JPH07313459A - まぶたの開度検出装置 - Google Patents
まぶたの開度検出装置Info
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- JPH07313459A JPH07313459A JP6107296A JP10729694A JPH07313459A JP H07313459 A JPH07313459 A JP H07313459A JP 6107296 A JP6107296 A JP 6107296A JP 10729694 A JP10729694 A JP 10729694A JP H07313459 A JPH07313459 A JP H07313459A
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- image
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- Auxiliary Drives, Propulsion Controls, And Safety Devices (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Eye Examination Apparatus (AREA)
Abstract
となる人の顔の造り等の個人差の影響を受け難くする。 【構成】1次元エッジ画像上で、エッジ値が正方向の極
大値を持つ点Pi(i=0,1)と、エッジ値が負方向の極小値
(絶対値は大)を持つ点Mi(i=0,1)とを算出する。検索
の初期位置として、点P0と点M0を決定する。各々の
検索の初期位置からより外側のエッジ極値点を検索する
ように、正の極値点は上方へ、負の極値点は下方へ検索
する検索区間を決定する。検索区間内で、エッジ値の符
号が反転しているか否かを判定する。点M0と点M1と
の間でエッジ値は常に負であるので、点P1と点M1と
を新たな出発点とし、検索を繰り返す。P1より上方
に、また、M1より下方には、新たなエッジ極値点が無
いため、点P1と点M1とを境界点A、Bとする。そし
て、境界点A、B間の距離を計数して、まぶたの開度と
して出力する。
Description
係り、特に、ドライバーの眼の開度から運転状態を検出
し、異常状態の場合に警告する車両用運転状態検出装置
等に好適なまぶたの開度検出装置に関する。
方法としては、原画像もしくは原画像のエッジ画像の2
値化により、目領域を抽出してその高さを計測する方
法、暗い領域として虹彩(いわゆる黒目)が検出できる
か否かにより、開閉眼を判定する方法(特開平3−53
3)、カラー画像で皮膚と眼球部の彩度と色相差および
明度差により目領域の面積を求める方法(電子情報通信
学会論文誌D−II,Vol.J77−D−II,NO
2,pp.470−472(1994)「色度と明度情
報を用いた瞬目抽出法の提案」)が提案されている。
2値化による方法では、照明条件の変化や顔の造りの個
人差等により正確に目領域を抽出できないという問題が
ある。また、虹彩を円形領域として検出する方法では、
開眼および閉眼しか判別できず、さらに、開閉眼動作の
途中、もしくは開眼中においても虹彩が必ずしも円形と
して検出されないので、精度よく検出できない、という
問題がある。また、カラー画像による方法では十分な光
量の白色光源が必要となり利用環境が限られる、という
問題がある。
れたもので、人のまばたきを検出する際に、照明条件や
対象となる人の顔の造り等の個人差の影響を受けにくい
まぶたの開度検出装置を提供することを目的とする。
に本発明は、目を含む領域の濃淡画像を入力し、該領域
においてまばたき方向の基準線上の画素の濃淡変化を表
す1次元画像を抽出すると共に、前記1次元画像に基づ
いて前記基準線上の画素毎の濃淡変化の大きさを表す1
次元エッジ画像を算出するエッジ画像算出手段と、前記
1次元エッジ画像における濃淡変化の極値に基づいて上
まぶたと眼球との境界を示す第1の境界点及び下まぶた
と眼球との境界を示す第2の境界点を検出するまぶた検
出手段と、検出した第1の境界点と第2の境界点との間
の距離をまぶたの開度として検出するまぶた開度検出手
段と、を含んで構成したものである。
淡画像を入力し、この領域においてまばたき方向の基準
線上の画素の濃淡変化を表す1次元画像を抽出する。カ
ラー画像ではなく、濃淡画像を用いているため、十分な
光量の白色光源を必要とすることなく、広い環境におい
て利用することができる。
に基づいて基準線上の濃淡変化の大きさを画素毎に算出
して画素毎の濃淡変化の大きさを表す1次元エッジ画像
を算出し、まぶた検出手段は1次元エッジ画像における
濃淡変化の極値に基づいて上まぶたと眼球との境界を示
す第1の境界点及び下まぶたと眼球との境界を示す第2
の境界点を検出する。1次元エッジ画像を2値化するこ
となく濃淡変化の極値を用いて処理しているため、照明
条件や対象となる人の顔の造り等の個人差の影響を受け
難くなる。
第1の境界点と第2の境界点との間の距離をまぶたの開
度として検出する。
に説明する。本実施例は、本発明のまぶたの開度検出装
置をまばたき検出装置に適用したものである。
る被験者の顔を含む画像を撮影するCCDカメラ等から
なる画像撮影部1を備えている。画像撮影部1には、画
像撮影部1のシャッターの作動に同期して撮影対象を照
明するための、赤外ストロボや赤外LDE等からなる照
明部2および画像処理を行うパーソナルコンピュータ7
が接続されている。このパーソナルコンピュータ7に
は、まばたきの回数等を表示するCRT等で構成された
表示装置8が接続されている。
U、図15にフローチャートで示す画像処理ルーチンの
プログラムを記憶したROM、データ等を記憶するRA
M及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。
このパーソナルコンピュータ7をハードウエアとソフト
ウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機
能ブロックで説明すると、図1に示すように、パーソナ
ルコンピュータ7は画像撮影部1からの出力画像である
顔画像を入力する画像入力部3を備えている。この画像
入力部3は、例えば、A/Dコンバータや1画面の画像
データを記憶する画像メモリ等で構成される。この画像
入力部3は、画像入力部3の出力である顔画像の中から
目を含む小領域の画像、すなわち目画像を抽出する目画
像抽出部4に接続されている。
された目画像を処理してまぶたの開度を計測するまぶた
の開度計測部5を介して、まぶた開度計測部5で求めら
れた時系列的なまぶた開度データからまばたき回数等を
検出するまばたき検出部6に接続されている。
に、顔画像から目領域を検索しかつ抽出位置を特定する
目領域検索部41と、この目領域検索部41で特定され
た抽出位置に基づいて目を含む小領域画像を目画像とし
て抽出する小領域抽出部42とで構成されている。
示すように、入力された目画像から濃淡変化を表す1次
元画像を抽出し、この1次元画像に基づいて基準線上の
画素毎の濃淡変化の大きさを表す1次元エッジ画像を生
成するエッジ画像生成部51と、エッジ画像生成部51
で生成されたエッジ画像中からエッジ値の極値点を示す
部位を検索するエッジ極値点検索部52とを備えてい
る。
出部4で抽出された目画像の輝度分布に基づいて、まぶ
たと眼球との境界点を検索するための初期位置を決定す
る初期位置決定部54が設けられている。エッジ極値点
検索部52及び初期位置決定部54は、エッジ極値点検
索部52と初期位置決定部54との結果から、検索区間
を決定する検索区間決定部53に接続されている。
部53で決定された検索区間内においてエッジ画像生成
部51で生成されたエッジ画像のエッジ値の符号を検査
する符号検査部55に接続されている。
は、符号検査部55の検査結果と検索区間決定部53の
出力とに基づいて、求める境界点か否かを判定し、求め
る境界点であれば抽出を行い、求める境界点でなれば再
度検索を行うように検索区間決定部53に要求を出力す
る境界点判定部56に接続されている。この境界点判定
部56は、境界点判定部56で決定された境界点距離を
計数し、まぶた開度として出力する開度計数部57に接
続されている。
作を上記で説明した機能ブロックと図15に示すCPU
によるまぶた開度検出ルーチンを参照しながら説明す
る。
影する。この際に、周囲の外乱光の影響を低減させるた
めに、例えば、赤外ストロボからなる照明部2を、画像
撮影部1の撮影と同期して発光させることにより、被験
者の顔部を照明する。この照明部2としては、赤外スト
ロボの他に、赤外線を発光する赤外LEDでもよい。ま
た、照明部2から連続光を発光させれば、画像撮影部1
との同期は不要となり、構成が簡単になる。
00秒程度で高速シャッター動作させるのに同期して、
赤外LEDをパルス発光させれば、屋外等の外乱光の多
い環境下でも安定した画像を得ることができる。さら
に、室内等の限定された環境下であれば、照明部2を省
略することも可能である。
信号として画像入力部3に取り込まれる(ステップ10
0)。画像入力部3では、ビデオ信号をA/D変換し
て、2次元ディジタル画像を生成する(ステップ10
2)。本実施例においては、以降の処理はこのディジタ
ル画像に基づいて、ディジタル処理により行われるの
で、以後、単に画像という場合にはディジタル画像を意
味することとする。
顔画像の中から目の領域を検索して目を含む領域を抽出
領域として小領域抽出部42に指示し、小領域抽出部4
2で片目を含む小領域を目画像として抽出する(ステッ
プ104、106)。このように抽出された目画像を図
4に示す。目領域検索部41でこの目の領域を検索する
には、例えば、テンプレートマッチング法による画像処
理により顔画像の中から目の領域を検索してもよいし、
あるいは、操作者がキーボード、マウス、電子ペンまた
はライトペン等の目領域指示手段により顔画像の上で目
を指し示すことにより目の領域を指示してもよい。
部5の動作について説明する。目画像抽出部4の出力と
して、図4のような目画像が得られると、図5(a)に
示す、中心線L上の原画像の輝度変化は図5(b)のよ
うになる。エッジ画像生成部51では、この図5(b)
のような1次元画像を抽出して入力し、エッジ処理を行
い図5(c)に示すように、基準線上の画素毎の濃淡変
化の大きさを表す1次元エッジ画像を算出する(ステッ
プ108、110)。
えば、図6(a)に示すような単純な差分を求めるオペ
レータでよい。また、図6(b)に示すような平滑化の
機能を持つオペレータであれば、ノイズの影響を低減で
きる。なお、エッジ処理を行うオペレータとして、ソー
ベルオペレータ、ペレウィットオペレータ、またはロバ
ーツオペレータを用いてもよい。
線L上で、上まぶたと眼球との境界点Aと、下まぶたと
眼球との境界点Bとの距離hとして定義すれば、開度を
測定するためには、境界点A、Bを各々検出すればよい
ことになる。一般に、眼球部分は皮膚部分であるまぶた
に比べて、反射率が小さいため、暗く撮影されるので、
先の境界点Aでは、上から下に向かって明から暗へ、後
の境界点Bでは、上から下に向かって逆に暗から明に輝
度が急変する。このような輝度急変点では、エッジ画像
の値は極値点を持つことになるので、図5(c)のよう
な1次元のエッジ画像上で極値(ピーク値)を持つ点を
検出すれば、まぶたの開度の測定が可能となる。
ぶたと眼球との境界のみでなく、瞳孔と虹彩との境界
や、目のまわりのしわや影によっても生ずる。従って、
本実施例では目のまわりのしわや影によって誤検出しな
いように、次に述べる方法により、エッジ画像上で極値
を持つ点を選択しまぶたの開度の測定を行っている。
5(c)の1次元エッジ画像上で、エッジ値が正方向の
極大値を持つ点Pi(i=0,1)と、エッジ値が負方向の極小
値(絶対値は大)を持つ点Mi(i=0,1)とを算出する(ス
テップ112)。以後、極大値と極小値の両者をあわせ
て、エッジ極値点と呼ぶ。
期位置として、これらのエッジ極値点Pi 、Mi のうち
図5(b)の中点線L上の1次元画像のうち、最も暗い
点Cに隣接し、最も内側のエッジ極値点の組合せを点P
iと点Miとから一つずつ選択する(ステップ11
4)。図5の場合には、点P0と点M0との組合せが検
索の初期位置となるエッジ極値点に相当する。
点検索部52で検索されたエッジ極値点と検索の初期位
置となるエッジ極値点に基づいて、最初の検索区間を決
定する。すなわち、各々の検索の初期位置からより外側
のエッジ極値点を検索するように、正の極値点は上方
へ、負の極値点は下方へ検索するように検索区間を決定
する(ステップ116)。図5では、点P1と点M1と
が次のエッジ極値点であるので、点P0との点P1との
間が次の上方への検索区間になり、点M0と点M1との
間が次の下方への検索区間となる。このように定められ
た検索区間内で、エッジ値の符号が反転しているか否か
を符号検査部55で判定して、判定結果を境界点判定部
56へ出力する。境界判定部56では、新たな検索区間
が見つからなくなるか、あるいは、検索区間内でエッジ
値の符号が反転するまで、上方と下方へそれぞれ検索を
繰り返すよう、検索区間決定部53に指令を出力する
(ステップ116、118、120)。図5では、点P
0と点P1との間でエッジ値は常に正であり、また、点
M0と点M1との間でエッジ値は常に負であるので、点
P1と点M1とを新たな出発点とし、検索を繰り返すこ
とになる。検索区間決定部53で、エッジ極値点検索部
52の検索結果を基に、同様に上方と下方へそれぞれ検
索区間を決定することになるが、図5(c)では、P1
より上方に、また、M1より下方には、新たなエッジ極
値点が存在しないので、境界点判定部56では、検索終
了と判断し、点P1と点M1をまぶたと眼球との境界点
A、Bとする(ステップ122)。
B間の距離を計数して、まぶたの開度として出力する
(ステップ124)。
まぶたの下方にしわによる影が存在する場合を示す。こ
の場合も上記と同様に、図7(a)の中心線L上の1次
元画像を求めると共に、エッジ画像生成部51で図7
(b)の1次元原画像に対して図7(c)のような1次
元エッジ画像を算出する。この例では、エッジ極値点検
索部52の検索結果として、エッジ極値点Pi(i=0,1,
2)、Mi(i=0,1,2)が得られるので、境界点判定部56の
指令により、検索区間決定部53により検索区間を決定
し、符号検査部55でエッジ値の符号を検査する動作を
繰り返す。図7の場合も、点P0と点M0とを出発点と
して点P1と点M1とに至るまでは、図5の場合と同様
であるが、点M1から点M2への検索の際に、影による
暗領域の存在のため、エッジ値の符号が反転し、正の領
域エッジ極値点P2が存在する。従って、点M1で検索
を終了し、点P1と点M1との間の距離をまぶたの開度
として出力する。
して、上まぶた上にしわによる影がある場合を示す。こ
の場合も上記と同様に、図8(a)の中心線L上の1次
元画像を求めると共に、エッジ画像生成部51で図8
(b)の1次元原画像に対して図8(c)のような1次
元エッジ画像を求める。この例では、エッジ極値点検索
部52の検索結果として、エッジ極値点Pi(i=0,1,2)、
Mi(i=0,1,2)が得られるので、境界点判定部56の指令
により、検索区間決定部53により検索区間を決定し、
符号検査部55でエッジ値の符号を検査する動作を繰り
返す。図8の場合も、点P0と点M0とを出発点として
点P1と点M1とに至るまでは、図5の場合と同様であ
るが、点P1から点P2への検索の際に、まぶた上の影
による暗領域の存在のため、エッジ値の符号が反転し、
負のエッジ極値点M2が存在する。従って、点P1で検
索を終了し、点P1と点M1との間の距離をまぶたの開
度として出力する。
人の顔の造り等の個人差にかかわらず、まぶたと眼球と
の境界点の抽出が可能になり、正確なまぶたの開度の測
定が可能になる。
される画像に対して次々に所定時間毎に繰り返せば、ま
ぶた開度計測部5の出力として、図9のように、時系列
的な、例えば、1/30秒毎のまぶた開度データ列が得
られる。まばたき検出部6は、このまぶた開度データ列
からまばたきの閉眼時間や単位時間当りのまばたき回数
を演算して出力する。
に、中心線L上の1本の基準線について画像処理を行っ
たが、図10に示すように、まぶた開度計測部5による
処理を中心線Lの両側で適当な間隔d隔てて、例えば3
本ずつ計7本の複数の基準線について行い、7個のまぶ
た開度を平均すれば、よりノイズ等に影響されない計測
が可能になる。また、境界点の座標より、目の概略形状
も検出できる。
出力する目画像の中心線L上について処理を行ったが、
図11のように、目を含む小領域の水平方向の全幅に渡
って適当な間隔d隔てて設けた複数の基準線について処
理を行えば、目領域が目画像の中央に存在しなくとも、
正確な計測ができる。なお、このような処理を行った場
合、図12(a)に示すように、目でない部分を通過す
る基準線L1についての処理や、図13(a)に示すよ
うに、目頭の部分に存在するしわ等による影を通過する
基準線L2についての処理が問題となる。
合、その1次元エッジ画像は図12(b)のように明確
なエッジ極値点を持たず、また、図13(a)のような
場合には、一般に、影によるエッジ極値点は図13
(b)のように、小さいことが多いので、所定値以上の
エッジ極値点のみを処理するようにすれば、これらに影
響されずに計測することができる。
目の境界点として、誤検出した場合でも、図14のよう
に、境界点群が、目と影の部分にわかれて、2群化する
ので境界点群の座標の統計処理によりクラスタ化してク
ラスタ化された領域の大きさを判断することから目の境
界点群のみを抽出すれば、正確にまぶた開度を計測でき
る。
する構成とすれば、例えば、目の境界点群の重心座標を
演算することにより、重心座標から目領域の中心位置を
求めることができるので、先の実施例中で目領域検索部
41で、目領域の位置を求めなくとも、前フレームでの
目領域の中心位置を基に小領域抽出部42で目画像の抽
出ができる。この場合、被験者の頭部の動き等により目
の位置は画像中で移動するため、目領域が新たな目画像
の中央に必ずしも存在しないことになるが、小領域全幅
に渡ってまぶた開度計測部5における処理を行うように
しているため、正確なまぶた計測が可能となる。すなわ
ち、通常は、目領域検索部41を動作させなくとも、目
を追跡して、まぶたの開度計測ができ、目領域検索部4
1による処理は、起動時に1回と被験者の急激な動き等
により目の追跡が失敗した場合のみ行えばよいので、よ
り高速な処理ができる。
ジ画像を2値化せずに濃淡変化の極値を用いて処理して
いるので、撮影条件や顔の造り等の個人差に影響される
ことがなく、安定してまぶたの開度を計測できる、とい
う効果が得られる。
で、単に、眼の開閉のみでなく、眼の開閉速度や開眼時
の開度の変化も測定できる。
量の低減を図ることができる。
ある。
る。
得られる1次元原画像、(c)は1次元原画像から得ら
れる1次元エッジ画像を各々示す線図である。
概念図、(b)は平滑化の機能を持つオペレータを示す
概念図である。
の原画像、(b)はこの原画像から得られる1次元原画
像、(c)はこの1次元原画像から得られる1次元エッ
ジ画像を各々示す線図である。
原画像、(b)はこの原画像から得られる1次元原画
像、(c)はこの1次元原画像から得られる1次元エッ
ジ画像を各々示す線図である。
について行う場合の概念図である。
理を行う場合の概念図である。
を示す線図、(b)は(a)の原画像から得られる1次
元エッジ画像を示す線図である。
示す線図、(b)は(a)の原画像から得られる1次元
エッジ画像を示す線図である。
た状態を示す線図である。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 目を含む領域の濃淡画像を入力し、該領
域においてまばたき方向の基準線上の画素の濃淡変化を
表す1次元画像を抽出すると共に、前記1次元画像に基
づいて前記基準線上の画素毎の濃淡変化の大きさを表す
1次元エッジ画像を算出するエッジ画像算出手段と、 前記1次元エッジ画像における濃淡変化の極値に基づい
て上まぶたと眼球との境界を示す第1の境界点及び下ま
ぶたと眼球との境界を示す第2の境界点を検出するまぶ
た検出手段と、 検出した第1の境界点と第2の境界点との間の距離をま
ぶたの開度として検出するまぶた開度検出手段と、 を含むまぶたの開度検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06107296A JP3143819B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | まぶたの開度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06107296A JP3143819B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | まぶたの開度検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07313459A true JPH07313459A (ja) | 1995-12-05 |
JP3143819B2 JP3143819B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=14455510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06107296A Expired - Fee Related JP3143819B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | まぶたの開度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3143819B2 (ja) |
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