JPH1066678A - Non-contact line-of-sight measurement device - Google Patents

Non-contact line-of-sight measurement device

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Publication number
JPH1066678A
JPH1066678A JP8226456A JP22645696A JPH1066678A JP H1066678 A JPH1066678 A JP H1066678A JP 8226456 A JP8226456 A JP 8226456A JP 22645696 A JP22645696 A JP 22645696A JP H1066678 A JPH1066678 A JP H1066678A
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JP
Japan
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eyeball
line
camera
head
sight
Prior art date
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Pending
Application number
JP8226456A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Yoshikawa
厚 吉川
Yoshinobu Masatani
好伸 政谷
Takashi Tate
隆司 館
Shigetomo Mizuno
重智 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NATSUKU KK
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
NATSUKU KK
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by NATSUKU KK, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical NATSUKU KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the burdens to a testee, to substantially mitigate the limit of an operation range and to measure the line of sight with high accuracy. SOLUTION: A head part is irradiated with infrared ray light, the output of two cameras 1A and 1B for the head part is used and an eyeball position detection means 31 detects the position of an eyeball E from the reflected light of markers M1, M2 and M3. By using the eyeball position, a tracking control means 32 catches the eyeball E by the camera 2 for the eyeball and tracks it. The position of a cornea reflection line and a pupil center are detected from the output of the camera 2 for the eyeball and a line-of-sight vector is obtained by a line-of-sight vector calculation means 33. A line-of-sight placing means 34 spatially places the line-of-sight vector in a desired coordinate system.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、視線測定装置に関
し、特に被験者に負担をかけない簡易な位置マーカのみ
を用い、かつ、より高い精度で視線が検出可能な非接触
視線測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an eye gaze measuring apparatus, and more particularly to a non-contact eye gaze measuring apparatus which can detect a gaze with higher accuracy using only a simple position marker which does not burden a subject.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の視線測定装置は、主に被験者の頭
部を固定するタイプと被験者の頭部に検出装置をとりつ
けるタイプであった。これらは、ともに被験者の普段の
行動を著しく阻害し、視線測定において被験者に多大な
負担をかけていた。また、最近は、被験者の負担を軽減
する意味で非接触タイプが作られるようになってきた
が、検出装置が被験者に対して遠隔におかれているだけ
で、測定範囲が極めて限られており、事実上被験者が動
けない状態でしか測定できていない。被験者の動きの制
約をはずす方法として提案されている、画像処理などを
使って顔画像から視線を検出する方法は、画像処理に時
間がかかり時間特性が悪いことがあった。また、顔の検
出と同じカメラで視線を検出するため、精度がわるいと
いう欠点もあった。
2. Description of the Related Art Conventional gaze measuring apparatuses are mainly of a type in which a subject's head is fixed and a type in which a detecting device is attached to the subject's head. Both of these significantly impaired the subject's usual behavior and put a great burden on the subject in gaze measurement. In recent years, non-contact types have been made to reduce the burden on the subject, but the measurement range is extremely limited because the detection device is just remote from the subject. However, the measurement can only be performed when the subject cannot move. The method of detecting the line of sight from a face image using image processing or the like, which has been proposed as a method of removing the restriction on the movement of the subject, requires time for image processing and has poor time characteristics. Further, since the gaze is detected by the same camera as the face detection, there is a disadvantage that accuracy is poor.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】被験者の負担を軽く
し、また被験者が机上の作業をするのに十分な範囲を通
常の動作速度で動作でき、被験者の負担にならないよう
に、視線を十分高い精度で捉える装置を提供するために
は、被験者の眼球位置をかなり正確に把握する方法を提
供することが肝要である。
The subject's gaze is sufficiently high so as to reduce the burden on the subject and to operate the subject at a normal operation speed in a sufficient range for working on the desk, so that the subject is not burdened. In order to provide a device that captures with high accuracy, it is important to provide a method for fairly accurately grasping the eyeball position of a subject.

【0004】また、眼球位置は3次元計測からはかるの
であるから、3次元計測の誤差要因を除去することも同
時に必要である。光源が複数ある時には、複数光源から
の光の反射が誤差要因となったり、顔につけたマーカや
眼球以外に光を反射する眼鏡や皮膚などがある。
Further, since the position of the eyeball can be measured from the three-dimensional measurement, it is necessary to remove the error factor of the three-dimensional measurement at the same time. When there are a plurality of light sources, the reflection of light from the plurality of light sources may be an error factor, and there may be eyeglasses, skin, and the like that reflect light in addition to a marker or eyeball attached to the face.

【0005】本発明は上述の点にかんがみなされたもの
で、その目的は被験者の負担を軽くし、また被験者が机
上の作業をするのに十分な範囲を通常の動作速度で動作
でき、かつ視線を十分高い精度で捉える装置を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to reduce the burden on a subject, to operate the subject at a normal operating speed in a range sufficient for working on a desk, Is to provide a device that captures the image with sufficiently high accuracy.

【0006】また、机上の操作、特にコンピュータを使
った操作などは、モニタ上を見たり机の上を見たりと、
視線が複数の任意平面上を移動する。したがって、これ
らに対して、任意平面上に視線を布置し、何を見ている
かを特定できる装置を提供することである。
[0006] In addition, operations on a desk, particularly operations using a computer, are performed by looking at a monitor or a desk.
The line of sight moves on a plurality of arbitrary planes. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a device that can place a line of sight on an arbitrary plane and specify what the user is looking at.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の頭部用
カメラと高倍率の眼球用カメラを用いた非接触視線測定
装置であって、被験者の頭部に当てられた赤外光のう
ち、頭部につけられた少なくとも3個のマーカからの反
射光を前記複数の頭部用カメラでとらえ、頭部の位置と
顔の向いている方向を検出し、眼球位置を検出する眼球
位置検出手段と、前記複数の頭部用カメラによって検出
された眼球位置に、赤外光を当てる赤外光照射手段と、
前記高倍率の眼球用カメラによって眼球だけを捉え、前
記頭部用カメラからの情報によって眼球を常に追いかけ
る追尾制御手段と、前記眼球用カメラの出力から角膜反
射像の位置と瞳孔中心を検出し、視線ベクトルを求める
視線ベクトル算出手段と、前記視線ベクトルを所望の座
標系に変換して、視線位置と視線の方向を空間布置する
視線布置手段とを備えたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a non-contact gaze measuring apparatus using a plurality of head cameras and a high-magnification ophthalmic camera. Eyeball position detection for detecting reflected light from at least three markers attached to the head with the plurality of head cameras, detecting the position of the head and the direction of the face, and detecting the position of the eyeball. Means, an infrared light irradiating means for applying infrared light to an eyeball position detected by the plurality of head cameras,
Only the eyeball is captured by the high-magnification eyeball camera, tracking control means that constantly tracks the eyeball by the information from the head camera, and the position of the corneal reflection image and the pupil center are detected from the output of the eyeball camera, The apparatus includes a line-of-sight vector calculation unit for obtaining a line-of-sight vector, and line-of-sight setting unit for converting the line-of-sight vector into a desired coordinate system and spatially setting the line-of-sight position and the line-of-sight direction.

【0008】また、赤外線照射手段は、複数の赤外光照
射部をカメラレンズの周囲に配置して構成したものであ
る。
[0008] The infrared irradiating means comprises a plurality of infrared light irradiating sections arranged around a camera lens.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明は、視線の検出をし、非常
に高い精度で長時間測定する非接触視線測定装置であっ
て、頭部位置に赤外光を照射し、眼球の周囲につけた赤
外光を反射するマーカを複数台の頭部用カメラで感知
し、そのマーカの位置を3次元計測することによって、
位置と傾きを正確に測定する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to a non-contact gaze measuring device for detecting gaze and measuring for a long time with very high accuracy. By detecting the marker that reflects infrared light with multiple head cameras and measuring the position of the marker three-dimensionally,
Measure position and tilt accurately.

【0010】マーカは測定すべき眼球をマーカの重心に
おくように少なくとも3個布置することにより、高い精
度で頭部座標系の中心に眼球が存在すると仮定できる。
マーカの位置からその重心を計算し、その重心付近に眼
球中心があると仮定して、赤外光を照射し、それに同期
して後述する眼球用カメラで追尾する。なお、眼球中心
と重心点とのずれを常時計測し、このずれを補正するこ
とで、正確に眼球中心位置が設定され、頭部座標系が計
算される。
[0010] By arranging at least three markers so that the eyeball to be measured is located at the center of gravity of the marker, it can be assumed that the eyeball exists at the center of the head coordinate system with high accuracy.
The center of gravity is calculated from the position of the marker, and assuming that the center of the eyeball is located near the center of gravity, infrared light is irradiated, and tracking is performed by an eyeball camera described later in synchronization with the infrared light. In addition, the displacement between the center of the eyeball and the center of gravity is constantly measured, and by correcting the displacement, the position of the center of the eyeball is accurately set and the head coordinate system is calculated.

【0011】次に、3次元計測された頭部座標系中心に
合わせて、赤外光を照射し、かつそれに同期して前述し
たように眼球用カメラが追尾する。眼球用カメラは、瞳
孔像と角膜反射像を捉え、瞳孔像から瞳孔中心を求め、
眼球用カメラの中心に瞳孔がなくとも瞳孔中心の座標を
補正する。そして、角膜反射像と、補正された瞳孔中心
座標から視線ベクトルを求める。
Next, infrared light is emitted in accordance with the center of the three-dimensionally measured head coordinate system, and the eyeball camera tracks in synchronization with the infrared light as described above. The camera for the eyeball captures the pupil image and the corneal reflection image, finds the pupil center from the pupil image,
Even if there is no pupil at the center of the eyeball camera, the coordinates of the pupil center are corrected. Then, a gaze vector is obtained from the corneal reflection image and the corrected pupil center coordinates.

【0012】前記の手段により正確に検出された視線ベ
クトルを、あらかじめ設定された任意の平面上に計算に
よって投影し、その平面上に視線を布置する。この任意
の平面上に布置された視線をモデルとして提示する。こ
れにより、観察者はいつでも対象物体のどこを見ている
かが直ぐにわかる。
The line of sight vector accurately detected by the above means is projected by calculation on an arbitrary predetermined plane, and the line of sight is laid on the plane. The line of sight laid on this arbitrary plane is presented as a model. This allows the observer to immediately know where the target object is looking at any time.

【0013】[0013]

【実施例】まず、眼球位置検出方法について述べる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an eyeball position detecting method will be described.

【0014】図1は、測定すべき眼球Eの周囲にマーカ
をつけている図である。なお、Hは頭部を示す。M1,
M2,M3(以下、区別する必要のないときは、Mを用
いる。)は眼鏡フレームに付した3点のマーカの例を示
している。これらのマーカMを図2に示してある複数台
の頭部用カメラ1A,1Bによって3次元計測し、マー
カMの位置を観測する。
FIG. 1 is a diagram in which a marker is attached around the eyeball E to be measured. H indicates a head. M1,
M2 and M3 (hereinafter, M is used when it is not necessary to distinguish them) show examples of three markers attached to the spectacle frame. These markers M are three-dimensionally measured by a plurality of head cameras 1A and 1B shown in FIG. 2, and the positions of the markers M are observed.

【0015】図2では2台の頭部用カメラ1A,1Bを
使った場合を示している。頭部用カメラ1A,1Bから
どのくらいマーカMが離れているか、また向きはどの方
向かを頭部用カメラ1A,1Bのマーカ情報を互いに照
合し合うことで計算する。これによって、眼球Eの中心
のおおよその位置が測定できる。それをX,Y,Z情報
で画像処理部3内の頭部位置測定装置(図示せず)で求
めている。なお、図中の2は眼球用カメラ、4は赤外光
照射手段を示す。
FIG. 2 shows a case where two head cameras 1A and 1B are used. How far the marker M is away from the head cameras 1A and 1B and the direction of the direction are calculated by comparing the marker information of the head cameras 1A and 1B with each other. Thereby, the approximate position of the center of the eyeball E can be measured. It is obtained by the head position measuring device (not shown) in the image processing unit 3 based on the X, Y, and Z information. In the drawings, reference numeral 2 denotes an eyeball camera, and reference numeral 4 denotes an infrared light irradiation unit.

【0016】図3は、頭部位置に赤外光を照射し、頭部
HにつけたマーカMから被験者の頭部位置を測定するた
めの頭部用カメラ1A,1Bの配置ならびに赤外光照射
手段4の位置の一例を示す図である。8は観測対象で、
この例ではモニタとキーボード上としていることを示
す。赤外光が頭部用カメラ1A,1Bに直接照射される
ことを防ぐために、図3のように赤外光照射手段4の部
分はカメラのレンズの周囲に配置しておく。
FIG. 3 shows the arrangement of head cameras 1A and 1B for irradiating infrared light to the head position and measuring the position of the subject's head from a marker M attached to the head H, and the irradiation of infrared light. FIG. 4 is a diagram showing an example of a position of a means 4. 8 is the observation target,
In this example, it is indicated that the display is on a monitor and a keyboard. In order to prevent the infrared light from being directly irradiated to the head cameras 1A and 1B, the infrared light irradiating means 4 is arranged around the camera lens as shown in FIG.

【0017】図4は、上記のことをより詳しく説明した
ものである。頭部用カメラ1A(1B)の本体のレンズ
5に、図3で示された赤外光照射手段4が設けられてい
る。6は偏光板、7は赤外光だけを透過させるバンドパ
スフィルタである。図4において偏光板6を左右のカメ
ラで90度偏光を傾けておくことにより、図3の観測対
象8の左右に設けた赤外光照射手段4からの赤外光によ
り眼鏡フレーム等からの反射によるノイズ光が除去でき
る。
FIG. 4 illustrates the above in more detail. The infrared light irradiation means 4 shown in FIG. 3 is provided on the lens 5 of the main body of the head camera 1A (1B). Reference numeral 6 denotes a polarizing plate, and reference numeral 7 denotes a bandpass filter that transmits only infrared light. In FIG. 4, the polarization plate 6 is tilted by 90 degrees by the right and left cameras, so that the infrared light from the infrared light irradiation means 4 provided on the left and right of the observation target 8 in FIG. Noise light can be removed.

【0018】つまり、図5(a)のような構成にする
と、偏光板6があるため、右側頭部用カメラ1Bではた
とえば横方向偏向の光しか照射できないし、また逆に照
射方向と同一の方向に偏光がかかった光しか入射できな
い。したがって、他の光源によって生じたノイズは入射
されないことになる。これが、さらに多い複数光源によ
る場合では、適切なバンドパスフィルタ7を設けるなど
して、どの光源からの光を受容するかの識別を行うこと
がノイズの除去となる。このことを模試的に示したのが
図5(b)である。
That is, in the configuration as shown in FIG. 5A, the right head camera 1B can irradiate, for example, only light in a laterally deflecting direction because of the presence of the polarizing plate 6, and conversely, the same as the irradiating direction. Only light polarized in the direction can enter. Therefore, noise generated by other light sources will not be incident. In the case of a plurality of light sources, the noise is removed by providing an appropriate band-pass filter 7 and identifying which light source receives the light. FIG. 5B schematically shows this.

【0019】頭部位置情報により、眼球Eを捉える眼球
用カメラ2が眼球Eを追尾する仕組みを示したのが図6
である。32は追尾制御手段を示し、2は奥行き方向調
整フォーカス付きの眼球用カメラであり、9は横方向位
置調整ミラー、10は縦方向位置調整ミラー、11は光
軸、Mはマーカを示している。図6では、例として、
X,Yに関してはそれぞれの専用の追尾のためのミラー
による方法で示している。Zに関してはカメラ内部のフ
ォーカス機能によって調整する。これにより、眼球用カ
メラ2が常に眼球Eを正確なフォーカスで正しく捉える
ことができる。
FIG. 6 shows a mechanism in which the eyeball camera 2 for catching the eyeball E tracks the eyeball E based on the head position information.
It is. 32 is a tracking control means, 2 is an eyeball camera with a depth direction adjustment focus, 9 is a horizontal position adjustment mirror, 10 is a vertical position adjustment mirror, 11 is an optical axis, and M is a marker. . In FIG. 6, as an example,
Regarding X and Y, each is shown by a method using a mirror for dedicated tracking. Z is adjusted by a focus function inside the camera. Thereby, the eyeball camera 2 can always correctly capture the eyeball E with accurate focus.

【0020】図6をさらに詳しく説明する。まず、図6
の構成要素である図7から説明する。図7は、前記の光
源とカメラが同期して追尾する手段を示している。23
はハーフミラーであり、赤外光照射手段4とによって赤
外光を外部に出すのと同時に入射光を眼球用カメラ2に
出している。9は被験者の横方向(X)の動きを追尾す
るための横方向位置調整ミラーであり、10は縦方向
(Y)の動きを追尾するための縦方向位置調整ミラーで
ある。21はバンドパスフィルタ、22は眼球撮影レン
ズである。眼球用カメラ2と赤外光照射手段4はハーフ
ミラー23に対し共役に配置されている。しかも、追尾
用各ミラー9,10の後方にあるためユーザの動きにと
もないミラーが駆動しても常に同一の軌道上に同一の照
明条件で赤外光が照射され、かつ撮影可能となる。ま
た、この配置のメリットは撮影領域と照明領域が一致し
ているので、赤外光の照射範囲が極めて狭い領域に特定
できることである。すなわち、赤外光光源の小型化、照
射の高密度化が可能であり、このメリットは大きい。
FIG. 6 will be described in more detail. First, FIG.
7 will be described. FIG. 7 shows a means in which the light source and the camera track in synchronization. 23
Denotes a half mirror, which emits the infrared light to the outside by the infrared light irradiating means 4 and simultaneously emits the incident light to the eyeball camera 2. Reference numeral 9 denotes a horizontal position adjustment mirror for tracking the movement of the subject in the horizontal direction (X), and reference numeral 10 denotes a vertical position adjustment mirror for tracking the movement in the vertical direction (Y). Reference numeral 21 denotes a band pass filter, and reference numeral 22 denotes an eyeball photographing lens. The eyeball camera 2 and the infrared light irradiating means 4 are arranged conjugate to the half mirror 23. Moreover, since the mirrors are located behind the tracking mirrors 9 and 10, even if the mirrors are driven by the movement of the user, the infrared light is always illuminated on the same trajectory under the same illumination condition and the photographing can be performed. An advantage of this arrangement is that since the imaging region and the illumination region coincide with each other, it is possible to specify an infrared light irradiation range that is extremely narrow. That is, it is possible to reduce the size of the infrared light source and increase the irradiation density, and this advantage is great.

【0021】図8は、本発明の一実施形態の構成を示す
ブロック図である。図8において、31は眼球位置検出
手段で、頭部用カメラ1A,1Bの出力を処理する。3
2は前述した追尾制御手段で、眼球用カメラ2による眼
球Eの追尾制御を行う。33は視線ベクトル算出手段
で、眼球用カメラ2の出力を処理する。34は視線布置
手段で被験者の視線を表示する。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention. In FIG. 8, reference numeral 31 denotes an eyeball position detecting means for processing the outputs of the head cameras 1A and 1B. 3
Reference numeral 2 denotes the above-described tracking control means, which performs tracking control of the eyeball E by the eyeball camera 2. Reference numeral 33 denotes a line-of-sight vector calculation unit that processes the output of the eyeball camera 2. Reference numeral 34 denotes a line-of-sight arrangement means for displaying the line of sight of the subject.

【0022】次に、図8の実施例の動作を図1〜図6を
参照し、主として図9のフローチャートにより説明す
る。なお、図9中の(S1)〜(S12)は各ステップ
を示す。
Next, the operation of the embodiment of FIG. 8 will be described mainly with reference to FIGS. Note that (S1) to (S12) in FIG. 9 indicate each step.

【0023】眼球位置検出手段31は、マーカMの位置
から頭部用カメラ1A,1Bの中点からの距離,頭部H
の向きを求め、これによって眼球Eのおおよその位置を
検出する(S1)。3個のマーカM1〜M3の重心を求
め、後述する補正を加え(S2)、ここに眼球Eが存在
するものとする(S3)。求められた眼球位置から眼球
用カメラ2のフォーカスを設定し(S4)、さらに、両
位置調整ミラー9,10の設定を追尾制御手段32が行
う。これにより眼球用カメラ2は眼球Eを捉え、以後眼
球Eを追尾することになる(S5)。
The eyeball position detecting means 31 calculates the distance from the position of the marker M to the midpoint of the head cameras 1A and 1B, the head H
, And the approximate position of the eyeball E is detected (S1). The center of gravity of the three markers M1 to M3 is obtained, and a correction described later is added (S2), and it is assumed that the eyeball E exists here (S3). The focus of the eyeball camera 2 is set based on the obtained eyeball position (S4), and the tracking control means 32 sets the two position adjustment mirrors 9, 10. As a result, the eyeball camera 2 captures the eyeball E, and thereafter tracks the eyeball E (S5).

【0024】視線ベクトル算出手段33においては、眼
球用カメラ2から得られた映像を処理し、瞳孔像を抽出
する(S6)。瞳孔像は、瞳孔以外の映像も多く写って
いるので、それらの雑音部分を除去し(S7)、その中
心位置を計算する(S8)。眼球用カメラ2の追尾の情
報のX,Y,Zは頭部用カメラ1A,1Bの中心にある
という仮定であったので、検出された瞳孔中心からこれ
らを修正しX’,Y’,Z’を求める。
The line-of-sight vector calculation means 33 processes the image obtained from the camera for eyeball 2 and extracts a pupil image (S6). Since the pupil image includes many images other than the pupil, those noise portions are removed (S7), and the center position is calculated (S8). Since it was assumed that the X, Y, and Z of the tracking information of the eyeball camera 2 were at the center of the head cameras 1A and 1B, these were corrected from the detected pupil center and X ', Y', Z Ask for '.

【0025】また、同時に眼球用カメラ2によって、角
膜反射像を捉え(S9)、瞳孔中心位置と角膜反射像の
位置、ならびに、X’,Y’,Z’、それに生理学的見
地から眼球径、眼球中心の値を使用して、視線のベクト
ルを作成する(S10),(S11)。作成した視線ベ
クトルをあらかじめ測定しておいた、任意平面に幾何学
的な写像を行い、視線として平面上に布置する(S1
2)。
At the same time, the corneal reflection image is captured by the eyeball camera 2 (S9), and the pupil center position and the position of the corneal reflection image, X ', Y', Z ', and the eyeball diameter from the physiological point of view are determined. A line-of-sight vector is created using the value of the eyeball center (S10), (S11). The created line-of-sight vector is geometrically mapped to an arbitrary plane, which has been measured in advance, and is placed on the plane as a line of sight (S1).
2).

【0026】図10は、視線布置手段34による視線の
布置を説明する図で、机の上にパソコンPCとキーボー
ドKBが置かれており、表示平面としてあらかじめ設定
された平面PL1,PL2が用意されている。図10で
は、被験者の眼球EはキーボードKB上のキーの1つに
その視線が向けられている。そこで視線ベクトルと平面
PL2との交差点W2を求め、この点W2を表示する。
これによって、観察者は被験者がどこを見ているか即時
に分かる。
FIG. 10 is a view for explaining placement of the line of sight by the line of sight placement means 34. A personal computer PC and a keyboard KB are placed on a desk, and planes PL1 and PL2 preset as display planes are prepared. ing. In FIG. 10, the eyeball E of the subject is directed to one of the keys on the keyboard KB. Therefore, an intersection W2 between the line-of-sight vector and the plane PL2 is obtained, and this point W2 is displayed.
This allows the observer to immediately know where the subject is looking.

【0027】被験者がパソコンPCのディスプレイを見
たときは、このときの視線ベクトルと平面PL1との交
差点W1が表示される。このようにして視線ベクトルの
空間布置が行われる。
When the subject looks at the display of the personal computer PC, the intersection W1 between the line-of-sight vector at this time and the plane PL1 is displayed. In this manner, the spatial arrangement of the line-of-sight vectors is performed.

【0028】視線を観察するには、任意の平面に布置さ
せなければならない。その時、被験者に見せる場合と、
見せない場合がある。見せる場合は、例えば、図10の
平面PL1の場合、モニタ上だけに限定するとモニタに
直に視線を表示することが考えられる。平面PL2の場
合はレーザポインタ等で示すことができる。見せない場
合は、カメラで任意平面を撮影し、その映像に重畳させ
ることで表示できる。また、モニタのような表示装置の
場合は映像を分配して被験者には見えないモニタに重畳
するようにしてもよい。
In order to observe the line of sight, the user must place the camera on an arbitrary plane. At that time, when to show to the subject,
You may not show it. In the case of showing, for example, in the case of the plane PL <b> 1 in FIG. 10, it is conceivable that the line of sight is directly displayed on the monitor if it is limited to only the monitor. The plane PL2 can be indicated by a laser pointer or the like. If it is not shown, it can be displayed by taking an arbitrary plane with a camera and superimposing it on the video. In the case of a display device such as a monitor, the image may be distributed and superimposed on a monitor that is invisible to the subject.

【0029】なお、マーカMの設定はマーカの重心位置
に眼球Eがくるように配置するが、これは必ずしも正確
でなくてもよく、マーカMの数も3点である必要はな
く、3点以上あればよい。ただし、頭部Hの回転を考え
ると4点では45度の角度までしか首を傾けることが出
来ないが、3点の場合は60度まで可能となる。また、
重心位置に眼球Eがなくてもよいが、その場合の補正計
算について次に説明する。実際の眼球位置をKとし、マ
ーカの重心をGとした場合、マーカがM1〜M3の3点
の場合、補正以前は K=G であったのを、
The marker M is set so that the eyeball E is located at the center of gravity of the marker. However, this is not necessarily accurate, and the number of the markers M does not need to be three. I just need more. However, considering the rotation of the head H, the head can be tilted only up to 45 degrees at four points, but can be up to 60 degrees at three points. Also,
The eyeball E may not be at the position of the center of gravity, but the correction calculation in that case will be described below. If the actual eyeball position is K and the center of gravity of the marker is G, if the markers are M1 to M3, K = G before correction

【0030】[0030]

【数1】 で補正できる。ただし、P1,P2,P3は3次元計測
で求まった点のベクトルとし、PGは重心のベクトルと
する。Ex ,Eyはそれぞれ水平方向,垂直方向の補正
値で、眼球Eの中心の幾何寸法である。この補正値は、
眼鏡フレームが大きく動かないと仮定すると、画像処理
で眼球Eの全景を求めてその重心Gを捉えてもよいし、
装置作動の初期において眼球Eの位置を捉えている眼球
用カメラ2の映像を見て決めてもよい。これにより、か
なり正確に眼球Eを追いかける基礎ができる。
(Equation 1) Can be corrected with. Here, P1, P2, and P3 are vectors of points obtained by three-dimensional measurement, and PG is a vector of the center of gravity. Ex and Ey are correction values in the horizontal and vertical directions, respectively, and are the geometric dimensions of the center of the eyeball E. This correction value is
Assuming that the spectacle frame does not move significantly, the whole center of the eyeball E may be obtained by image processing and its center of gravity G may be captured,
The determination may be made by looking at the image of the eyeball camera 2 capturing the position of the eyeball E in the early stage of the operation of the apparatus. This provides a basis for chasing the eyeball E fairly accurately.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように、本発明は簡単なマーカを
眼球付近に着け、それに被験者の行動に影響をおよぼさ
ない赤外光を照射し、マーカからの反射を所望の光源か
らのみの反射光に限定して検出することで、高い精度で
マーカ位置が検出できる。たとえば、本発明を適用しな
い場合は室内のいろいろな照明装置のノイズとマーカ位
置や角膜反射像の分離が困難であり、それに伴い精度が
かなり落ちる。また、精度を犠牲にしても計算時間が膨
大にかかりリアルタイムの測定には使用できない。
As described above, the present invention attaches a simple marker to the vicinity of the eyeball, irradiates it with infrared light that does not affect the subject's behavior, and reflects the marker only from the desired light source. The marker position can be detected with high accuracy by detecting only the reflected light of the marker. For example, when the present invention is not applied, it is difficult to separate the noise of various lighting devices in the room from the marker position and the corneal reflection image, and accordingly, the accuracy is considerably reduced. Further, even if accuracy is sacrificed, the calculation time is enormous and cannot be used for real-time measurement.

【0032】また、赤外光のみを使用し、可視光を用い
ないことで、画像処理が早くなり、カメラのサンプル周
波数以内に十分検出可能であり、それにしたがって、被
験者の動きに追従することも正確に行える。
Further, since only infrared light is used and no visible light is used, image processing is accelerated, detection can be sufficiently performed within the sampling frequency of the camera, and accordingly, it is possible to follow the movement of the subject. Can be done accurately.

【0033】また、高倍率の眼球用カメラによって眼球
のみを撮影しているので、かなりの高精度で視線ベクト
ルを検出できる。条件がそろえば視野角にして0.3度
以内の精度測定が可能である。しかも、被験者は簡単な
マーカを3個以上つけるだけで他の拘束は一切しない。
Further, since only the eyeball is photographed by the high-magnification eyeball camera, the line-of-sight vector can be detected with considerably high accuracy. If the conditions are met, it is possible to measure the accuracy within 0.3 degrees of the viewing angle. Moreover, the subject only attaches three or more simple markers and does not perform any other constraints.

【0034】また、視線を任意の座標に布置できること
から、たとえば、机上においた計算機環境を操作すると
きの視線を測定する場合でも、モニタ上の視線だけでな
く、キーボードの視線やその他の物体上の視線を捉える
ことができる。
Further, since the line of sight can be placed at arbitrary coordinates, for example, when measuring the line of sight when operating the computer environment on a desk, not only the line of sight on the monitor but also the line of sight of the keyboard or other objects Can catch the line of sight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明において検出対象となる眼球の周囲につ
ける頭部検出用マーカの一例を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a head detection marker provided around an eyeball to be detected in the present invention.

【図2】本発明における頭部検出の動作原理の概要を示
した図である。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the operation principle of head detection in the present invention.

【図3】本発明における頭部検出用の赤外光の照射位置
と頭部用カメラの配置の例を示した図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an irradiation position of infrared light for head detection and an arrangement of a head camera according to the present invention.

【図4】本発明における頭部用カメラの赤外光照射手段
の取り付け位置とバンドパスフィルタ、偏光板の取り付
け位置を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing an attachment position of an infrared light irradiating means of the head camera and an attachment position of a bandpass filter and a polarizing plate in the present invention.

【図5】本発明における複数光源によるノイズの除去を
示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing noise removal by a plurality of light sources according to the present invention.

【図6】本発明における眼球位置を眼球用カメラで追尾
する動作原理を示した図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation principle of tracking an eyeball position by an eyeball camera according to the present invention.

【図7】図6の詳細説明のための説明補助図である。FIG. 7 is an explanatory auxiliary diagram for detailed description of FIG. 6;

【図8】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of one embodiment of the present invention.

【図9】図8の実施例の動作を説明するためのフローチ
ャートである。
FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment in FIG. 8;

【図10】本発明における視線を任意の平面に布置する
仕組みを示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing a mechanism for laying a line of sight on an arbitrary plane according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M1〜M3 マーカ E 眼球 H 頭部 PC パソコン KB キーボード PL1,PL2 平面 W1,W2 視線ベクトルと平面との交差点 1A,1B 頭部用カメラ 2 眼球用カメラ 21 バンドパスフィルタ 22 眼球撮影レンズ 23 ハーフミラー 3 画像処理部 31 眼球位置検出手段 32 追尾制御手段 33 視線ベクトル算出手段 34 視線布置手段 4 赤外光照射手段 M1 to M3 Marker E Eyeball H Head PC Personal computer KB Keyboard PL1, PL2 Plane W1, W2 Intersection between line of sight vector and plane 1A, 1B Head camera 2 Camera for eyeball 21 Bandpass filter 22 Eyeball photographing lens 23 Half mirror 3 Image processing unit 31 Eyeball position detection means 32 Tracking control means 33 Eye vector calculation means 34 Eye placement means 4 Infrared light irradiation means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 館 隆司 東京都港区西麻布一丁目2番7号 株式会 社ナック内 (72)発明者 水野 重智 東京都港区西麻布一丁目2番7号 株式会 社ナック内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Tate 1-2-7 Nishi-Azabu, Minato-ku, Tokyo NAC Inside (72) Inventor Shigetoshi Mizuno 1-2-7 Nishi-Azabu, Minato-ku, Tokyo Shares In company knack

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の頭部用カメラと高倍率の眼球用カ
メラを用いた非接触視線測定装置であって、 被験者の頭部に当てられた赤外光のうち、頭部につけら
れた少なくとも3個のマーカからの反射光を前記複数の
頭部用カメラで捉え、頭部の位置と顔の向いている方向
を検出し、眼球位置を検出する眼球位置検出手段と、 前記複数の頭部用カメラによって検出された眼球位置
に、赤外光を当てる赤外光照射手段と、 前記高倍率の眼球用カメラによって眼球だけを捉え、前
記頭部用カメラからの情報によって眼球を常に追いかけ
る追尾制御手段と、 前記眼球用カメラの出力から角膜反射像の位置と瞳孔中
心を検出し、視線ベクトルを求める視線ベクトル算出手
段と、 前記視線ベクトルを所望の座標系に変換して、視線位置
と視線の方向を空間布置する視線布置手段と、を備えた
ことを特徴とする非接触視線測定装置。
1. A non-contact eye-gaze measuring device using a plurality of head cameras and a high-magnification ophthalmic camera, wherein at least one of infrared lights applied to a subject's head is applied to the head. Eyeball position detection means for detecting reflected light from the three markers with the plurality of head cameras, detecting the position of the head and the direction in which the face is facing, and detecting the eyeball position; An infrared light irradiating unit that irradiates infrared light to an eyeball position detected by the camera for use, tracking control that catches only the eyeball with the high-magnification eyeball camera, and always tracks the eyeball with information from the head camera. Means, a line-of-sight vector calculating means for detecting the position of the corneal reflection image and the center of the pupil from the output of the eyeball camera, and calculating a line-of-sight vector, and converting the line-of-sight vector into a desired coordinate system, Space direction Non-contact gaze measuring apparatus characterized by comprising: a sight constellation means for location, the.
【請求項2】 赤外線照射手段は、複数の赤外光照射部
をカメラレンズの周囲に配置して構成したことを特徴と
する請求項1記載の非接触視線測定装置。
2. The non-contact sight line measuring device according to claim 1, wherein the infrared irradiating means is constituted by arranging a plurality of infrared light irradiating sections around a camera lens.
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