KR100372933B1 - Apparatus and method for three dimensional position detection of eye gazing point - Google Patents

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Abstract

본 발명은 응시점의 삼차원 좌표값을 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for calculating a three-dimensional coordinate value of a gaze point.

본 발명 장치의 조작자가 한 점을 응시하고 있을 때, 본 발명장치 내에 설정된 기준점으로 부터 눈의 각 부분의 여러 점들의 삼차원 좌표값을 구한다. 이 삼차원 좌표값을 이용하여 각 눈이 바라보고 있는 응시 방향과 눈의 동공 중심점의 삼차원 위치 좌표값을 산출한다. 이 산출 값을 이용하여 눈이 응시하는 방향을 직선의 방향으로 하며 눈의 동공 중심점을 통과하는 응시직선을 각 눈에 대하여 구한다. 이 응시직선들의 교점의 좌표를 찾으면 그 좌표값이 조작자가 응시하고 있는 응시점의 삼차원 좌표값이 된다. 이와 같은 방법으로, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 점을 기준점으로 하는, 응시점의 삼차원 좌표값을 구하며, 이 값을 지향체의 자동 지향 또는 조준 등에 응용할 수 있다.When the operator of the apparatus of the present invention gazes at a point, three-dimensional coordinate values of various points of each part of the eye are obtained from the reference point set in the apparatus of the present invention. Using these three-dimensional coordinate values, the three-dimensional position coordinate values of the gaze direction viewed by each eye and the pupil center point of the eye are calculated. Using this calculated value, the eye gaze direction is a straight line, and a gaze straight line passing through the eye center point of the eye is obtained for each eye. When the coordinates of the intersections of the gaze straight lines are found, the coordinate values become the three-dimensional coordinate values of the gaze point gaze at by the operator. In this way, a three-dimensional coordinate value of a gaze point is obtained, which is based on a point set in the apparatus of the present invention or a point at which a relative position is known from the point, and the value is applied to an automatic orientation or aiming of the director. Can be.

Description

응시점의 삼차원 좌표값 산출 장치 및 방법{Apparatus and method for three dimensional position detection of eye gazing point}Apparatus and method for three dimensional position detection of eye gazing point}

본 발명은 두 눈의 영상을 이용한 응시점의 삼차원 좌표값의 산출에 관한 것이다.The present invention relates to the calculation of three-dimensional coordinate values of gaze points using images of two eyes.

본 발명이 속하는 기술 분야는 영상을 기반으로 하는 눈의 응시점 산출과 이를 통한 인간과 기계와의 인터페이스 분야이다.The technical field to which the present invention belongs is the field of eye gaze calculation based on an image and an interface between a human and a machine.

종래에는 눈의 영상으로부터 눈의 각 점의 삼차원 위치좌표 값을 직접 구하여 사용하지 않고, 눈동자의 모양 분석이나 얼굴 상에서 눈동자의 상대적 위치 등을 분석하여 눈동자의 응시 방향을 찾았다. 그러므로 조작자의 눈동자의 특징 및 형태, 얼굴 모양 또는 조작자의 응시 습관, 영상획득 장치와 눈의 위치 관계 등에 관한 사전 지식이 요구되고 응시방향 산출 알고리즘이 복잡하였다. 또한 여러가지개별적 상황에서 산출 값이 다르게 나올 수 있으므로 각 상황에 따른 보정이 요구되는 단점이 있었다.Conventionally, the eye gaze direction was found by analyzing the shape of the pupil or the relative position of the pupil on the face, without directly obtaining and using three-dimensional position coordinate values of each point of the eye from the image of the eye. Therefore, prior knowledge of the characteristics and shape of the operator's eyes, the shape of the face or the operator's gaze, the relationship between the image acquisition device and the eye position is required, and the gaze direction calculation algorithm is complicated. In addition, since the calculated value may come out differently in various individual situations, there was a disadvantage in that correction is required for each situation.

그러나 본 발명장치와 그 방법에서는 눈의 각 점의 삼차원 위치좌표 값을 눈의 영상으로부터 직접 구한 후, 그 값을 이용하여 공간 기하학적으로 응시점의 삼차원 좌표값을 찾기 때문에, 조작자 눈동자의 특징 및 형태, 얼굴 모양 또는 조작자의 응시 습관, 영상획득 장치와 눈의 위치 관계 등에 관한 사전 지식이 전혀 필요하지 않고, 응시방향 산출 알고리즘이 간단하다. 또한 산출값이 여러 가지 개별 상황에 영향을 받지 않으므로, 상황에 따른 보정이 필요 없게 된다.However, in the present invention and the method, since three-dimensional position coordinate values of each point of the eye are directly obtained from the image of the eye, the three-dimensional coordinate values of the gaze point are searched spatially geometrically using the values, so that the characteristics and shape of the operator pupil No prior knowledge of the shape of the face, the gaze of the operator, the positional relationship between the image acquisition device and the eye is required, and the gaze direction calculation algorithm is simple. In addition, the calculated value is not influenced by various individual situations, and thus no need for correction is required.

기존에는, 공간상의 목표지점으로 발사체나 사격 장치 등과 같은 지향체를 정밀하게 지향시키거나 조준할 필요가 있는 경우에 지향체에 가늠자와 가늠쇠와 같은 보조장치를 설치하고 조작자가 직접 눈으로 보며 지향체를 움직여 지향하거나 조준하는 방법 등을 주로 사용하였다.Conventionally, when it is necessary to precisely aim or aim a target such as a projectile or a shooting device as a target point in space, an auxiliary device such as a scale and a scale is installed on the director, and the operator directly sees the target. They mainly used to move or aim and aim.

그러나, 본 발명 방법과 장치를 이용하면, 조작자는 단지 목표점을 바라보기만 하면, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준점으로 하여, 본 발명 장치 조작자의 각 눈의 동공 중심까지의 삼차원 좌표값을 추출하고 또한, 각 눈의 응시방향을 계산하며, 이 값들을 이용하여 본 발명 장치 조작자의 응시점의 삼차원 좌표값을 구할 수 있다. 따라서 이것을 이용하여 지향체를 자동으로 지향하거나 조준 할 수 있고, 임의의 물체를 응시점 위치로 이동시키거나 응시점 위치에 표식을 할 수 있는 등, 다양한 분야에서눈의 응시 만으로 각종 장치를 제어하는데 활용이 가능하다. 이것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제이다.However, using the method and apparatus of the present invention, the operator of the present invention is based on one point set within the apparatus of the present invention or one point that can know the relative position from the point, as long as the operator merely looks at the target point. The three-dimensional coordinate value up to the pupil center of each eye of the eye is extracted, and the gaze direction of each eye is calculated, and the three-dimensional coordinate value of the gaze point of the operator of the device of the present invention can be obtained using these values. Therefore, it can be used to direct or aim the directing object automatically, move any object to the gaze point position, or mark the gaze point position. It can be used. This is a technical problem to be achieved by the present invention.

도 1은 본 발명의 방법을 나타낸 처리단계 흐름도1 is a process flow diagram illustrating a method of the present invention.

도 2는 눈 각 부분의 명칭도2 is a name diagram of each part of the eye

도 3은 좌표계 및 응시점 위치 벡터 설명도3 is an explanatory diagram of a coordinate system and a gaze point position vector

본 발명 장치인 "응시점의 삼차원 좌표값 산출장치"는The apparatus of the present invention "the three-dimensional coordinate value calculation device of the gaze point"

조작자가 두 눈으로 한 점을 응시할 때, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준점으로 하여, 응시점 (gazing point)의 삼차원 공간상 좌표값을 구하는 장치이다.When the operator gazes at a point with both eyes, the gaze point is obtained by calculating a three-dimensional spatial coordinate value based on a point set in the present invention or a point at which a relative position can be known from the point. Device.

눈은 흰자위와 검은자위로 구분 할 수 있고, 흰자위는 공막(sclera)(14)이며 검은자위는 홍채(iris)부(15)와 홍채의 가운데 구멍인 동공(pupil)(16)으로 구성된다고 할 수 있다. 본 발명의 구성 및 작용을 설명하는데 있어서, 흰자위와 검은자위의 경계를 공막과 홍채의 경계선(13)이라고 칭하며 동공이 이루는 원(circle)를 동공의 경계선(12)이라고 칭한다. 또한 공막과 홍채의 경계선을 포함하는 원형 판 (disc)을 가상한 후, 이를 홍채원판(iris disc)이라고 정의한다. 마찬가지로 동공의 경계선을 포함하는 원형판을 가상한 후, 이를 동공원판(pupil disc)이라고 정의한다. 응시직선을 구하는데 있어서 홍채원판의 중심점이나 동공원판의 중심점 중 어느 것을 이용하더라도 결과에는 차이가 없다. 따라서 홍채원판의 중심점이나 동공원판의 중심점을 동공중심점(pupil center)(11)이라고 정의한다.The eyes can be divided into white and black, and the white is composed of the sclera (14) and the black is composed of the iris (15) and the pupil (pupil) 16, which is the center hole of the iris. Can be. In explaining the structure and operation of the present invention, the boundary between the white and the black is called the boundary line 13 of the sclera and the iris, and the circle formed by the pupil is called the boundary line 12 of the pupil. In addition, after a circular disc (disc) including the boundary between the sclera and the iris, it is defined as the iris disc (iris disc). Similarly, after imagining the circular plate including the boundary line of the pupil, it is defined as a pupil disc. There is no difference in using either the center point of the iris disc or the center point of the dong park version to obtain the gaze straight line. Therefore, the center point of the iris disc or the center point of the dong park plate is defined as a pupil center 11.

본 발명장치의 구성은, 눈의 공막과 홍채 그리고 동공의 일부 또는 전부를 포함하는 좌우측 눈의 영상을 획득하기 위하여, 카메라 또는 영상센서를 배열하여 구성한 "영상 획득부"와,The apparatus of the present invention comprises an "image acquisition unit" configured by arranging a camera or an image sensor in order to acquire an image of left and right eyes including the sclera and iris of the eye and a part or all of the pupil;

상기 영상 획득부에서 얻은 영상들로부터 좌우측 눈의 공막과 홍채와의 경계선 상의 점들이나, 동공의 경계선 상의 점들의 삼차원 좌표값을, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준 점으로 하여, 산출하는 "눈의 삼차원 좌표값 산출부"와, (영상 획득부와 눈의 삼차원 좌표값 산출부를 합하여 "눈의 삼차원 좌표값 획득부"라 한다.)From the images obtained by the image acquisition unit, the three-dimensional coordinate values of the points on the boundary line between the left and right eye sclera and the iris, or the points on the pupil boundary line, or a relative position from the point can be known. The "three-dimensional coordinate value calculation part of the eye" which is calculated based on one point which exists, and (the three-dimensional coordinate value acquisition part of the eye combined with the image acquisition part and the three-dimensional coordinate value calculation part of the eye.)

상기 눈의 삼차원 좌표값 획득부에서 산출된 눈의 각 부분 점들의 삼차원 좌표값을 이용하여 각 눈이 응시하는 응시직선(gazing line)을 상기 기준점에 대하여 계산하는 "응시직선 산출부"와,A "gaze straight line calculator" for calculating a gazing line gaze by each eye with respect to the reference point by using three-dimensional coordinate values of the respective point points of the eye calculated by the eye three-dimensional coordinate value acquisition unit;

상기 응시직선 산출부에서 구한 각 눈들의 응시직선들의 교점을 찾아 이 점을 상기 기준점에 대한 응시점의 삼차원 좌표값으로 정하는 "응시점의 삼차원 좌표값 산출부"로 구성하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it consists of a "three-dimensional coordinate value calculation unit of gaze point" to find the intersection point of the gaze straight line of each eye obtained by the gaze straight line calculation unit to determine this point as the three-dimensional coordinate value of the gaze point with respect to the reference point.

이 발명 장치와 관련하여, 조작자가 두 눈으로 한 점을 응시할 때, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준점으로 하여, 응시점의 삼차원 공간상 좌표값을 구하는 방법은,In relation to the apparatus of the present invention, when the operator gazes at a point with both eyes, the coordinate point of the gaze point is set as a reference point based on a point set in the apparatus of the present invention or a point at which a relative position is known from the point. To get the value,

영상획득 수단을 이용하여 좌우측 눈의 영상을 얻는 영상 획득단계와,An image acquiring step of acquiring an image of left and right eyes using an image acquiring means;

상기 영상 획득단계에서 얻은 영상들로 부터 좌우측 눈의 공막과 홍채와의 경계선 상의 점들이나, 동공의 경계선 상의 점들의 삼차원 좌표값을, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준점으로 하여, 산출하는 눈의 삼차원 좌표값 산출 단계로 이루어지는 눈의 삼차원 좌표값 획득 단계(10)와,From the images obtained in the image acquisition step, the three-dimensional coordinate values of the points on the boundary line between the sclera and the iris of the left and right eyes, and the points on the boundary line of the pupil are determined at one point or relative position from the point of the present invention. A three-dimensional coordinate value obtaining step (10) of the eye, which comprises a three-dimensional coordinate value calculating step of the eye to be calculated based on one possible point;

상기 눈의 삼차원 좌표값 획득 단계에서 획득된 점들의 삼차원 좌표값을 이용하여 각 눈이 응시하는 응시직선을 상기 기준점에 대하여 계산하는 "응시직선 산출 단계"(20)와,A "looking straight line calculating step" 20 for calculating a gaze straight line gazed by each eye with respect to the reference point using the three-dimensional coordinate values of the points acquired in the step of acquiring the three-dimensional coordinate values of the eye;

상기 응시직선 산출 단계에서 구한 각 눈들의 응시직선들의 교점을 찾아 이 점을 상기 기준점에 대한 응시점의 삼차원 좌표값으로 정하는 "응시점의 삼차원 좌표 산출 단계"(30)로 이루어 진다.It consists of a "three-dimensional coordinate calculation step of gaze point" (30) to find the intersection of the gaze straight line of each eye obtained in the gaze straight line calculation step and set this point as the three-dimensional coordinate value of the gaze point with respect to the reference point.

여기서, 첫째 단계인 눈의 삼차원 좌표값 획득단계(10)에 대하여 구체적인 방법은 아래와 같다.Here, a specific method for the three-dimensional coordinate value acquisition step 10 of the eye, which is the first step, is as follows.

"눈의 삼차원 좌표값 획득단계"(10)는"Obtaining three-dimensional coordinate values of the eye" (10)

본 발명장치 내에 설정된 기준점으로부터 상대적 위치가 변하지 않도록 고정된 카메라 또는 영상센서를 이용하여 눈의 공막과 홍채와 동공의 일부 또는 전부를 포함하는 좌우측 눈의 영상을 획득한다.An image of a left and right eye including a part or all of the sclera and the iris and the pupil of the eye is obtained by using a camera or an image sensor fixed so that the relative position does not change from the reference point set in the apparatus of the present invention.

획득된 좌우측 눈의 영상으로 부터 본 발명장치 내에 설정된 기준점으로부터 좌우측 눈의 공막과 홍채의 경계선 상의 점들이나 동공의 경계선 상의 점들의 삼차원 좌표값을 직접 구한다.From the obtained left and right eye images, three-dimensional coordinate values of points on the boundary line of the sclera and iris of the left and right eyes or points on the boundary line of the pupil are directly obtained from the reference point set in the apparatus.

실시의 예로서, 두 대 이상의 카메라 또는 영상센서로부터 획득된 좌우측 눈의 영상에서, 좌우측 눈의 공막과 홍채의 경계선 상의 점들이나 동공의 경계선 상의 점들을 찾아낸다. 그리고, 좌우측 눈의 영상들 사이에서 상기 각 점들에 대한 동일한 점(matching point)의 2차원 영상 좌표계(image coordinate) 상의 좌표값을 찾아낸다.As an example, in the images of the left and right eyes obtained from two or more cameras or image sensors, points on the boundary line of the sclera and iris of the left and right eyes or points on the boundary line of the pupil are found. Then, a coordinate value on a two-dimensional image coordinate system of a matching point for each of the points between the images of the left and right eyes is found.

그 다음으로는, 상기 각 점들의 동일한 점에 대하여 카메라나 영상센서의 양안시차(disparity)를 이용한 삼각 측량법(triangulation)으로, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준점으로 하여, 상기 점들의 삼차원 좌표값을 구하게 된다.Next, a triangulation method using binocular disparity of a camera or an image sensor with respect to the same point of each of the points, and a point set in the apparatus of the present invention or a relative position can be known from the point. Using one point as a reference point, three-dimensional coordinate values of the points are obtained.

둘째 단계인 "응시직선 산출 단계"(20)에 대한 구체적인 방법들은 아래와 같다.Specific methods for the second step, “line of sight gaze” 20 are as follows.

동공의 중심점과 응시점을 지나는 평면을 응시평면(gazing plane)으로 정의한다. 이와같이 정의된 응시평면을 두 개 구하는 단계와, 두 응시평면의 교선 (intersection)을 구하여 이 교선을 응시 직선으로 정하는 단계로 구성된다.The plane passing through the center point of the pupil and the gaze point is defined as a gazing plane. Obtaining two gaze planes defined in this way, and determining the intersection of the two gaze planes and defining this intersection as a gaze straight line.

또는, 눈이 응시하는 방향을 산출하는 단계와, 눈의 동공 중심점의 삼차원 좌표값 산출 단계와, 눈이 응시하는 방향을 직선의 방향으로 하고 눈의 동공 중심점을 통과하는 응시직선을 구하는 단계로 구성된다.Or calculating a direction in which the eye gazes; calculating a three-dimensional coordinate value of the pupil center point of the eye; and obtaining a gaze straight line passing through the eye center point of the eye with the eye gaze direction as a straight line. do.

우선, 상기한 응시평면 두 개를 구하는 방법은,First, the method of obtaining the two gaze planes described above is

공막과 홍채와의 경계선상에 최소한 세 점을 임의로 택하여 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 선분을 두 개 만들고, 각 선분에 대하여 수직 이등분 면을 만들면 이것이 응시평면들이다. 또는, 동공의 경계선상에 최소한 세 점을 임의로 택하여 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 선분을 두 개 만들고, 각 선분에 대하여 수직 이등분 면을 만들면 이것이 응시평면들이다.At least three points are randomly selected on the boundary between the sclera and the iris, and two non-parallel lines are formed by connecting two random points, and vertical bisectors for each line are gaze planes. Or, at least three points are randomly selected on the boundary line of the pupil, and two non-parallel line segments formed by any two points among them are created, and vertical bisectors for each line segment are gaze planes.

그리고, 응시 직선을 정하는 방법은And how to determine the straight line

위와 같이 구한 두 응시평면의 교선을 구하면 된다.The intersection of the two gaze planes obtained as above is obtained.

눈이 응시하는 방향을 산출하는 단계는,Calculating the direction the eye stares

눈의 공막과 홍채와의 경계선 상의 최소한 세 점을 임의로 택하여, 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 벡터를 두 개 만든다. 그리고, 눈의 바깥쪽으로 방향이 정해지도록 그 두 벡터를 벡터곱(cross product)하여, 여기서 나온 벡터의 방향을 응시 방향으로 정하면 된다.At least three points on the boundary line between the sclera of the eye and the iris are randomly selected to create two non-parallel vectors that follow any two of them. Then, the two vectors are cross-productd so that the direction is determined to the outside of the eye, and the direction of the vector obtained as the gaze direction is determined.

또는, 동공의 경계선 상의 점들 중에서 임의 세 점을 택하여, 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 벡터를 두 개 만든다. 그리고, 눈의 바깥쪽으로 방향이 정해지도록 그 두 벡터를 벡터곱하여, 여기서 나온 벡터의 방향을 응시 방향으로 정하면 된다.Alternatively, any three of the points on the boundary line of the pupil are selected to create two non-parallel vectors that are generated by connecting any two of the points. Then, the two vectors are multiplied by the vector so that the direction is determined to the outside of the eye, and the direction of the vector derived from this is determined as the gaze direction.

동공 중심점의 삼차원 좌표 산출 단계는,The three-dimensional coordinate calculation step of the pupil center point is

공막과 홍채와의 경계선상에 최소한 세 점을 임의로 택하여 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 선분을 두 개 만들고 각각의 수직 이등분선을 홍채의 경계선을 포함하는 평면인 홍채원판 상에 긋고 그 것의 교점을 구한다. 그리고, 그 교점의 삼차원 좌표값을 상기 기준점에 대하여 동공 중심점의 삼차원 좌표값으로 정하면 된다.At least three points are randomly selected on the boundary between the sclera and the iris, and two non-parallel segments formed by connecting two random points are formed on the iris disc. Draw and find the intersection of them. The three-dimensional coordinate value of the intersection may be determined as the three-dimensional coordinate value of the pupil center point with respect to the reference point.

또는, 동공의 경계선상에 최소한 세 점을 임의로 택하여 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 선분을 두 개 만들고 각각의 수직 이등분선을 동공의 경계선을 포함하는 평면인 동공원판 상에 긋고 그 것의 교점을 구한다. 그리고, 그 교점의 삼차원 좌표값을 상기 기준점에 대하여 동공 중심점의 삼차원 좌표값으로 정하면 된다.Alternatively, at least three points are randomly selected on the boundary line of the pupil, and two non-parallel lines formed by connecting two random points among them are formed, and each vertical bisector is formed on the plane of the plane, which includes the boundary line of the pupil. Draw and find the intersection of them. The three-dimensional coordinate value of the intersection may be determined as the three-dimensional coordinate value of the pupil center point with respect to the reference point.

셋째 단계인, 응시점의 삼차원 좌표값 산출 단계(30)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Referring to the third step, the three-dimensional coordinate value calculation step 30 of the gaze point in detail as follows.

조작자가 두 눈으로 한 점을 응시할 때, 그 응시점의 삼차원 공간상의 좌표값을 구하려면, 응시직선 산출 단계에서 구한 각 눈의 응시직선들의 교점을 삼차원 좌표계에서 찾고, 그 교점의 삼차원 좌표값을 상기 기준 점에 대한 응시점의 삼차원 좌표값으로 정하면 된다.When the operator gazes at a point with both eyes, to find the coordinate value in the three-dimensional space of the gaze point, the intersection point of the gaze straight lines of each eye obtained in the gaze straight line calculation step is found in the three-dimensional coordinate system, and the three-dimensional coordinate value of the intersection point is obtained. What is necessary is just to set it as the three-dimensional coordinate value of the gaze point with respect to the said reference point.

여기서 구한 응시점의 삼차원 좌표값은 눈의 광축(optical axis)에 대한 응시점이다. 그러나 실제로, 눈의 광축과 눈의 응시축(visual axis)은 고정된 각도로 틀어져 있으므로, 실제 응시점을 찾기 위해서는 이 각도를 이용하여 단순 보정을 하면 된다.The three-dimensional coordinate value of the gaze point obtained here is a gaze point with respect to the optical axis of the eye. In practice, however, the optical axis of the eye and the visual axis of the eye are distorted at a fixed angle, so a simple correction can be made using this angle to find the actual gaze point.

그리고, 응시점의 삼차원 좌표 산출 단계에서 산출된 좌표값을 이용하여, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준 점으로 하여 설치된 지향체를, 응시점 방향으로 지향시킬 수 있다.Then, using the coordinate values calculated in the three-dimensional coordinate calculation step of the gaze point, the directing body provided with one point set in the apparatus of the present invention or one point whose relative position can be known from the point, is a gaze point. Can be oriented in a direction.

응시점의 삼차원 좌표 산출 단계(30)에서 산출된 좌표값을 이용하여, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준 점으로 하여 위치해 있는 물체를 응시점 위치로 이동시키거나 또는 응시점 위치에 표식을 할 수 있다.Using the coordinate values calculated in the three-dimensional coordinate calculation step 30 of the gaze point, an object located with reference to a point set in the apparatus of the present invention or a point where a relative position can be known from the point. It can be moved to a location or marked at the gaze point.

좌우측 눈의 공막과 홍채와의 경계선 상의 점들이나, 동공의 경계선 상의 점들의 삼차원 좌표값을 획득하는 대신에, 콘텍트 렌즈(contact lens)에 최소한 세곳 이상의 특징점을 표시하여 이를 각 눈에 착용함으로써, 응시직선을 구하는데 필요한 특징점의 삼차원 좌표값을 쉽게 찾을 수 있다.Instead of acquiring the three-dimensional coordinates of the points on the boundary between the sclera and the iris of the left and right eyes or the points of the pupil's boundary, at least three feature points are displayed on the contact lens and worn on each eye. It is easy to find the three-dimensional coordinates of the feature points needed to find a straight line.

이와 같은 산출 방법을 수학적으로 기술하면 다음과 같다.This calculation method is described mathematically as follows.

응시점의 삼차원 좌표값을 구하기 위한 삼차원 기준 좌표계(world coordinate)의 원점을 상기 발명장치의 한 점에 설정한다.An origin of a three-dimensional world coordinate system for obtaining a three-dimensional coordinate value of a gaze point is set at one point of the apparatus.

도 3 에서 수학적 분석을 위한 좌표계의 설정 및 눈의 동공 중심점의 위치, 눈의 응시방향 벡터, 응시점을 나타내었다. 여기서 수식들의 전개에 쓰이는 모든 위치좌표 또는 위치벡터들은 상기 삼차원 기준 좌표계 (X,Y,Z)에 대해 전개하며, (XG,YG,ZG)는 지향체의 좌표계이다. EL은 좌측 동공의 중심점이고 ER은 우측 동공의 중심점이며, T는 응시점이다.Figure 3 shows the setting of the coordinate system for mathematical analysis and the location of the pupil center point of the eye, the gaze direction vector of the eye, and the gaze point. Here, all positional coordinates or positional vectors used for the development of the equations are expanded with respect to the three-dimensional reference coordinate system (X, Y, Z), and (X G , Y G , Z G ) is the coordinate system of the directing body. E L is the center point of the left pupil, E R is the center point of the right pupil, and T is the gaze point.

첫째, 눈의 응시직선을 산출하는 방법은,First, the way to calculate the eye gaze straight line,

눈의 응시직선은 동공의 중심을 지나면서 눈의 응시 방향벡터(gazing vector)와 같은 방향을 갖는 직선이다. 응시직선을 찾기 위하여 홍채와 공막의 경계선을 이루는 홍채원주(iris circle)(13) 상에 임의의 세 점 P1, P2,P3를 택하거나 또는 동공의 경계선을 이루는 동공원주(pupil circle)(12) 상에 임의의 세 점 P1, P2,P3를 택한다. 그 다음에 P1과 P3를 잇는 선분을 수직 이등분하는 평면 S1.을 구하면 S1은 동공의 중심과 응시점을 포함하는 응시평면이 된다. 또한 P2와 P3를 잇는 선분을 수직 이등분하는 평면 S2를 찾으면 S2역시 또 하나의 응시평면이 된다.이때, S1과 S2가 만나는 교선을 구하면 그 교선이 바로 응시직선 L이 된다.The gaze straight line of the eye is a straight line passing through the center of the pupil and having the same direction as the gazing vector of the eye. Select any three points P 1 , P 2 , P 3 on the iris circle 13 forming the boundary between the iris and the sclera to find the gaze line, or the pupil circle forming the boundary of the pupil. Choose any three points P 1 , P 2 , and P 3 on (12). Then, find a plane S 1. that vertically bisects the line connecting P 1 and P 3 and S 1 becomes the gaze plane containing the center of the pupil and the gaze point. Also, if we find a plane S 2 that vertically bisects the line connecting P 2 and P 3, then S 2 is another gaze plane, and when we find the intersection where S 1 and S 2 meet, the intersection is the straight line L. .

응시직선 L을 구하는 과정을 단계적으로 수식으로 서술하면 다음과 같다.The process of finding the gaze straight line L can be described in the following steps.

제1단계인 홍채원주를 포함하는 가상의 평면인 홍채원판(iris disc) 또는 동공원주를 포함하는 가상의 평면인 동공원판(pupil disc)에 수직인 방향의 단위벡터를 구하는 단계는,The step of obtaining a unit vector in a direction perpendicular to an iris disc, which is a virtual plane including an iris circumference, or a pupil disc, which is an imaginary plane including a dongjuk,

상기한 세 점 P1, P2,P3의 3차원 위치벡터를 각각라고 하면, 홍채원판 또는 동공원판에 수직인 단위벡터는 다음의 식으로 주어진다.The three-dimensional position vectors of the three points P 1 , P 2 , and P 3 are respectively In this case, the unit vector perpendicular to the iris disc or the park plate is given by the following equation.

여기서,는 점 P3로 부터 점 P1으로 향하는 단위벡터이고는 점 P3로 부터 점 P2로 향하는 단위벡터이다.here, Is the unit vector from point P 3 to point P 1 Is the unit vector from point P 3 to point P 2 .

제2단계인 점 P1과 P3를 잇는 선분을 수직 이등분하는 평면 S1및 P2와 P3를 잇는 선분을 수직 이등분하는 평면 S2를 두 개의 응시평면들로서 구하는 단계는,The second step is to obtain the plane S 1 which vertically bisects the line connecting points P 1 and P 3 and the plane S 2 which vertically bisects the line connecting P 2 and P 3 as two gaze planes.

점 P1과 P3를 잇는 선분을 수직 이등분하는 평면 S1상의 임의의 점을 나타내는 위치벡터은 다음 식으로 주어진다.Position vector representing any point on plane S 1 that vertically bisects the line connecting points P 1 and P 3 Is given by

여기서α 1β 1은 임의의 값을 갖는 실수이다.Where α 1 and β 1 are real numbers with arbitrary values.

점 P2과 P3를 잇는 선분을 수직 이등분하는 평면 S2상의 임의의 점을 나타내는 위치 벡터는 다음 식으로 주어진다.Position vector representing any point on plane S 2 that vertically bisects the line connecting points P 2 and P 3 Is given by

여기서α 2β 2는 임의의 값을 갖는 실수이다.Where α 2 and β 2 are real numbers with arbitrary values.

제3단계인 평면 S1과 평면 S2의 교선 즉, 응시직선을 구하는 단계는,The third step of obtaining the intersection of the plane S 1 and the plane S 2 , that is, the gaze straight line,

두 평면 S1과 S2의 교선을 구하기 위해서는 아래 벡터방정식을 만족시키는α 1, α 2, β 1 , β 2값들을 구하여야 한다.In order to find the intersection of two planes S 1 and S 2, the values of α 1, α 2, β 1, and β 2 satisfying the following vector equation should be obtained.

식 (4)에서 벡터만이 홍채원판 또는 동공원판에 수직방향이고, 나머지 벡터항들은홍채원판 또는 동공원판에 평행방향이므로, 식 (4)가 성립하기 위해서는 Vector from equation (4) Since only the bay is perpendicular to the iris disc or the park, and the remaining vector terms are parallel to the iris disc or the park, the equation (4)

과,and,

이 성립하여야 한다.This must be true.

식 (6)을 만족시키는α 1, α 2의 해를 각각α 1C, α 2C라하고,β 1=β 2=β라고 하면 평면 S1과 평면 S2의 교선 즉, 응시직선 L상의 임의의 점을 나타내는 위치벡터은 다음과 같이 주어진다.If the solutions of α 1 and α 2 satisfying equation (6) are α 1C and α 2C , respectively, and β 1 = β 2 = β , the intersection of plane S 1 and plane S 2 , that is, the arbitrary The position vector representing the point Is given by

여기서,here, Is

로 주어지는 벡터로서 홍채원주 상에 임의의 세 점 P1, P2,P3을 택한 경우에는 홍채원판의 중심점의 위치벡터가 되고, 동공원주 상에 임의의 세 점 P1, P2,P3를 택한 경우에는 동공원판의 중심점의 위치벡터가 된다.Vector any three points on the iris circumference as given by P 1, P 2, if you select the P 3 is provided with a position vector of the iris disc center point, any three points on the pupil circumference P 1, P 2, P 3 If is selected, it becomes the position vector of the center point of the park.

둘째, 눈이 응시하는 방향을 산출하는 방법은,Secondly, the method of calculating the eye gaze,

눈의 응시방향은 홍채원주를 포함하는 평면인 홍채원판 또는 동공원주를 포함하는 평면인 동공원판에 수직으로 근사화할 수 있다. 근사에 의한 오차는 응시점 계산 과정에서 단순 보정할 수 있다. 따라서 홍채원주 상에 있는 임의의 세 점의 3차원 위치벡터를 각각라고 하거나 또는 동공원주상의 임의의 세 점의 3차원 위치벡터를 각각라고 하면 눈의 응시방향을 나타내는 단위벡터인 응시벡터는 상기한 수식 (1)과 같이 구해진다.The eye gaze direction may be approximated perpendicularly to the iris disc which is the plane containing the iris circumference or the dong park which is the plane including the dong park. The error due to the approximation can simply be corrected during the gaze point calculation process. Therefore, each three-dimensional position vector of three random points on the iris circumference Or three-dimensional position vectors of three random points Is a unit vector representing the eye's gaze direction. Is obtained as in the above formula (1).

셋째, 동공 중심점의 삼차원 좌표 산출 방법은,Third, the three-dimensional coordinate calculation method of the pupil center point,

상기한대로, 응시면의 교선을 구함으로써 응시직선을 구하는 세 단계를 거치면서 동공의 중심점은 식 (8)과 같이 구하여 진다. 그러나 동공의 중심점의 위치만을 별도로 구하는 방법을 서술하면, 동공원주 상에 임의의 세 점 P1, P2,P3를 택하고, P1과 P3를 잇는 선분을 수직 이등분하면서 동공원판 상에 있는 직선 /1과 P2와 P3를 잇는 선분을 수직 이등분하면서 동공원판 상에 있는 직선 /2의 교점이 동공원판의 중심점이 된다. 수식 상으로 직선 /1과 직선 /2상의 임의의 점을 나타내는 위치벡터는 각각As described above, the center point of the pupil is obtained as shown in Equation (8) through three steps of obtaining the gaze straight line by finding the intersection of the gaze plane. However, when describing the method for obtaining only the position of the pupil center point separately, selecting any three points P 1, P 2, P 3 to the cavity circumference, and on the pupil disc while bisector perpendicular to a line segment connecting the P 1 and P 3 The intersection of the straight line / 1 and the straight line / 2 on the park plate becomes the center point of the park plate while vertically dividing the line connecting P 1 and P 2 and P 3 . In the equation, the position vectors representing arbitrary points on the straight line / 1 and the straight line / 2 are respectively

로 주어진다. 여기서,는 점 P3로 부터 점 P1으로 향하는 단위벡터이고는 점 P3로 부터 점 P2로 향하는 단위벡터이다. 위의 두 직선의 교점인 동공원판의 중심점을 나타내는 위치벡터는 방정식Is given by here, Is the unit vector from point P 3 to point P 1 Is the unit vector from point P 3 to point P 2 . Position vector representing the center point of the same park as the intersection of the two straight lines Is an equation

만족시키는α 1, α 2의 해인α 1C, α 2C에 의하여,By α 1C and α 2C which are solutions of α 1 and α 2 to satisfy,

로 주어진다.Is given by

홍채원주상의 임의의 세점 P1, P2,P3를 택하는 경우에는 위와 같은 방법으로 구해지는 위치벡터는 홍채원판의 중심점을 나타낸다. 이와같이 구해진 동공원판의 중심점이나, 홍채원판의 중심점을 동공의 중심점으로 한다.If any three points P 1 , P 2 , and P 3 on the iris circumference are selected, the position vector obtained by the above method Represents the center point of the iris disc. The center point of the dong park version and the center point of the iris disc thus obtained are the center points of the pupil.

넷째, 눈의 응시점(gazing point)의 삼차원 좌표를 산출하는 방법은,Fourth, the method of calculating the three-dimensional coordinates of the gazing point of the eye,

목표물 응시자의 좌측 동공의 중심점 및 우측 동공 중심점의 3차원 위치벡터를 각각좌측과 우측 눈의 응시방향 단위 벡터들을 각각이라고 하자. 좌측 동공의 중심점과 응시 점 T를 잇는 응시직선 상의 점을 나타내는 위치벡터및 우측 동공의 중심점과 응시 점 T를 잇는 응시직선 상의 점을 나타내는 위치벡터은 다음과 같이 주어진다.Each of the target candidate's 3D position vectors of the center of the left pupil and the center of the right pupil The gaze direction unit vectors of the left and right eyes, respectively Let's say. Position vector representing the point on the gaze line connecting the center point of the left pupil and the gaze point T And a position vector representing a point on the gaze straight line connecting the center point of the right pupil and the gaze point T. Is given by

여기서 k1과 k2는 임의의 실수이다. 위의 두 직선의 교점이 응시점이 되므로, 응시점의 위치를 구하기 위해서는Where k 1 and k 2 are arbitrary real numbers. Since the intersection of the above two straight lines becomes the gaze point, to find the position of the gaze point

를 만족시키는 k1과 k2값을 구해야 한다. 방정식 (15)를 만족시키는 k1 ,k2의 해인 k1c과 k2c에 대하여 응시점의 위치벡터는We need to find the values of k 1 and k 2 that satisfy. For k 1c and k 2c , the solutions of k 1 and k 2 satisfying equation (15), the position vector of the gaze point is

으로 주어진다.Given by

다섯째, 지향체를 응시점 방향으로 지향시키는 방법은,Fifth, the method of directing the director in the direction of gaze point,

도 3을 보면 지향체 좌표계를 기준으로 하는 응시점의 위치벡터Referring to FIG. 3, the position vector of the gaze point based on the directing coordinate system Is

상기한 방법으로 구한 기준 좌표계에 대한 응시점의 위치벡터인를 이용하여 다음 식으로 간단하게 구할 수 있다.The position vector of the gaze point with respect to the reference coordinate system It can be found simply by using

가 된다. 여기서,는 기준 좌표계에 대한 지향체 좌표계의 원점의 위치벡터이다. 그리고, 응시점을 지향하기 위한 지향체의 회전각도는 각각Becomes here, Is the position vector of the origin of the orientation coordinate system with respect to the reference coordinate system. And, the angle of rotation of the directing body for directing the gaze point Are each

로 계산된다.Is calculated.

여섯째, 임의의 물체나 표식을 응시점 위치로 이동시키거나 또는 응시점 위치에 표식을 하는 방법은,Sixth, a method of moving an object or mark to a gaze point position or marking a gaze point position,

기준 좌표계에 대하여 산출된 응시점의 위치벡터인의 삼차원 좌표값 위치로 물체를 이동시키거나 또는의 삼차원 좌표값 위치에 표식을 하면 된다.The position vector of the gaze point computed relative to the reference coordinate system Move the object to the three-dimensional coordinate value of, or Just mark the three-dimensional coordinate value of.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 기존의 방식과 달리, 본 발명 장치의 조작자가 목표점을 응시하기만 하면, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준 점으로 하여, 응시 점에 대한 삼차원 좌표 값이 추출된다.As described above, in the present invention, unlike the conventional method, the operator of the apparatus of the present invention only needs to stare at the target point. As a reference point, a three-dimensional coordinate value for the gaze point is extracted.

이 장치의 특징은 본 발명장치와 눈 사이의 위치관계를 미리 알고 있지 않아도 된다. 아울러, 본 발명 장치에서는 눈의 특징이나 얼굴 모양, 응시 습관 등에 대한 사전 지식이 요구되지 않는다.The feature of this device is that it is not necessary to know in advance the positional relationship between the device of the present invention and the eye. In addition, the apparatus of the present invention does not require prior knowledge of eye features, facial features, gaze habits, and the like.

즉, 본 발명 장치는 눈의 각 점들의 삼차원 좌표값을 직접 추출하는데 이 값들은 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준 점으로 하여 계산된다. 그러므로 본 발명 장치와 조작자가 공간상의 어느 위치에 있더라도 응시점의 삼차원 좌표를 구할 수 있다.That is, the apparatus of the present invention directly extracts three-dimensional coordinate values of each point of the eye, and these values are calculated based on a point set in the apparatus of the present invention or a point at which the relative position is known from the point. Therefore, the apparatus and the operator of the present invention can obtain the three-dimensional coordinates of the gaze point at any position in space.

또한, 카메라 또는 영상센서로부터 획득하는 영상을 이용한 방법이므로 눈에 부가적인 장치를 부착하거나 별도의 신호용이나 제어용 배선이 필요 없게 된다.In addition, since the method using the image obtained from the camera or the image sensor, it is not necessary to attach additional devices to the eye or separate signal or control wiring.

본 발명장치에 지향체를 장착하여 연동시키고 조작자는 목표점을 응시하기만 하면 지향체를 응시점으로 자동적으로 지향할 수 있다.By attaching the directing body to the apparatus of the present invention and allowing the operator to stare at the target point, the operator can automatically direct the directing object to the gaze point.

본 발명의 구체적인 응용의 예로는, 서치라이트, 조명등, 헤드 라이트, 지시등, 레이저, 카메라, 마이크, 추진체, 발사체, 사격 장치 등의 지향체를 조작자가 주시하고 있는 응시 점으로 자동적으로 지향 또는 조준할 수 있다. 또한 임의의 물체를 응시점 위치로 이동시키거나, 응시점 위치에 표식을 할 수 있다. 한 응용 예로는 조작자가 주시하고 있는 컴퓨터 모니터상에서 응시점으로 커서를 자동적으로 이동시킬 수 있다. 결국, 다양한 분야에서 눈의 응시 만으로 각종 장치를 제어하는데 활용이 가능하다.Examples of specific applications of the present invention include automatically directing or aiming a directing object such as a searchlight, a lighting lamp, a headlight, an indicator light, a laser, a camera, a microphone, a propellant, a projectile, and a shooting device to a gaze point gazeed by an operator. Can be. Also, any object may be moved to a gaze point position or a mark may be placed on the gaze point position. One application is to automatically move the cursor to the gaze point on the computer monitor the operator is looking at. As a result, it can be utilized to control various devices by eye gaze in various fields.

Claims (14)

본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 점을 기준점으로 하여, 좌우측 눈의 공막(sclera)(14)과 홍채(iris)(15)와의 경계선(13)상의 점들이나, 동공(pupil)(16)의 경계선(12) 상의 점들의 삼차원 좌표값을 획득하는 "눈의 삼차원 좌표값 획득부"와,Points on the boundary line 13 between the sclera 14 and the iris 15 of the left and right eyes, based on a point set in the apparatus of the present invention or a point at which a relative position is known from the point. A "three-dimensional coordinate value acquisition part of the eye" for acquiring three-dimensional coordinate values of points on the boundary line 12 of the pupil 16, 상기 눈의 삼차원 좌표값 획득부에서 산출된 점들의 삼차원 좌표값을 이용하여 각 눈이 응시하는 응시직선(gazing line)을 상기 기준점에 대하여 계산하는 "응시직선 산출부"와,A "looking straight line calculator" for calculating a gazing line for each eye by using a three-dimensional coordinate value of points calculated by the three-dimensional coordinate value obtaining unit of the eye with respect to the reference point; 상기 응시직선 산출부에서 구한 각 눈들의 응시직선들의 교점을 찾아 이 점을 상기 기준점에 대한 응시점의 삼차원 좌표값으로 정하는 "응시점의 삼차원 좌표값 산출부"로Finds the intersections of the gaze straight lines of the eyes obtained by the gaze straight line calculating unit, and sets this point as a three-dimensional coordinate value of the gaze point with respect to the reference point. 구성되는 "응시점의 삼차원 좌표값 산출 장치"."Three-dimensional coordinate value calculation device of the gaze point" configured. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 눈의 삼차원 좌표값 획득부는,The three-dimensional coordinate value acquisition unit of the eye, 본 발명장치 내에 설정된 기준점으로부터 상대적 위치가 변하지 않도록 고정된 카메라 또는 영상센서를 이용하여 눈의 공막과 홍채와 동공의 일부 또는 전부를 포함하는 좌우측 눈의 영상을 획득하기 위한 영상 획득부와,An image acquisition unit for acquiring an image of left and right eyes including a part or all of the sclera, the iris and the pupil of the eye by using a camera or an image sensor fixed so that the relative position does not change from the reference point set in the apparatus of the present invention; 획득된 좌우측 눈의 영상을 이용하여, 본 발명장치 내에 설정된 기준점으로부터 좌우측 눈의 공막과 홍채의 경계선 상의 점들이나 동공의 경계선 상의 점들의 삼차원 좌표값을 직접 구하는 눈의 삼차원 좌표값 산출부로Using the obtained left and right eye images, the three-dimensional coordinate value calculation unit of the eye that directly obtains the three-dimensional coordinate values of the points on the boundary line of the sclera and iris of the left and right eyes or the point of the pupil boundary from the reference point set in the present invention device 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.A device characterized in that it is made. 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준점으로 하여, 좌우측 눈의 공막(14)과 홍채(15)와의 경계선 (13) 상의 점들이나, 동공(16)의 경계선(12) 상의 점들의 삼차원 좌표값을 획득하는 "눈의 삼차원 좌표값 획득 단계"(10)와,Points on the boundary line 13 between the sclera 14 and the iris 15 of the left and right eyes, or the pupil 16, based on a point set in the apparatus of the present invention or a point at which a relative position is known from the point. "Obtaining three-dimensional coordinate values of an eye" 10 for obtaining three-dimensional coordinate values of points on the boundary line 12 of 상기 눈의 삼차원 좌표값 산출부에서 산출된 점들의 삼차원 좌표값을 이용하여 각 눈이 응시하는 응시직선을 상기 기준점에 대하여 계산하는 "응시직선 산출 단계"(20)와,A “stare straight line calculation step” 20 for calculating a gaze straight line gaze by each eye using the three-dimensional coordinate values of the points calculated by the three-dimensional coordinate value calculator of the eye with respect to the reference point; 상기 응시직선 산출부에서 구한 각 눈들의 응시직선들의 교점을 찾아 이 점을 상기 기준점에 대한 응시점의 삼차원 좌표값으로 정하는 "응시점의 삼차원 좌표값 산출 단계"(30)로To find the intersection of the gaze straight lines of the eyes obtained by the gaze straight line calculating unit, and set this point as the three-dimensional coordinate value of the gaze point with respect to the reference point. 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 "응시점의 삼차원 좌표값 산출 방법"."Three-dimensional coordinate value calculation method of gaze point" characterized in that consisting of. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein "눈의 삼차원 좌표값 획득단계"(10)는"Obtaining three-dimensional coordinate values of the eye" (10) 본 발명장치 내에 설정된 기준점으로부터 상대적 위치가 변하지 않도록 고정된 카메라 또는 영상센서를 이용하여 눈의 공막과 홍채와 동공의 일부 또는 전부를포함하는 좌우측 눈의 영상을 획득하기 위한 영상 획득단계와,An image acquiring step of acquiring an image of left and right eyes including a part or all of the sclera and the iris and the pupil of the eye by using a camera or an image sensor fixed so that the relative position does not change from a reference point set in the apparatus of the present invention; 획득된 좌우측 눈의 영상을 이용하여, 본 발명장치 내에 설정된 기준점으로부터 좌우측 눈의 공막과 홍채의 경계선 상의 점들이나 동공의 경계선 상의 점들의 삼차원 좌표값을 직접 구하는 눈의 삼차원 좌표값 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And calculating a three-dimensional coordinate value of the eye by using the acquired left and right eye images to directly obtain three-dimensional coordinate values of points on the boundary line of the sclera and iris of the left and right eyes and points on the boundary line of the pupil from the reference point set in the present invention. Characterized in that the method. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein "응시직선 산출 단계"(20)는, 동공의 중심과 응시점을 지나는 두 개의 응시 평면을 구하는 단계와 두 평면의 교선을 구하여 이 교선을 응시직선으로 정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.The step of calculating the gaze straight line (20) comprises the steps of obtaining two gaze planes passing through the center of the pupil and the gaze point, and determining the intersection of the two planes to define the gaze straight line. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 두 개의 응시 평면을 구하는 단계는,Finding the two gaze planes, 공막과 홍채와의 경계선상에 최소한 세 점을 임의로 택하고 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 선분을 2개 만드는 단계와 각 선분에 대하여 수직 이등분 면을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Randomly selecting at least three points on the boundary between the sclera and the iris, and creating two non-parallel segments that connect any two of the points, and creating a vertical bisector for each segment. How to feature. 또는, 동공의 경계선상에 최소한 세 점을 임의로 택하고 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 선분을 2개 만드는 단계와 각 선분에 대하여 수직 이등분 면을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Or randomly selecting at least three points on the boundary line of the pupil and creating two non-parallel segments that are continuous from any two of the points and creating a vertical bisector for each line segment. How to. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein "응시직선 산출 단계"(20)는,"Straight line calculation step" (20), 눈이 응시하는 방향을 산출하는 단계와 눈의 동공 중심점의 삼차원 좌표산출 단계와 눈이 응시하는 방향을 직선의 방향으로 하고 눈의 동공 중심점을 통과하는 응시직선을 구하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.Calculating a direction in which the eye gazes; calculating a three-dimensional coordinate of the pupil center point of the eye; and obtaining a gaze straight line passing through the eye center point of the eye with the direction of the eye gazing in a straight line direction. Way. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 눈이 응시하는 방향을 산출하는 단계는,Calculating the direction the eye stares 눈의 공막과 홍채와의 경계선 상에 최소한 세 점을 임의로 택하는 단계와,Randomly selecting at least three points on the border between the sclera of the eye and the iris, 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 벡터를 두 개 만드는 단계와, 눈의 바깥쪽으로 방향이 정해지도록 그 두 벡터를 벡터곱(cross product)하여, 여기서 나온 벡터의 방향을 응시 방향으로 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Create two non-parallel vectors that connect any two of the points, cross-product the two vectors so that they are oriented outward of the eye, and look at the direction of the vector The method comprising the step of determining. 또는, 동공의 경계선 상에 최소한 세 점을 임의로 택하는 단계와,Or optionally selecting at least three points on the boundary of the pupil, 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 벡터를 두 개 만드는 단계와, 눈의 바깥쪽으로 방향이 정해지도록 그 두 벡터를 벡터곱하여, 여기서 나온 벡터의 방향을 응시 방향으로 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Creating two non-parallel vectors resulting from any two of the points, and multiplying the two vectors so that the direction is outward of the eye, and setting the direction of the vector as the gaze direction. Characterized in that. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 동공 중심점의 삼차원 좌표 산출 단계는,The three-dimensional coordinate calculation step of the pupil center point is 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 점을 기준점으로 하는 삼차원 좌표계에서,In a three-dimensional coordinate system based on a point set in the present invention or a point at which a relative position is known from the point, 공막과 홍채와의 경계선상에 최소한 세 점을 임의로 택하여 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 선분을 2개 만들고 각 선분에대하여 수직 이등분선을 홍채의 경계선을 포함하는 평면상에 긋고 그 것의 교점을 구하는 단계와 그 교점을 상기 기준점에 대하여 동공 중심점의 삼차원 좌표로 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Select at least three points on the boundary between the sclera and the iris, create two non-parallel segments that connect any two of them, and for each line, create a vertical bisector on the plane containing the iris boundary. Drawing an intersection of the same and determining the intersection with the three-dimensional coordinates of the pupil center point with respect to the reference point. 또는, 동공의 경계선상에 최소한 세 점을 임의로 택하여 그 점 중에서 임의의 두 점을 이어 생기는 서로 평행하지 않은 선분을 2개 만들고 각 선분에대하여 수직 이등분선을 동공의 경계선을 포함하는 평면상에 긋고 그 것의 교점을 구하는 단계와 그 교점을 상기 기준점에 대하여 동공 중심점의 삼차원 좌표로 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Alternatively, at least three points are randomly selected on the boundary line of the pupil, and two non-parallel lines are formed by connecting any two points among them, and a vertical bisector is drawn on the plane including the boundary line of the pupil for each line segment. Obtaining an intersection thereof and defining the intersection point in three-dimensional coordinates of the pupil center point with respect to the reference point. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 응시점의 삼차원 좌표 산출 단계(30)는,Three-dimensional coordinate calculation step 30 of the gaze point, 응시직선 산출 단계(20)에서 구한 각 눈의 응시직선들의 교점을, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준점으로 하여, 응시점의 삼차원 좌표값으로 정하는 것을 특징으로 하는 방법.The point of intersection of the gaze straight lines of each eye obtained in the gaze straight line calculating step 20 is one point set in the apparatus of the present invention or a point from which the relative position can be known. The method characterized in that. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 눈의 광축(optical axis)과 눈의 응시축(visual axis)의 틀어진 각도를 고려하여 그 각도만큼 응시직선들의 방향을 보정한 후, 응시직선들의 교점을 구하여 응시점의 삼차원 좌표값을 산출하는 방법.How to calculate the three-dimensional coordinate value of the gaze point by correcting the direction of the gaze straight line by considering the distorted angle between the optical axis of the eye and the visual axis of the eye . 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 응시점의 삼차원 좌표 산출 단계(30)에서 산출된 좌표값을 이용하여, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준 점으로 하여 설치된 지향체를, 응시점 방향으로 지향시키는 방법.Using the coordinate values calculated in the three-dimensional coordinate calculation step 30 of the gaze point, the gaze director installed on the basis of one point set in the apparatus of the present invention or a point at which a relative position can be known from the point, How to orient in the direction of points. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 응시점의 삼차원 좌표 산출 단계(30)에서 산출된 좌표값을 이용하여, 본 발명장치 내에 설정된 한 점이나 또는 그 점으로부터 상대적인 위치를 알 수 있는 한 점을 기준 점으로 하여 위치해 있는 물체를 응시점 위치로 이동시키거나 또는 응시점 위치에 표식을 하는 방법.Using the coordinate values calculated in the three-dimensional coordinate calculation step 30 of the gaze point, an object located with reference to a point set in the apparatus of the present invention or a point where a relative position can be known from the point. How to move to a location or mark a gaze point location. 좌우측 눈의 공막과 홍채와의 경계선 상의 점들이나, 동공의 경계선 상의 점들의 삼차원 좌표값을 획득하는 대신에, 콘텍트 렌즈(contact lens)에 최소한 세 곳 이상의 특징점을 표시하여 이를 각 눈에 착용함으로써, 응시직선을 구하는데 필요한 특징점의 삼차원 좌표값을 찾도록 하는 콘텍트 렌즈 사용 방법.Instead of acquiring the three-dimensional coordinates of the points between the sclera and iris of the left and right eyes or the points of the pupil's border, at least three feature points are displayed on the contact lens and worn on each eye, A method of using a contact lens to find the three-dimensional coordinates of a feature point necessary to find a gaze straight line.
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