KR20160092670A - 시선추적 시스템에서 모션 블러 측정 및 제거 장치와 방법 - Google Patents

시선추적 시스템에서 모션 블러 측정 및 제거 장치와 방법 Download PDF

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Abstract

시선추적 시스템에서 모션 블러 측정 및 제거 장치와 방법이 개시된다. 모션 블러 측정 장치는 사용자의 눈 영역 영상으로부터 참조 조명에 의해 발생된 각막 반사광을 추출하는 단계 및 상기 추출된 각막 반사광을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 모션 블러를 확인하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 모션 블러 제거 장치는 사용자의 눈 영역 영상으로부터 참조 조명에 의해 발생된 각막 반사광을 추출하는 단계, 상기 추출된 각막 반사광을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 블러 정보를 포함하는 블러 커널을 추정하는 단계 및 상기 추정된 블러 커널을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 블러를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

시선추적 시스템에서 모션 블러 측정 및 제거 장치와 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING MOTION BLUR AND REMOVING MOTION BLUR BASED GAZE TRACKING SYSTEM}
본 발명은 시선추적 시스템에서의 모션 블러 측정 및 제거 장치와 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 안구 영상에 발생하는 각막 반사광의 크기 및 형태를 이용하여 영상의 모션 블러를 측정하고 이를 제거하는 방법에 관한 것이다.
현재 컴퓨터를 매개로하여 다양한 정보를 복합적으로 제공하는 멀티미디어가 제공되고 있다. 또한, 이러한 멀티미디어를 제어하기 위한 UI/UX도 다양해지고, 이와 관련하여 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 흐름 중 하나로, PC의 모니터나 TV 등과 같이 사용자의 시선에 따라 디스플레이 화면 상의 커서를 제어하는 화면제어 기술과 같은 시선추적 기술도 오랫동안 개발되어 왔다.
시선추적 기술은 사용자의 눈을 관측하기 위하여 적외선 통과필터를 부착한 카메라와 적외선 조명이 사용된다. 이는 적외선 조명환경에서, 인종에 상관없이 홍채와 동공주변의 경계가 명확한 영상을 취득할 수 있으며, 이를 통해 사용자의 눈에서 정확한 동공의 중심위치를 찾을 수 있기 때문이다. 이때의 적외선 조명은 사용자가 응시하는 지점을 정확히 계산하기 위한 각막 반사광을 생성할 수 있으며, 이를 참조조명이라고 불린다.
카메라로부터 촬영된 사용자의 눈 영역 영상에서 시선추적 기술은 참조조명에 의해 발생된 각막 반사광과 각막 반사광을 기준으로 결정된 동공의 중심을 이용하여 사용자의 응시점을 계산할 수 있다.
하지만, 사용자가 빠르게 움직이는 상황에서는 촬영된 영상에 모션 블러가 발생할 수 있다. 더욱이 차량이나 비행 시뮬레이터 등과 같이 진동이 발생하는 환경에서는 촬영된 영상에서 모션 블러가 더 심할 수 있다.
본 발명은 시선추적 시스템에서의 모션 블러 측정 및 제거 장치와 방법에 관한 것으로, 상기의 단점을 극복하기 위하여 촬영된 영상에서 모션 블러를 측정하고, 이를 제거하는 장치 및 방법을 제공한다.
모션 블러 측정 장치가 수행하는 모션 블러 측정 방법에 있어서, 모션 블러 측정 장치는 사용자의 눈 영역 영상으로부터 참조 조명에 의해 발생된 각막 반사광을 추출하는 단계 및 상기 추출된 각막 반사광을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 모션 블러를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 눈 영역 영상의 모션 블러를 확인하는 단계는 상기 추출된 각막 반사광의 장축 및 단축의 비율을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 모션 블러를 결정할 수 있다.
모션 블러 제거 장치가 수행하는 모션 블러 제거 방법에 있어서, 모션 블러 제거 장치는 사용자의 눈 영역 영상으로부터 참조 조명에 의해 발생된 각막 반사광을 추출하는 단계, 상기 추출된 각막 반사광을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 블러 정보를 포함하는 블러 커널을 추정하는 단계 및 상기 추정된 블러 커널을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 블러를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 블러 커널을 추정하는 단계는 상기 추출된 각막 반사광의 모양을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 블러 커널을 추정할 수 있다.
상기 눈 영역 영상의 블러를 제거하는 단계는 상기 추정된 블러 커널과 상기 눈 영역 영상을 디콘볼루션(Deconvolution)하여 상기 눈 영역 영상의 블러를 제거할 수 있다.
모션 블러 측정 장치는 사용자의 눈 영역 영상으로부터 참조 조명에 의해 발생된 각막 반사광을 추출하는 각막 반사광 추출부 및 상기 추출된 각막 반사광을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 모션 블러를 확인하는 모션 블러 확인부를 포함할 수 있다.
상기 모션 블러 확인부는 상기 추출된 각막 반사광의 장축 및 단축의 비율을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 모션 블러를 결정할 수 있다.
모션 블러 제거 장치는 사용자 눈 영역 영상으로부터 참조 조명에 의해 발생된 각막 반사광을 추출하는 각막 반사광 추출부, 상기 추출된 각막 반사광을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 블러 정보를 포함하는 블러 커널을 추정하는 블러 커널 추정부 및 상기 추정된 블러 커널을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 블러를 제거하는 블러 제거부를 포함할 수 있다.
상기 블러 커널 추정부는 상기 추출된 각막 반사광의 모양을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 블러 커널을 추정할 수 있다.
상기 블러 제거부는 상기 추정된 블러 커널과 상기 눈 영역 영상을 디콘볼루션(Deconvolution)하여 상기 눈 영역 영상의 블러를 제거할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 모션 블러가 발생한 사용자 눈 영역 영상에서 별다른 장비없이 사용자의 각막 반사광의 크기 및 형태를 이용하여 모션 블러를 측정 및 제거함으로써, 시선 추적 시스템이나 홍채 인식 시스템 등의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 모션 블러 측정 장치를 도시화한 것이다.
도 2은 일실시예에 따른 모션 블러의 유무에 따른 사용자의 눈 영역 영상을 도시화한 것이다.
도 3는 일실시예에 따른 모션 블러 측정 과정을 도시화한 것이다.
도 4는 일실시예에 따른 모션 블러의 정도에 따른 사용자의 눈 영역 영상을 도시화한 것이다.
도 5는 일실시예에 따른 모션 블러 제거 장치를 도시화한 것이다.
도 6은 일실시예에 따른 모션 블러 제거 과정을 도시화한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 모션 블러 측정 장치를 도시화한 것이다.
모션 블러 측정 장치(100)는 각막 반사광 추출부(110)와 모션 블러 확인부(120)로 구성될 수 있다. 각막 반사광 추출부(110)는 사용자의 눈 영역 영상에서 각막 반사광을 추출할 수 있다. 기존의 많은 시선추적 연구에서 사용자의 시선위치를 계산하는데 각막 반사광의 중심위치와 동공의 중심위치를 이용하였다. 모션 블러 측정 장치(100)에서 사용자의 얼굴에 조사된 적외선 조명은 사용자 안구의 각막 표면에 반사된다. 이때, 반사된 적외선 조명은 카메라에서 취득한 영상에서 밝은 점의 형태로 관측되는데 이를 각막 반사광이라하며, 이와 같이 사용자의 시선추적을 위해 사용된 적외선 조명을 참조조명이라고 한다.
모션 블러 확인부(120)는 카메라를 통해 수신한 사용자의 눈 영역 영상의 모션 블러(움직임 흐림 정도)를 판단할 수 있다. 본 발명에서는 사용자의 눈 영역 영상의 모션 블러를 판단함에 있어서, 각막 반사광 추출부(110)로부터 추출된 사용자의 각막 반사광의 크기 및 형태를 이용할 수 있다.
도 2은 일실시예에 따른 모션 블러의 유무에 따른 사용자의 눈 영역 영상을 도시화한 것이다.
도 2에 도시된 사용자의 눈 영역 영상을 확인해 보면, 도면 (a)의 경우 각막 반사광이 원형으로 발생된 것을 볼 수 있다. 각막 반사광이 원형으로 발생된다는 것은 카메라를 통해 수신한 사용자의 눈 영역 영상의 초점이 잘 맞는 것을 의미한다. 도면 (a)를 보면 알 수 있듯이 비교적 흔들림 없이 뚜렷한 사용자의 눈 영역 영상을 보여줌을 확인할 수 있다.
이와는 다르게 도면 (b)의 경우 각막 반사광이 일자의 막대 형태로 발생된 것을 볼 수 있다. 각막 반사광이 원형이 아닌 다른 모양으로 발생된다는 것은 카메라를 통해 수신한 사용자의 눈 영역 영상의 초점이 잘 맞지 않는다는 것을 의미한다. 도면 (b)는 도면 (a)에 비해 많이 흔들려서 모션 블러(움직임 흐림 정도)가 발생된 것을 확인할 수 있다.
본 발명에서는 이와 같이 카메라를 통해 수신한 사용자의 눈 영역 영상에서 모션 블러가 발생하였을 경우, 모션 블러 측정 장치(100)에서 사용자의 각막 반사광의 크기 및 형태를 이용하여 모션 블러(움직임 흐림 정도)를 측정하는 방법을 제공한다.
도 3는 일실시예에 따른 모션 블러 측정 과정을 도시화한 것이다.
단계(310)에서, 모션 블러 측정 장치(100)는 사용자의 눈 영역 영상을 수신할 수 있다. 이때, 수신된 영상은 적외선 조명을 이용한 시선추적 시스템에 의해 수신될 수 있으며, 이를 통해 인종에 상관없이 홍채와 동공주변의 경계가 명확한 영상을 취득할 수 있다.
단계(320)에서, 모션 블러 측정 장치(100)는 수신된 사용자의 눈 영역 영상에서 각막 반사광을 추출할 수 있다. 모션 블러 측정 장치 장치(100)에서 사용자의 얼굴에 조사된 적외선 조명은 사용자 안구의 각막 표면에 반사된다. 이때, 반사된 적외선 조명은 카메라에서 취득한 영상에서 밝은 점의 형태로 관측되는데 이를 각막 반사광이라하며, 이와 같이 사용자의 시선추적을 위해 사용된 적외선 조명을 참조조명이라고 한다.
단계(330)에서, 모션 블러 측정 장치(100)는 사용자의 눈 영역 영상에서 추출된 각막 반사광을 이용하여 모션 블러(움직임 흐림 정도)를 확인할 수 있다. 본 발명에서는 사용자의 눈 영역 영상에서 모션 블러(움직임 흐림 정도)가 발생하였을 경우, 사용자의 각막 반사광의 크기 및 형태를 이용하여 모션 블러(움직임 흐림 정도)를 측정하는 방법을 제공한다.
본 발명에서 모션 블러(움직임 흐림 정도)는 사용자의 눈 영역 영상에서 추출된 각막 반사광의 장축 정보 및 단축 정보를 이용하여 계산할 수 있다. 이미 종래에 각막 반사광을 추출하는 영상 처리 기술이 다수 존재한다. 그 중 일실시예로, 영상 처리 기술에서 각막 반사광은 사용자의 눈 영역 영상에서 밝기 정보를 이용하여 추출되는 것이 가능하다. 영상 처리 기술은 사용자의 눈 영역 영상에서 주변보다 매우 밝다고 판단되는 픽셀들을 윤곽으로 추출하여 ellipse fitting 알고리즘을 이용함으로써, 각막 반사광의 중심을 찾을 수 있다. 모션 블러 측정 장치(100)는 영상 처리 기술을 이용하여 획득한 각막 반사광의 중심에서 각막 반사광의 윤곽을 구성하는 픽셀들까지의 거리 정보를 이용함으로써, 각막 반사광의 장축 정보 및 단축 정보를 확인할 수 있다.
즉, 사용자의 각막 반사광의 장축과 단축의 비율을 이용함으로써, 사용자의 눈 영역 영상의 모션 블러(움직임 흐림 정도)를 결정할 수 있다. 이상의 내용을 수식으로 나타내는 하기의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
상기 수학식 1을 통해 모션 블러 측정 장치(100)는 수신된 사용자의 눈 영역 영상의 모션 블러(움직임 흐림 정도)를 결정할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 모션 블러의 정도에 따른 사용자의 눈 영역 영상을 도시화한 것이다. 상기 수학식 1을 통해 결정된 사용자의 눈 영역 영상의 모션 블러(움직임 흐림 정도)는 도 4를 통해 확인할 수 있다. 도 4를 보면 알 수 있듯이, 사용자의 각막 반사광의 장축과 단축의 비율이 가장 큰 (a)의 경우 모션 블러(움직임 흐림 정도)가 가장 큰 것을 확인 할 수 있다. 즉, 모션 블러가 큰 (a)의 경우 사용자의 눈 영역 영상이 흐릿하게 보이는 것을 알 수 있다.
이와 달리, 사용자의 각막 반사광의 장축과 단축의 비율이 가장 작은 (d)의 경우 모션 블러(움직임 흐림 정도)가 가장 작은 것을 확인 할 수 있다. 즉, 모션 블러가 작은 (d)의 경우 사용자의 눈 영역 영상이 뚜렷하게 보이는 것을 알 수 있다.
다시 말하면, 모션 블러 측정 장치(100)는 수신된 사용자의 눈 영역에서 추출된 사용자의 각막 반사광을 이용하여 모션 블러(움직임 흐림 정도)를 측정하는 것이 가능하다. 이때, 모션 블러 측정 장치(100)는 사용자의 각막 반사광의 장축 및 단축의 비율을 이용하여 모션 블러(움직임 흐림 정도)를 계산할 수 있다.
이를 사용자의 각막 반사광의 형태를 기준으로 확인하면, 사용자의 각막 반사광이 막대모양을 길면 길수록 모션 블러(움직임 흐림 정도)가 커져 모션 블러 측정 장치(100)가 수신한 사용자의 눈 영역 영상은 흐릿하게 보일 수 있다. 또한, 사용자의 각막 반사광이 원형에 가까울수록 모션 블러(움직임 흐림 정도)가 작아서 모션 블러 측정 장치(100)가 수신한 사용자의 눈 영역 영상은 뚜렷하게 보일 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 모션 블러 제거 장치를 도시화한 것이다.
모션 블러 제거 장치(500)는 각막 반사광 추출부(510), 블러 커널 추정부(520) 및 블러 제거부(530)을 포함할 수 있다. 각막 반사광 추출부(510)는 사용자의 눈 영역 영상에서 사용자의 각막 반사광을 추출할 수 있다. 기존의 많은 시선추적 연구에서 사용자의 시선위치를 계산하는데 각막 반사광의 중심위치와 동공의 중심위치를 이용하였다. 모션 블러 제거 장치 장치(500)에서 사용자의 얼굴에 조사된 적외선 조명은 사용자 안구의 각막 표면에 반사된다. 이때, 반사된 적외선 조명은 카메라에서 취득한 영상에서 밝은 점의 형태로 관측되는데 이를 각막 반사광이라 하며, 이와 같이 사용자의 시선추적을 위해 사용된 적외선 조명을 참조조명이라고 한다.
블러 커널 추정부(520)는 모션 블러 제거 장치(500)가 수신한 모션 블러가 포함된 사용자의 눈 영역 영상을 모션 블러가 없는 선명한 영상으로 만들기 위해 필요한 블러 커널을 추정할 수 있다. 일반적으로 잡음을 무시한 모션 블러가 포함된 영상은 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, B는 모션 블러가 포함된 영상을 의미하고,
Figure pat00003
는 블러 커널,
Figure pat00004
은 모션 블러가 포함되지 않은 선명한 영상을 나타낸다.
기존에 이러한 블러 커널을 추정하는 다양한 방법이 제시되고 있으나 상기 방법들은 블러 커널을 추정함에 있어, 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 블러 커널을 추정하기 위하여 사용자의 각막 반사광의 모양을 이용하는 방법을 제공한다. 즉, 모션 블러 제거 장치(500)가 블러 커널을 추정함에 있어, 사용자의 각막 반사광의 크기와 형태를 이용할 수 있다.
블러 제거부(530)는 블러 커널 추정부(520)가 추정한 블러 커널을 이용하여 모션 블러가 포함된 사용자의 눈 영역 영상에서 모션 블러를 제거할 수 있다. 이것을 디블러링(de-blurring) 기술이라고도 표현한다. 이때, 블러 제거부(530)은 추정된 블러 커널을 모션 블러가 포함된 사용자의 눈 영역 영상과 디콘볼루션(deconvolution)함으로써, 모션 블러를 제거할 수 있다.
잡음이 포함된 영상을 디블러링 할 경우에도 블러 커널을 추정하는 것은 중요한 프로세스 중 하나이며, 동일하게 사용자의 각막 반사광의 모양을 이용하여 블러 커널을 추정할 수 있다. 즉, 사용자의 각막 반사광의 크기 및 형태를 이용함으로써, 블러 커널을 추정하는 것이 가능하며, 기존의 방법에 비해 블러 커널을 추정하는 시간을 절약할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100 : 모션 블러 측정 장치
110, 510 : 각막 반사광 추출부
120 : 모션 블러 확인부
500 : 모션 블러 제거 장치
520 : 블러 커널 추정부
530 : 블러 제거부

Claims (1)

  1. 사용자의 눈 영역 영상으로부터 참조 조명에 의해 발생된 각막 반사광을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 각막 반사광을 이용하여 상기 눈 영역 영상의 모션 블러를 확인하는 단계
    를 포함하는 모션 블러 측정 방법.
KR1020150013333A 2015-01-28 2015-01-28 시선추적 시스템에서 모션 블러 측정 및 제거 장치와 방법 KR20160092670A (ko)

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