、高精度な奥行き知覚の強さの測定がで
きる。

【００４２】図１９はこの発明のさらに他の実施例のブ
ロック図であり、図２０は図１９に示した頭部運動検出
部の具体例を示す図である。

【００４３】図１９に示した実施例は、観察者の頭部運
動も検出するようにしたものであり、そのために頭部運
動検出部６と頭部運動制御回路７とが設けられ、それ以
外の構成は図１に示した実施例と同じである。頭部運動
検出部６は図２０に示すように、ソース６１となる直交
コイルと、センサ６２となる直交コイルを含む。頭部運
動制御回路７は制御部７１とドライブ回路７２と検出回
路７３とを含む。ドライブ回路７２は制御部７１からの
指令に応じて、ソース６１の直交コイルを駆動して磁界
を発生させる。頭部運動検出部６を装着した観察者が動
くと、センサ６２に電圧が誘起され、この電圧を検出回
路７３が検出し、その検出出力を制御部７１が演算する
ことにより、頭部の移動に応じたデータが出力される。
なお、頭部運動検出部６は前述の図２に示したゴーグル
に装着される。

【００４４】図２１は観察者を中心とした頭部座標系に
ついてその原理を示す図である。次に、図２１を参照し
て、頭部運動検出部６によって検出される頭部座標系に
ついて説明する。頭部座標系は図２１（ａ）に示すよう
に、観察者の観察対象に対する平行移動により実現され
るＸＹＺ座標系と、図２１（ｂ）に示す頭部の回転運動
に基づく極座標系の２つが考えられる。それぞれの座標
系の頭部移動量を（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ），（Ｈψ，Ｈ
φ，Ｈθ）と定義する。ここでは、一例として観察対象
に近付く方向をＹ軸とし、水平移動方向をＸ軸とし、垂
直移動方向をＺ軸とした。ＨφはＸ軸の回転、すなわち
首を上下に傾ける運動を示し、ＨθはＹ軸の回転、すな
わち左肩から右肩へと一旦首を傾ける運動を示す。Ｈψ
はＺ軸内の回転であり、首を左右に回転する運動であ
る。

【００４５】頭部の水平移動（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）によ
り視線が変化するが、これを眼球回転角（Ｅｘ，Ｅｙ）
に換算すると、次式が得られる。

【００４６】Ｅｘ＝１８０／π・ｔａｎ^-1Ｈｘ／（Ｄ＋Ｈｙ）…（１）Ｅｙ＝１８０／π・ｔａｎ^-1Ｈｚ／（Ｄ＋Ｈｙ）…（２ただし、Ｄ：観察者から注視点までの距離首を左肩方向または右肩方向にＨθ傾けると、眼球運動
系の座標が回転する。したがって、Ｈθだけ傾いた眼球
運動座標系（Ｘｅ，Ｙｅ）を元の観察対象に直交した座
標系（Ｘｅ′，Ｙｅ′）に変換する必要がある。

【００４７】Ｘｅ′＝Ｘｅ・ｃｏｓＨθ＋Ｙｅ・ｓｉｎＨθ…（３）Ｙｅ′＝−Ｘｅ・ｓｉｎＨθ＋Ｙｅ・ｃｏｓＨθ…（４）頭部運動により実現される視線の動き（Ｘｈ，Ｙｈ）は
第（１）式および第（２）式より次の第（５）式および
第（６）式で表わされる。

【００４８】Ｘｈ＝Ｅｘ＋Ｈψ…（５）Ｙｈ＝Ｅｙ＋Ｈφ…（６）したがって、頭の動きを考慮した視線の動き（Ｖｘ，Ｖ
ｙ）は第（３）式〜第（６）式より、次の第（７）式お
よび第（８）式で表わされる。

【００４９】Ｖｘ＝Ｘｅ′＋Ｘｈ…（７）Ｖｙ＝Ｙｅ′＋Ｙｈ…（８）上述の第（７）式および第（８）式を用いることによ
り、頭部運動と眼球運動とを組合せて通常の視線の動き
を再現することができる。

【００５０】図２２はこの発明のさらに他の実施例の動
作を説明するためのフロー図である。この実施例では、
前述の図７の実施例と同様にして、キャリブレーション
が行なわれた後、視標が提示され、そのときの観察者の
眼球の動きが眼球運動検出部２で検出されるとともに、
頭部運動検出部６によって観察者の頭部の動きが検出さ
れる。演算部１は検出された頭部運動データと眼球運動
データとに基づいて、前述の第（１）式〜第（８）式の
演算を行ない、図７に示した実施例と同様にして、パラ
メータを演算する。具体的には、図７に示した実施例に
おけるＸｅｙｅ，Ｙｅｙｅに代えて、第（７）式および
第（８）式で求められた視線の動きＶｘ，Ｖｙを用いて
奥行き知覚の分析が行なわれる。この解析方法について
は、図７に示した実施例とまったく同じである。

【００５１】上述のごとく、この実施例によれば、頭部
運動も検出するようにしているため、第１の実施例のよ
うに顎台により観察者を固定して、観察者の身体の動き
による眼球運動成分による視線位置の測定妨害をなくす
必要がないため、観察者の頭部が自由な状態で測定でき
るため、負担が小さく、測定が楽に行なうことができる
という利点がある。したがって、より自然に近い状態で
の奥行き知覚を測定できる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、観察
者に奥行きを知覚させるための視標を提示したときの観
察者の両目の眼球運動を検出し、検出された眼球運動の
速度と加速度等を用いてサッカード成分を除去し、輻輳
開散運動のみを抽出し、輻輳開散運動の振幅，変化，左
右の眼球運動の速度，加速度の相互相関を演算してリア
ルタイムで客観的に観察者の奥行き知覚を測定するよう
にしたので、ステレオ画像の評価に利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブロック図である。

【図２】図１に示した眼球運動検出部をゴーグルへ装着
した例を示す図である。

【図３】眼球運動検出部の具体例を示す図である。

【図４】眼球運動検出部によって検出された眼球運動デ
ータの一例を示す図である。

【図５】輻輳角を説明するための図である。

【図６】図１に示した画像表示モニタに表示される画像
の一例を示す図である。

【図７】この発明の一実施例の動作を説明するためのフ
ロー図である。

【図８】図７に示したサッカードの除去ステップのより
具体的なフロー図である。

【図９】サッカードの除去方法を説明するための図であ
る。

【図１０】サッカードの検出方法を説明するための図で
ある。

【図１１】奥行き知覚の発生の有無を説明するための波
形図である。

【図１２】眼球運動をサンプリングする方法を説明する
ための図である。

【図１３】相互相関ψ（τ）の測定例を示す図である。

【図１４】図１３の直線ｍを決定する方法を説明するた
めの図である。

【図１５】この発明の他の実施例のブロック図である。

【図１６】立体画像を表示するためのタイミング図であ
る。

【図１７】単純な点の３Ｄ区間内の奥行き方向の運動を
説明するための図である。

【図１８】水平視差を０にしたときの奥行き方向の運動
を説明するための図である。

【図１９】この発明のさらに他の実施例のブロック図で
ある。

【図２０】図１９に示した頭部運動検出部の一例を示す
図である。

【図２１】頭部座標系を説明するための図である。

【図２２】この発明のその他の実施例の動作を説明する
ためのフロー図である。

【符号の説明】

１演算部２眼球運動検出部３信号処理回路４較正ボード５画像表示モニタ６頭部運動検出部７頭部運動制御回路８立体画像提示装置９立体画像観察用液晶シャッタメガネ１０立体画像生成装置２４発光ダイオード２５，２６フォトダイオード２９，３０オペアンプ６１ソース６２センサ７１制御部７２ドライブ回路７３検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察者の奥行き知覚を分析するための奥
行き知覚分析装置であって、前記観察者に奥行きを知覚させるための視標を提示する
視標提示手段、前記観察者の両目の眼球運動を検出する眼球運動検出手
段、および前記眼球運動検出手段によって検出された眼
球運動の速度または加速度とを用いてサッカード成分を
除去し、輻輳開散運動のみを抽出し、前記輻輳開散運動
の振幅，輻輳角の変化，左右の眼球運動の速度，加速度
の相互相関を演算して、前記観察者の奥行き知覚を判別
する演算手段を備えた、奥行き知覚分析装置。
【請求項２】さらに、前記観察者の頭部運動を検出す
る頭部運動検出手段を含み、前記演算手段は、前記頭部運動検出手段によって検出さ
れた頭部運動と前記眼球運動検出手段によって検出され
た眼球運動とに応じて、前記輻輳開散運動の振幅、輻輳
角の変化、左右の眼球運動の速度、加速度の相互相関を
演算して前記観察者の奥行き知覚を判別することを特徴
とする、請求項１の奥行き知覚分析装置。
【請求項３】前記演算手段は、前記相互相関の演算結
果に基づいて前記観察者の左右の目のうちのいずれが速
く動いたかを判別することを特徴とする、請求項１また
は２の奥行き知覚分析装置。
【請求項４】前記視標提示手段は、前記観察者に対するステレオ画像を提示するステレオ画
像提示手段と、前記ステレオ画像のうち片方の目に対応する画像を運動
させて両眼視差を発生させる画像制御手段とを含み、前記演算手段は、前記観察者が前記ステレオ画像を注視
しているときの前記眼球運動検出手段の検出出力に応じ
て、奥行き知覚を判別することを特徴とする、請求項１
の奥行き知覚分析装置。