WO2015093202A1 - 計測装置及び計測方法 - Google Patents

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WO2015093202A1
WO2015093202A1 PCT/JP2014/080239 JP2014080239W WO2015093202A1 WO 2015093202 A1 WO2015093202 A1 WO 2015093202A1 JP 2014080239 W JP2014080239 W JP 2014080239W WO 2015093202 A1 WO2015093202 A1 WO 2015093202A1
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subject
light
eyelid
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克宜 松井
一隆 鈴木
豊田　晴義
宅見　宗則
直俊 袴田
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浜松ホトニクス株式会社
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    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/14—Arrangements specially adapted for eye photography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B3/0008—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes provided with illuminating means
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    • G06T7/00—Image analysis
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    • G—PHYSICS
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    • G06T2207/30201—Face

Definitions

  • the present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method for measuring a subject's eyelid position.
  • the apparatus described in Patent Document 2 below acquires a moving image of a subject with a camera, extracts edge lines that are candidates for a combination of upper eyelid and lower eyelid based on the contrast of the moving image,
  • a one-dimensional image showing a change in shading is extracted from the eye image of a subject based on the luminance distribution, and a boundary point between the eyelid and the eyeball is detected based on the one-dimensional image.
  • the apparatus described in Patent Document 4 below generates a signal indicating whether the eyelid is open or closed by detecting the intensity of reflected light and scattered light applied to the subject's eyes with a sensor. To do.
  • an object of the present invention is to provide a measuring apparatus and a measuring method capable of more accurately measuring a subject's eyelid position.
  • a measurement device is a measurement device that measures a subject's eyelid position, and an illumination unit that irradiates light extending from the subject's upper eyelid to the lower eyelid;
  • An imaging device having an optical axis on a surface obtained by rotating a surface including the optical axis of light by a predetermined angle around an axis along the light irradiated to the subject, and an optical image in an image captured by the imaging device
  • a calculation unit that acquires height information based on the position of the eye and measures the eyelid position based on the height information.
  • the measuring method which concerns on the other form of this invention is a measuring method which measures a test subject's eyelid position, Comprising: The illumination step which irradiates the light extended from a test subject's upper eyelid to a lower eyelid, and the optical axis of light An imaging optical axis is set on a plane obtained by rotating a plane including the axis by a predetermined angle around an axis along the light irradiated to the subject, and acquired in the imaging step. A calculation step of obtaining height information based on the position of the optical image in the obtained image and measuring the eyelid position based on the height information.
  • the image of the subject is obtained with the imaging optical axis rotated by a predetermined angle with respect to the light irradiated from the upper eyelid to the lower eyelid by the illumination unit.
  • the height information is acquired based on the position of the optical image in the image, and the eyelid position is measured based on the height information.
  • the subject's eyelid position can be measured more accurately.
  • FIG. 6 is a horizontal cross-sectional view showing how an optical image is seen in a eyelid and a white eye in an area E, depending on the arrangement position of the image measurement device 2 with respect to the illumination device 1. It is a figure which shows the image image in the area
  • FIG. It is a schematic block diagram which shows the detailed structure of the image measuring device 2 of FIG.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a blink measurement system 10 which is a measurement apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the blink measurement system 10 is a measurement system that is arranged so as to face the region E including the eyes of the subject, measures the subject's eyelid position in time series, and acquires parameters related to the subject's blink, and emits light.
  • the illuminating device 1 is a light source that is arranged so as to face the subject's region E and that emits light extending from the upper eyelid to the lower eyelid of the subject. For example, the illuminating device 1 irradiates a band-shaped line light from the upper eyelid to the lower eyelid of the subject.
  • FIG. 2 is a front view showing an illumination state by the illumination device 1 in the region E of the subject.
  • the illuminating device 1 targets an area E including an eye having an upper eyelid E u , a lower eyelid E d , a pupil E p , a sclera (white eye) E s , and an iris E i ,
  • a light L having a width Lw that linearly crosses in the range of a length Lh including the upper eyelid Eu to the lower eyelid Ed is irradiated. That is, the illuminating device 1 has an irradiation optical axis La on a plane including the light emission center of the illuminating device 1 and the region E of the subject, and emits light L irradiated from the upper eye E u to the lower eye E d of the subject.
  • the illuminating device 1 has an irradiation optical axis La on a plane including the light emission center of the illuminating device 1 and the region E of the subject, and emits light L irradiated from the upper eye E u to the lower eye E
  • the lighting device 1 is adjusted so that the values of the length Lh and the width Lw are optimum values for measurement, respectively.
  • the value of the width Lw in the irradiated light L is human eyelashes. It is adjusted to be 0.1 mm or more, which is the average thickness of.
  • the illuminating device 1 is arrange
  • This distance WD is set so as to coincide with the working distance defined in advance with respect to the illumination device 1 so that the width Lw in the light L irradiated to the region E becomes the narrowest.
  • the illuminating device 1 may be arranged by moving the distance WD so as to increase or decrease the working distance within an arbitrary range.
  • Such an illuminating device 1 includes, for example, a light source such as an LD (Laser Diode) or SLD (Super Luminescent Diode) and a lens including a cylindrical lens and a collimating lens. You may be comprised by LED (Light (Emitting) Diode) and a slit plate.
  • the light emission wavelength of the illumination device 1 is a wavelength in the near-infrared region or the infrared region, which is an invisible wavelength region, in order to suppress the influence on the blink operation due to glare or anxiety caused by the subject directly feeling light. For example, it is set to a wavelength region of 750 nm or more.
  • the light emission intensity of the illumination device 1 is set to a sufficiently small value from the viewpoint of protecting the eyes of the subject.
  • the filter 3 is arranged to pass the light bundle generated by the lighting device 1, and adjusts the intensity of the light L irradiated to the subject for the purpose of protecting the subject's eyes.
  • An ND (NeutralutDensity) filter (a neutral density filter).
  • the filter 3 may be a single filter or a combination of a plurality of filters.
  • the imaging optical axis Ia is irradiated onto the eye region E, a vertical plane including the irradiation optical axis La (the plane along the light beam) It is configured so as to be on a surface rotated by a predetermined angle ⁇ . That is, the image measuring apparatus 2 sets the imaging optical axis Ia on a plane including an axis obtained by rotating the irradiation optical axis La by an angle ⁇ , and images the region E from a direction oblique to the normal direction. .
  • FIG. 3 according to the arrangement position of the image measuring device 2 for the illumination device 1 is a horizontal sectional view showing the appearance of the optical image at the lid E u and pewter E s in the area E, 4 for the lighting device 1 6 is a diagram illustrating an image image in a region E depending on the arrangement position of the image measurement device 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an image image in a region E depending on the arrangement position of the image measurement device 2.
  • the imaging optical axis Ia is rotated by an angle ⁇ with respect to the irradiation optical axis La.
  • the line of sight V2 viewing the irradiation position of the light L in the region E from the position of the image measuring device 2 is also rotated by the angle ⁇ with respect to the line of sight V1 viewing the irradiation position of the light L in the region E from the position of the illumination device 1.
  • the projection positions of the optical images on the image plane GS by the scattered light components from the two positions PO 1 and PO 2 are both GP. Matches 0 .
  • the image measuring device 2 when the image measuring device 2 is installed to be rotated by an angle ⁇ with respect to the lighting device 1, the image measuring device 2 sees the irradiated portion of the light L from the line of sight V2.
  • the projection position of the optical image on the image plane GS due to the scattered light component from the position PO 1 is GP 1 and is geometrically calculated from the angle ⁇ formed by the imaging optical axis Ia and the irradiation optical axis La.
  • the projection position of the optical image on the image plane GS by the scattered light component from the position PO 2 is GP 2 , and a straight line calculated geometrically from the angle ⁇ formed by the imaging optical axis Ia and the irradiation optical axis La. distance [Delta] L 2 from the center position in the image plane GS is shifted leftward.
  • the amount of deviation of the projection position on the image plane GS in the optical image captured by the image measurement device 2 installed at a position rotated by the angle ⁇ in the horizontal direction from the illumination device 1 is ⁇ E u in the region E and the white eye It would represent the difference in height between the E s.
  • the image in an image acquired when the imaging optical axis Ia is coaxial with the irradiation optical axis La, the image is present in a portion illuminated with the light L in the region E.
  • the light images of the scattered light components from the portions of ⁇ E u and E d and the white eye E s all exist on the same straight line.
  • the image acquired when the imaging optical axis Ia is rotated by the angle ⁇ in the horizontal direction with respect to the irradiation optical axis La as in the present embodiment shown in FIG.
  • the shift amount is proportional to the height difference between the eyelid E u, E d and pewter E s. Therefore, the height information in the region E can be obtained with high accuracy by obtaining this shift amount in units of subpixels of one pixel or less of the image data.
  • the image measurement device 2 includes an imaging lens 5, an image sensor (imaging device) 6, an image calculation unit 7, and a control communication unit 8.
  • the imaging lens 5 has an angle of view that covers a region E that includes the upper eye E u to the lower eye E d of the subject, and collects reflected light and scattered light components of the light L emitted by the illumination device 1.
  • the image is formed on the image sensor 6.
  • the image sensor 6 photoelectrically converts the reflected light component and the scattered light component collected by the imaging lens 5 for each pixel, thereby representing an image signal (electric signal) representing a two-dimensional distribution of the luminance of the optical image on the image plane. Are generated in time series.
  • the image sensor 6 transfers the generated image signal to the image calculation unit 7.
  • the image calculation unit 7 performs signal processing on the image signal generated by the image sensor 6, acquires height information along the horizontal direction (irradiation direction of the light L) in the region E of the subject, and further increases the height.
  • the subject's heel position is measured based on the information.
  • the image calculation unit 7 performs a smoothing process, a one-dimensional centroid calculation process, an adjacent pixel difference process, and the like on the image signal, and obtains height information and luminance information at the irradiation position of the light L. Acquire and detect the eyelid position based on the information.
  • the control communication unit 8 controls the operations of the image sensor 6 and the image calculation unit 7 and transmits the calculation result by the image calculation unit 7 to the outside.
  • an intelligent vision system manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., which includes a high-speed two-dimensional CMOS sensor and a high-speed parallel image processing mechanism can be cited.
  • the imaging lens 5 may be equipped with a band-pass filter 4 that allows only the emission wavelength in the illumination device 1 to pass and blocks other wavelength bands in order to suppress the influence of disturbance light on measurement.
  • the band pass filter 4 may be a single filter or a combination of a plurality of filters.
  • FIG. 6 shows an example of image data captured by the image measuring device 2 when the subject is opened
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the subject's region E viewed from the lateral direction.
  • the strip-shaped light L is irradiated across the upper eyelid E u , the lower eyelid E d , and the white and black eye portions of the eyeball.
  • the image data, the scattering light P1 of the upper eyelid E u and lower eyelid E d, P2, scattered light S1 in the white of the eye E s, S2 appears.
  • the image data Position in the scattered light S1, and S2 the image data, depending on the height difference of the upper eyelid E u and lower eyelid E d and pewter E s, is shifted to the left with respect to the scattered light P1, P2. Since the intensity of the scattered light component in the black eye portion is relatively weaker than that in the white eye portion, the scattered light I in the black eye portion does not appear on the image data shown in FIG.
  • FIG. 8 shows an example of image data captured by the image measuring device 2 when the subject is closed
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of the region E of the subject viewed from the lateral direction.
  • the light L is irradiated in a state where the upper eyelid E u overlaps the extended by eyelid closure lower eyelid E d.
  • scattered light P1 and P2 in the upper eye E u and the lower eye E d appear in the image data.
  • the lid is closed, the upper rod E u partially overlaps the lower rod E d , so that there is a difference in height between the scattered lights P1 and P2. Therefore, the position of the scattered light P2 on the image data is shifted leftward by an amount of movement corresponding to the height difference from the scattered light P1.
  • the image calculation unit 7 of the image measuring device 2 obtains the positional deviation of the optical image of the light L in the direction perpendicular to the direction in which the light L extends, that is, in the horizontal direction.
  • the height difference information between the eyeball part and the eyelid part can be obtained both when the eyelid is closed and when the eyelid is closed.
  • the image calculation unit 7 estimates the eyelid position from the height change point between the eyeball and the upper and lower eyelids at the time of opening based on the obtained height difference information between the eyeball portion and the eyelid portion, and closes the eyelid. At times, the heel position is estimated from the height change point between the upper and lower ridges.
  • the region E is irradiated with the light L in a state where the subject's region E faces the illumination device 1.
  • the image measuring device 2 captures the region E, acquires image data in time series, and generates time series image data.
  • the eyelid position estimation process is executed on the time-series image data by the image calculation unit 7 of the image measurement device 2.
  • the image calculation unit 7 obtains an accurate horizontal position of the light image of the light L by performing a one-dimensional centroid calculation in the horizontal direction (horizontal direction) on the image data.
  • the image calculating part 7 acquires the shift amount in the horizontal direction of the optical image, ie, elevation difference information, from the horizontal position of the optical image of the light L obtained by the one-dimensional centroid calculation. Furthermore, the image calculation part 7 calculates
  • FIG. 10 shows an example of time-series image data processed by the image calculation unit 7.
  • An optical image of the light L on the image data obtained by the apparatus 2 is shown.
  • the vertical direction of the optical image shift of the light L appearing at the boundary between the upper eyelid and the white eye It can be seen that the change point in (vertical direction) Y is moving downward.
  • the image calculation unit 7 measures the upper eyelid position by obtaining the change point of the shift of the light L, and analyzes the blink operation from the time change of the upper eyelid position.
  • FIG. 11 shows the result of one-dimensional centroid calculation performed by the image calculation unit 7 on the time-series image data captured by the image measurement device 2.
  • the difference in height is indicated by the brightness of the color. The closer to white, the higher the height, and the closer to black, the lower the height.
  • the horizontal direction (t) is a time axis, and measurement is performed for about 4 seconds, and the opening and closing of the ridge is measured about 4 times. From the results of the figure, at the time of eyelid (portion indicated as "open” in the figure), the upper eyelid portion E u and pupil portions E i, the E p and whites portion E s is the height difference of each portion There is a clear difference between light and dark colors.
  • the image calculation unit 7 calculates a difference between adjacent pixels in the vertical direction (Y) from the result, and acquires a position where the change in the difference value greatly changes in the vertical direction as an upper eyelid position. Further, even at the time (point indicated as "closed” in the drawing) eyelid closure, because there is a difference in the color contrast of the upper eyelid portion E u and lower eyelid portion E d, in the vertical direction between adjacent pixels The difference is taken, and the position where the difference value greatly changes is acquired as the boundary position between the upper eyelid and the lower eyelid.
  • FIG. 12 shows an example of the temporal change in the upper eyelid boundary position acquired by the image calculation unit 7 as described above.
  • Parameters such as the eye opening speed, eye closing speed, and eye closing time in the blink of the subject can be acquired from the data thus obtained.
  • the illumination device 1 is inclined by an angle ⁇ with respect to the irradiation optical axis La of the light L irradiated from the upper eyelid to the lower eyelid of the subject.
  • An image of the subject is acquired with the imaging optical axis Ia set, height difference information is acquired based on the position of the light image of the scattered light of the light L in this image, and the eyelid position is determined based on the height difference information. It is measured.
  • the image calculation unit 7 of the image measuring device 2 determines the height information of the region E along the irradiation direction of the light L based on the position of the light image in the direction perpendicular to the direction in which the light image of the light L extends. Therefore, the relative height from the upper eyelid to the lower eyelid of the subject is accurately detected, and as a result, the subject's eyelid position can be measured more accurately.
  • the illumination device 1 is arranged along the irradiation optical axis La so as to face the subject
  • the image measurement device 2 is arranged along the imaging optical axis Ia rotated by an angle ⁇ from the irradiation optical axis La. According to such an arrangement configuration, the relative height from the upper eyelid to the lower eyelid of the subject can be detected with high accuracy.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the shape of the light L emitted from the illumination device 1 is not particularly limited as long as it extends from the upper eyelid to the lower eyelid of the subject.
  • the shape may be rectangular or trapezoidal. There may be.
  • band-shaped line light since it is easy to acquire height information based on the position of the optical image acquired by the image measuring device 2, the measurement accuracy is improved.
  • the arrangement relationship between the lighting device 1 and the image measuring device 2 can be variously changed.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing an arrangement relationship of the blink measurement system 10A according to the modification of the present invention.
  • the image measurement device 2 is arranged along the imaging optical axis Ia so as to face the region E of the subject, and the image measurement device 2 is irradiated with the irradiation optical axis La in the illumination device 1.
  • Is arranged along the imaging optical axis Ia rotated by an angle ⁇ .
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing an arrangement relationship of the blink measurement system 10B according to another modification of the present invention.
  • the lighting apparatus 1 is installed along an illumination optical axis La which is rotated by an angle theta La with respect to the center line C in the subject area E.
  • the image measuring device 2 is installed along the imaging optical axis Ia rotated by an angle ⁇ Ia with respect to the center line C in the subject area E.
  • FIG. 15 is a front view when the light L is irradiated obliquely with respect to the region E of the subject.
  • FIG. 16 is a front view in the case where a plurality of lights L are irradiated to the region E of the subject.
  • the light L may be irradiated by rotating it by a predetermined angle ⁇ clockwise or counterclockwise with respect to the area E.
  • a plurality of beams may be irradiated with an arbitrary interval. Further, the two methods shown in FIGS. 15 and 16 may be combined.
  • the measurement can be performed with high accuracy.
  • the light emitted from the illumination device 1 only needs to extend from the upper eyelid E u to the lower eyelid E d , and includes all of the pupil E p , sclera (white eye) E s , and iris E i. There is no need to extend as such.
  • the calculation unit obtains height information based on the position of the optical image in a direction perpendicular to the direction in which the optical image extends. In this way, the relative height from the upper eyelid to the lower eyelid of the subject is detected with high accuracy, and as a result, the position of the eyelid can be measured more accurately.
  • the illumination unit may be disposed so as to face the subject, and the imaging device may have an optical axis on a surface obtained by rotating a surface along the optical axis of the light by a predetermined angle from the facing direction of the subject. .
  • the imaging device may be arranged so as to face the subject, and the illumination unit may be configured such that the surface including the optical axis is a surface obtained by rotating the surface including the facing direction of the subject by a predetermined angle.
  • the imaging device and the illumination unit may be arranged so as to face obliquely with respect to the subject. In any case, the relative height from the upper eyelid to the lower eyelid of the subject can be detected with high accuracy.
  • the present invention uses a measuring device and a measuring method for measuring a subject's eyelid position, and enables the subject's eyelid position to be measured more accurately.
  • SYMBOLS 1 Illuminating device (illuminating part), 2 ... Image measuring device, 6 ... Image sensor (imaging device), 7 ... Image calculating part (calculating part) 10, 10A, 10B ... Blink measuring system, E ... Area

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Abstract

　瞬目計測システム１０は、被験者の瞼位置を計測する計測装置であって、被験者の目領域Ｅの上瞼から下瞼に亘って延びる光を照射する照明装置１と、光の照射光軸Ｌａを含む面を被験者に照射される光に沿った軸Ａ１を中心に所定の角度θだけ回転させた面上に光軸Ｉａを有し、撮像された画像における光の光像の位置に基づいて高さ情報を取得し、高さ情報に基づいて瞼位置を計測する画像計測装置２とを備える。

Description

計測装置及び計測方法
　本発明は、本発明は、被験者の瞼位置を計測する計測装置及び計測方法に関する。
　従来から、被験者の眼球動作を計測することで様々な疾患の診断等を目的とした計測方法の開発が進められている。例えば、下記特許文献１に記載された装置では、カメラによって取得された被験者の眼画像を対象にして、上下方向に濃度値の変化を観測し、瞼と眼球との間で濃度値が変化することを利用して瞼位置を計測する。また、下記特許文献２に記載の装置では、カメラで被験者の動画像を取得し、その動画像の明暗を基に上瞼と下瞼との組み合わせの候補となるエッジラインを抽出し、下記特許文献３に記載の装置では、被験者の目画像から輝度分布に基づいて濃淡変化を示す一次元画像を抽出し、その一次元画像を基に瞼と眼球との境界点を検出する。また、下記特許文献４に記載の装置では、被験者の目に当てた光の反射光及び散乱光の強度をセンサで検出することにより、瞼が開いた状態か閉じた状態かを示す信号を生成する。
特開２０００－１０２５１０号公報 特開２００８－２２６０４７号公報 特開平７－３１３４５９号公報 特表２００７－５３１５７９号公報
　しかしながら、上述した特許文献１～３に記載の装置における計測方法では、輝度値の変化で瞼の位置を計測する場合、外乱光による影響、又は睫毛による影響により、正確な瞼位置の計測が困難になる傾向にあった。特許文献４に記載の装置では、肌の状態や化粧等の影響により反射光及び散乱光の強度が様々に変化するため、正確に瞼位置を計測することは困難である。また、この装置では、計測時において睫毛による散乱光成分の影響が含まれるため正確性が低下する。
　そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、被験者の瞼位置をより正確に計測することが可能な計測装置及び計測方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一形態に係る計測装置は、被験者の瞼位置を計測する計測装置であって、被験者の上瞼から下瞼に亘って延びる光を照射する照明部と、光の光軸を含む面を、被験者に照射される光に沿った軸を中心に所定の角度だけ回転させた面上に光軸を有する撮像装置と、撮像装置によって撮像された画像における光像の位置に基づいて高さ情報を取得し、高さ情報に基づいて瞼位置を計測する演算部と、を備える。
　或いは、本発明の他の形態に係る計測方法は、被験者の瞼位置を計測する計測方法であって、被験者の上瞼から下瞼に亘って延びる光を照射する照明ステップと、光の光軸を含む面を、被験者に照射される光に沿った軸を中心に所定の角度だけ回転させた面上に撮像光軸を設定して、被験者の画像を取得する撮像ステップと、撮像ステップにおいて取得された画像における光像の位置に基づいて高さ情報を取得し、高さ情報に基づいて瞼位置を計測する演算ステップと、を備える。
　このような計測装置、或いは計測方法によれば、照明部によって上瞼から下瞼にかけて照射される光に対して、所定の角度だけ回転させた撮像光軸が設定された状態で被験者の画像が取得され、この画像における光像の位置を基に高さ情報が取得され、その高さ情報に基づいて瞼位置が計測される。その結果、外乱光による影響や睫毛の影響、又は、肌の状態や化粧等による反射光および散乱光の強度変化の影響を受けにくく、より正確な瞼位置の計測が可能になる。
　本発明によれば、被験者の瞼位置をより正確に計測することができる。
本発明の好適な一実施形態に係る計測装置である瞬目計測システムの概略構成を示す平面図である。 被験者の領域Ｅにおける図１の照明装置１による照明状態を示す正面図である。 照明装置１に対する画像計測装置２の配置位置による、領域Ｅ内の瞼と白目における光像の見え方を示す水平断面図である。 照明装置１に対する画像計測装置２の配置位置による、領域Ｅにおける画像イメージを示す図である。 図１の画像計測装置２の詳細構成を示す概略構成図である。 図１の画像計測装置２によって被験者の開瞼時に撮像された画像データの一例を示す図である。 被験者の開瞼時の領域Ｅの横方向から見た断面図である。 図１の画像計測装置２によって被験者の閉瞼時に撮像された画像データの一例を示す図である。 被験者の閉瞼時の領域Ｅの横方向から見た断面図である。 図５の画像演算部７によって処理される時系列の画像データの一例を示す図である。 図５の画像計測装置２により撮像された時系列の画像データに対し、画像演算部７により１次元重心演算を行った結果を示すグラフである。 図５の画像演算部７が取得した上瞼の境界位置の時間変化の例を示すグラフである。 本発明の変形例に係る瞬目計測システム１０Ａの配置関係を示す概略構成図である。 本発明の別の変形例に係る瞬目計測システム１０Ｂの配置関係を示す概略構成図である。 本発明の変形例において、被験者の領域Ｅに対し斜めに光Ｌが照射される場合の正面図である。 本発明の変形例において、被験者の領域Ｅに対し複数本の光Ｌが照射される場合の正面図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明による計測装置及び計測方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。
　図１は、本発明の好適な一実施形態に係る計測装置である瞬目計測システム１０の概略構成を示す平面図である。同図においては、瞬目計測システム１０の各構成要素の被験者の頭上から見た位置関係を示している。この瞬目計測システム１０は、被験者の眼を含む領域Ｅに向かい合うように配置され、被験者の瞼位置を時系列に計測して被験者の瞬きに関するパラメータを取得する計測システムであり、光を照射する照明装置（照明部）１と、照明装置１と被験者の領域Ｅとの間に配置されたフィルタ３と、領域Ｅの光像を撮像することによって取得した画像データを処理する画像計測装置２とを備えて構成されている。
　照明装置１は、被験者の領域Ｅに正対するように配置され、被験者の上瞼から下瞼に亘って延びる光を照射する光源である。例えば、照明装置１は被験者の上瞼から下瞼に亘って帯状のライン光を照射する。図２は、被験者の領域Ｅにおける照明装置１による照明状態を示す正面図である。同図に示すように、照明装置１は、上瞼Ｅｕ、下瞼Ｅｄ、瞳孔Ｅｐ、強膜（白目）Ｅｓ、及び虹彩Ｅｉを有する眼を含む領域Ｅを対象にして、上瞼Ｅｕから下瞼Ｅｄを含む、長さＬｈの範囲で直線状に上下に横切るような幅Ｌｗの光Ｌを照射する。すなわち、照明装置１は、照明装置１の発光中心と被験者の領域Ｅとを含む平面上に照射光軸Ｌａを有し、被験者の上瞼Ｅｕから下瞼Ｅｄにかけて照射される光Ｌを生成する。ここで、照明装置１は、長さＬｈ及び幅Ｌｗの値が、それぞれ計測に最適な値となるように調整されており、特に、照射される光Ｌにおける幅Ｌｗの値は、人間の睫毛の平均的な太さである0.1　mm以上となるように調整されている。また、照明装置１は、その発光中心が被験者の領域Ｅから距離ＷＤだけ離れるように配置されている。この距離ＷＤは、領域Ｅに照射される光Ｌにおける幅Ｌｗが最も細くなるように、照明装置１に関して予め規定された作動距離に一致するように設定される。その一方で、領域Ｅに照射される光Ｌの幅Ｌｗを調整するために、照明装置１が、その距離ＷＤを作動距離から任意の範囲で増減させるように移動させて配置されてもよい。
　このような照明装置１としては、例えば、ＬＤ（Laser Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等の光源と、シリンドリカルレンズ及びコリメートレンズ等を含むレンズとで構成されるが、上記条件を満足すればＬＥＤ（Light Emitting Diode）とスリットプレートとで構成されてもよい。また、照明装置１の発光波長は、被験者が光を直接感じることによるまぶしさ又は不安感による瞬目動作への影響を抑えるために、不可視波長領域である近赤外領域もしくは赤外領域の波長であることが好ましく、例えば、７５０ｎｍ以上の波長領域に設定される。さらに、照明装置１の発光強度は、被験者の目の保護の観点から十分に小さい値に設定されている。
　図１に戻って、フィルタ３は、照明装置１によって生成される光線束を通過させるように配置され、被験者に照射される光Ｌの強度を被験者の目を保護する目的で調整を行うためのＮＤ（Neutral Density）フィルタ（減光フィルタ）である。フィルタ３は、単一のフィルタであってもよいし、複数枚のフィルタの組み合わせであってもよい。
　画像計測装置２は、その撮像光軸Ｉａを、目領域Ｅ上に照射される光Ｌに沿った軸Ａ１を中心として、照射光軸Ｌａを含む垂直面（光線束に沿った面）を所定角度θだけ回転させた面上に有するように構成されている。すなわち、画像計測装置２は、その撮像光軸Ｉａが、照射光軸Ｌａを角度θだけ回転させた軸を含む面上に設定され、正対方向に対して斜めの方向から領域Ｅを撮像する。
　図３は、照明装置１に対する画像計測装置２の配置位置による、領域Ｅ内の瞼Ｅｕと白目Ｅｓにおける光像の見え方を示す水平断面図であり、図４は、照明装置１に対する画像計測装置２の配置位置による、領域Ｅにおける画像イメージを示す図である。
　図３に示すように、照射光軸Ｌａに対して撮像光軸Ｉａは角度θだけ回転している。そのため、照明装置１の位置から領域Ｅにおける光Ｌの照射位置を見る視線Ｖ１に対して、画像計測装置２の位置から領域Ｅにおける光Ｌの照射位置を見る視線Ｖ２も角度θだけ回転している。図３において、瞼Ｅｕは白目Ｅｓよりも位置的に前面に存在するため、領域Ｅ内において、照射光軸Ｌａ上に存在する瞼Ｅｕにおける光Ｌの散乱位置ＰＯ１は、照射光軸Ｌａ上に存在する白目Ｅｓにおける光Ｌの散乱位置ＰＯ２よりも手前に位置する。このとき、画像計測装置２を照明装置１と同軸上、すなわち照射光軸Ｌａ上に画像計測装置２を設置した場合、画像計測装置２は視線Ｖ１から光Ｌの照射部分を見ることになる。この場合には、撮像光軸Ｉａと照射光軸Ｌａが同軸上に存在するため、２つの位置ＰＯ１，ＰＯ２からの散乱光成分による画像面ＧＳ上における光像の投影位置はいずれもＧＰ０となり一致する。一方、画像計測装置２を照明装置１に対して角度θだけ回転して設置した場合、画像計測装置２は視線Ｖ２から光Ｌの照射部分を見ることになる。この場合には、位置ＰＯ１からの散乱光成分による画像面ＧＳ上における光像の投影位置はＧＰ１となり、撮像光軸Ｉａと照射光軸Ｌａとのなす角度θから幾何学的に計算される直線距離ΔＬ１だけ画像面ＧＳにおける中心位置から右方向にシフトする。同様に、位置ＰＯ２からの散乱光成分による画像面ＧＳ上における光像の投影位置はＧＰ２となり、撮像光軸Ｉａと照射光軸Ｌａとのなす角度θから幾何学的に計算される直線距離ΔＬ２だけ画像面ＧＳにおける中心位置から左方向にシフトする。すなわち、照明装置１から水平方向に角度θだけ回転して位置に設置される画像計測装置２によって撮像される光像における画像面ＧＳにおける投影位置のずれ量が、領域Ｅにおける瞼Ｅｕと白目Ｅｓとの高低差を表すことになる。
　具体的には、図４（ａ）に示すように、撮像光軸Ｉａが照射光軸Ｌａと同軸上に有る場合に取得される画像においては、領域Ｅにおいて光Ｌで照明された部分に存在する瞼Ｅｕ，Ｅｄと白目Ｅｓの各部分からの散乱光成分による光像は全て同一直線上に存在する。これに対して、図４（ｂ）に示す本実施形態のように、照射光軸Ｌａに対して撮像光軸Ｉａが水平方向に角度θだけ回転している場合に取得される画像においては、領域Ｅにおいて光Ｌで照明された部分に存在する瞼Ｅｕ，Ｅｄと白目Ｅｓの各部分からの散乱光成分による光像は、瞼Ｅｕ，Ｅｄと白目Ｅｓの各境界部分における高低差に応じた量だけシフトする（ずれる）。より詳細には、照射光軸Ｌａに対して撮像光軸Ｉａが反時計方向に角度θだけ回転している場合、瞼Ｅｕ，Ｅｄにおける光Ｌの散乱光成分による光像の位置に対して、白目Ｅｓにおける光Ｌの散乱光成分による光像の位置は、画像面において水平方向左側にシフトする（ずれる）。このシフト量は瞼Ｅｕ，Ｅｄと白目Ｅｓとの高低差に比例する。そのため、このシフト量を画像データの１画素以下のサブピクセル単位で求めることにより、領域Ｅにおける高さ情報を高精度に求めることができる。
　次に、図５を参照して、画像計測装置２の詳細構成について説明する。
　同図に示すように、画像計測装置２は、撮像レンズ５、画像センサ（撮像装置）６、画像演算部７、及び制御通信部８によって構成されている。撮像レンズ５は、被験者の上瞼Ｅｕから下瞼Ｅｄまでを含む領域Ｅをカバーする画角を有し、照明装置１により照射された光Ｌの反射光及び散乱光成分を集光して画像センサ６上に結像する。画像センサ６は、撮像レンズ５により集光された反射光成分及び散乱光成分を画素ごとに光電変換することによって、画像面上における光像の輝度の二次元分布を表す画像信号（電気信号）を時系列に生成する。また、画像センサ６は、生成した画像信号を画像演算部７に転送する。画像演算部７は、画像センサ６で生成された画像信号に対して信号処理を行い、被験者の領域Ｅにおける水平方向（光Ｌの照射方向）に沿った高さ情報を取得し、さらに高さ情報を基に被験者の瞼位置を計測する。具体的には、画像演算部７は、画像信号に対して、平滑化処理、１次元重心演算処理、及び隣接画素差分処理などを実行し、光Ｌの照射位置における高さ情報及び輝度情報を取得し、それらの情報を基に瞼位置の検出を行う。制御通信部８は、画像センサ６及び画像演算部７の動作を制御するとともに、画像演算部７による演算結果を外部に送信する。このような画像計測装置２を構成する装置としては、例えば、高速２次元ＣＭＯＳセンサと高速並列画像処理機構とを備える浜松ホトニクス社製のインテリジェントビジョンシステム（ＩＶＳ）などが挙げられる。なお、撮像レンズ５には、外乱光による計測への影響を抑えるため、照明装置１における発光波長のみを通過させ、それ以外の波長帯を遮断する帯域通過フィルタ４が装着されても良い。帯域通過フィルタ４は単一のフィルタであっても良いし、複数枚のフィルタの組み合わせであっても良い。
　図６には、画像計測装置２によって被験者の開瞼時に撮像された画像データの一例を示し、図７には、このときの被験者の領域Ｅの横方向から見た断面図を示している。図７に示すように、帯状の光Ｌは上瞼Ｅｕ、下瞼Ｅｄ、及び眼球の白目、黒目部分に跨って照射される。このとき、図６に示されるように、画像データには、上瞼Ｅｕ及び下瞼Ｅｄにおける散乱光Ｐ１，Ｐ２、白目Ｅｓにおける散乱光Ｓ１，Ｓ２が現れる。散乱光Ｓ１，Ｓ２の画像データ上における位置は、上瞼Ｅｕ及び下瞼Ｅｄと白目Ｅｓにおける高低差に応じて、散乱光Ｐ１，Ｐ２に対して左方向にシフトする。なお、黒目部分における散乱光成分の強度は白目部分に比べて相対的に弱くなるため、図６に示す画像データ上においては、黒目部分の散乱光Ｉは現れていない。
　また、図８には、画像計測装置２によって被験者の閉瞼時に撮像された画像データの一例を示し、図９には、このときの被験者の領域Ｅの横方向から見た断面図を示している。図９に示すように、光Ｌは上瞼Ｅｕが閉瞼により伸長し下瞼Ｅｄに重なった状態で照射される。このとき、図８に示されるように、画像データには、上瞼Ｅｕ及び下瞼Ｅｄにおける散乱光Ｐ１，Ｐ２が現れる。閉瞼時には上瞼Ｅｕが下瞼Ｅｄの上に一部重なるため、散乱光Ｐ１およびＰ２の間には高低差が生じる。したがって、散乱光Ｐ２の画像データ上における位置は、散乱光Ｐ１との高低差に応じた移動量だけ左方向にシフトする。
　このような性質を利用することにより、画像計測装置２の画像演算部７は、光Ｌの伸びる方向に垂直な方向、すなわち、水平方向の光Ｌの光像の位置ずれを求めることにより、開瞼時及び閉瞼時のいずれにおいても眼球部分と瞼部分の高低差情報を求めることができる。さらに、画像演算部７は、求めた眼球部分と瞼部分の高低差情報を基に、開瞼時においては眼球と上下瞼との間における高さの変化点から瞼位置を推定し、閉瞼時においては上下瞼間における高さの変化点から瞼位置を推定する。
　画像計測装置２による瞼位置推定処理の手順について、より詳細に説明する。まず、被験者の領域Ｅを照明装置１に正対させた状態で領域Ｅに光Ｌを照射させる。この状態で画像計測装置２により領域Ｅを撮像して、時系列的に画像データを取得し時系列画像データを生成する。その後、画像計測装置２の画像演算部７により、時系列画像データに対して瞼位置の推定処理を実行する。具体的には、画像演算部７は、画像データに対して横方向（水平方向）に１次元重心演算を行うことにより、光Ｌの光像の正確な横方向位置を取得する。そして、画像演算部７は、１次元重心演算によって得られた光Ｌの光像の横方向位置からその光像の横方向におけるシフト量、すなわち、高低差情報を取得する。さらに、画像演算部７は、時系列画像データを連続的に処理することにより、高低差情報の時間変化を求める。そして、画像演算部７は、縦方向（垂直方向）における高低差情報の変化から瞼位置を推定し、瞼位置の時間的位置変化を取得する。なお、領域Ｅの黒目部分については、散乱光成分強度が白目部分に比べて相対的に弱くなるため、１次元重心演算時における閾値設定によっては演算対象とならない場合がある。その場合、当該部分における高低差情報の値はゼロとする。
　図１０には、画像演算部７によって処理される時系列の画像データの一例を示している。同時では、左側に、領域Ｅにおける光Ｌの照射状態を時系列（時間ｔ＝Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）に示しており、右側に、各照射状態に対応して画像計測装置２で得られた画像データ上の光Ｌの光像を示している。同図に示すように、開瞼状態（ｔ＝Ｔ１）から閉瞼状態（ｔ＝Ｔ４）に移行する間に、上瞼と白目との境界に表れる光Ｌの光像シフトの縦方向（垂直方向）Ｙにおける変化点が下方向に移動していることがわかる。なお、画像データ上には目の周辺部や睫毛、眉毛からの散乱光がバックグラウンドとして存在する場合があるが、この画像データの例では、説明のために光Ｌの光像のみを示している。画像演算部７は、光Ｌのシフトの変化点を求めることにより上瞼位置を計測し、その上瞼位置の時間変化から瞬目動作を解析する。
　図１１は、画像計測装置２により撮像された時系列の画像データに対し、画像演算部７により１次元重心演算を行った結果を示す。同図では、高低差を色の明暗で示しており、白に近いほど高さが高く、黒に近いほど高さが低いことを示している。横方向（ｔ）は時間軸であり、およそ４秒間にわたって計測を行い４回程度の瞼の開閉が計測されている。同図の結果から、開瞼時(図中で“開”と示された箇所)においては、上瞼部分Ｅｕと黒目部分Ｅｉ，Ｅｐおよび白目部分Ｅｓにおいては、各部の高低差を示す色の明暗に明確な差が存在する。画像演算部７は、さらに、この結果から縦方向(Ｙ)において隣接する画素同士の差分を取り、縦方向において差分値の変化が大きく変化する位置を上瞼位置として取得する。また、閉瞼時(図中で“閉”と示された箇所)においても、上瞼部分Ｅｕと下瞼部分Ｅｄにおいて色の明暗に差が存在するため、縦方向において隣接画素同士の差分を取り、差分値が大きく変化する位置を、上瞼と下瞼との境界位置として取得する。
　さらに、図１２には、上記のようにして画像演算部７が取得した上瞼の境界位置の時間変化の例を示している。このようにして得られたデータから、被験者の瞬きにおける開眼速度、閉眼速度、及び閉眼時間等のパラメータを取得することが可能となる。
　以上説明した瞬目計測システム１０或いはそれを用いた計測方法によれば、照明装置１によって被験者の上瞼から下瞼にかけて照射される光Ｌの照射光軸Ｌａに対して、角度θだけ傾いた撮像光軸Ｉａが設定された状態で被験者の画像が取得され、この画像における光Ｌの散乱光の光像の位置を基に高低差情報が取得され、その高低差情報に基づいて瞼位置が計測される。その結果、瞼等における散乱光の発生の影響、睫毛の影響、又は散乱条件の変化の影響を受けにくく、より正確な瞼位置の計測が可能になる。これにより、被験者の瞬目動作の正確な解析が実現される。
　ここで、画像計測装置２の画像演算部７は、光Ｌの光像が延びる方向に垂直な方向におけるその光像の位置に基づいて、光Ｌの照射方向に沿った領域Ｅの高さ情報を取得するので、被験者の上瞼から下瞼にかけての相対的な高さが精度よく検出され、その結果として被験者の瞼位置をさらに正確に計測することができる。
　また、照明装置１は被験者に正対するように照射光軸Ｌａに沿って配置され、画像計測装置２は、照射光軸Ｌａから角度θだけ回転させた撮像光軸Ｉａに沿って配置される。このような配置構成によれば、被験者の上瞼から下瞼にかけての相対的な高さを精度よく検出することができる。
　なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、照明装置１から照射される光Ｌは、被験者の上瞼から下瞼に亘って延びる光であればその形状は特段限定されず、例えば、矩形状であってもよいし、台形形状であってもよい。ただし、帯状のライン光であれば、画像計測装置２によって取得される光像の位置に基づいて高さ情報を取得しやすいため、計測精度が向上する。
　また、照明装置１と画像計測装置２の配置関係は、様々変更することができる。
　図１３は、本発明の変形例に係る瞬目計測システム１０Ａの配置関係を示す概略構成図である。同図に示す瞬目計測システム１０Ａにおいては、画像計測装置２が被験者の領域Ｅに正対するように撮像光軸Ｉａに沿って配置され、画像計測装置２が、照明装置１における照射光軸Ｌａから角度θだけ回転させた撮像光軸Ｉａに沿って配置されるように構成される。このような構成によっても、領域Ｅに照射される光Ｌの光像の位置に基づいて、領域Ｅにおける高低差情報を取得することができるため、被験者の上瞼から下瞼にかけての相対的な高さを精度よく検出することができる。
　また、図１４は、本発明の別の変形例に係る瞬目計測システム１０Ｂの配置関係を示す概略構成図である。同図に示す瞬目計測システム１０Ｂにおいては、照明装置１は被験者の領域Ｅにおける中心線Ｃに対して角度θＬａだけ回転させた照射光軸Ｌａに沿って設置される。また、画像計測装置２は被験者の領域Ｅにおける中心線Ｃに対して角度θＩａだけ回転させた撮像光軸Ｉａに沿って設置される。このような構成によっても、領域Ｅに照射される光Ｌの光像の位置に基づいて、領域Ｅにおける高低差情報を取得することができるため、被験者の上瞼から下瞼にかけての相対的な高さを精度よく検出することができる。
　また、照明装置１は、単一の光Ｌを被験者の領域Ｅに垂直に照射することに限定されるものではない。図１５は、被験者の領域Ｅに対し斜めに光Ｌが照射される場合の正面図である。また、図１６は、被験者の領域Ｅに対し複数本の光Ｌが照射される場合の正面図である。光Ｌは、図１５に示すように、領域Ｅに対して時計方向あるいは反時計方向に所定の角度θだけ回転させて照射されても良く、また、図１６に示すように、領域Ｅに対して任意の間隔を持ち複数本照射されても良い。また、図１５および図１６に示す２つの方法が組み合わされても良い。いずれの場合も、被験者が計測中に動いてしまう場合や照射箇所の皮膚状態や睫毛等の影響がある場合でも、精度よく計測することが可能となる。また、照明装置１から照射される光は、上瞼Ｅｕから下瞼Ｅｄに亘って延びていればよく、瞳孔Ｅｐ、強膜（白目）Ｅｓ、及び虹彩Ｅｉの全てを含むように延びる必要はない。
　ここで、上記の計測装置においては、演算部は、光像が延びる方向に垂直な方向における光像の位置に基づいて高さ情報を取得する、ことが好適である。こうすれば、被験者の上瞼から下瞼にかけての相対的な高さが精度よく検出され、その結果として瞼位置をさらに正確に計測することができる。
　照明部は被験者に正対するように配置され、撮像装置は光の光軸に沿った面を被験者の正対方向から所定の角度だけ回転させた面上に光軸を有するものであってもよい。また、撮像装置は被験者に正対するように配置され、照明部は光軸を含む面が被験者の正対方向を含む面を所定の角度だけ回転させた面上になるように構成されてもよい。さらに、撮像装置及び照明部は、被験者に対して斜めに向くように配置されていてもよい。いずれの場合も、被験者の上瞼から下瞼にかけての相対的な高さを精度よく検出することができる。
　本発明は、被験者の瞼位置を計測する計測装置及び計測方法を使用用途とし、被験者の瞼位置をより正確に計測することを可能とするものである。
　１…照明装置（照明部）、２…画像計測装置、６…画像センサ（撮像装置）、７…画像演算部（演算部）、１０，１０Ａ，１０Ｂ…瞬目計測システム、Ｅ…領域、Ｉａ…撮像光軸、Ｌ…光、Ｌａ…照射光軸。

Claims (6)

  1. 　被験者の瞼位置を計測する計測装置であって、
    　被験者の上瞼から下瞼に亘って延びる光を照射する照明部と、
    　前記光の光軸を含む面を、前記被験者に照射される前記光に沿った軸を中心に所定の角度だけ回転させた面上に光軸を有する撮像装置と、
    　前記撮像装置によって撮像された画像における光像の位置に基づいて高さ情報を取得し、前記高さ情報に基づいて前記瞼位置を計測する演算部と、
    を備える計測装置。
  2. 　前記演算部は、前記光像が延びる方向に垂直な方向における前記光像の位置に基づいて前記高さ情報を取得する、
    請求項１記載の計測装置。
  3. 　前記照明部は前記被験者に正対するように配置され、
    　前記撮像装置は前記光の光軸に沿った面を、前記被験者の正対方向から所定の角度だけ回転させた面上に光軸を有する、
    請求項１又は２記載の計測装置。
  4. 　前記撮像装置は前記被験者に正対するように配置され、
    　前記照明部は前記光軸を含む面が前記被験者の正対方向を含む面を前記所定の角度だけ回転させた面上になるように構成される、
    請求項１又は２記載の計測装置。
  5. 　前記撮像装置及び前記照明部は、前記被験者に対して斜めに向くように配置される、
    請求項１又は２記載の計測装置。
  6. 　被験者の瞼位置を計測する計測方法であって、
    　被験者の上瞼から下瞼に亘って延びる光を照射する照明ステップと、
    　前記光の光軸を含む面を、前記被験者に照射される前記光に沿った軸を中心に所定の角度だけ回転させた面上に撮像光軸を設定して、前記被験者の画像を取得する撮像ステップと、
    　前記撮像ステップにおいて取得された画像における光像の位置に基づいて高さ情報を取得し、前記高さ情報に基づいて前記瞼位置を計測する演算ステップと、
    を備える計測方法。
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