JP6106684B2 - 高分解能視線検出のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
米国政府は、本発明における一括払いライセンスと、限られた状況下において妥当な条件(例えば、国防総省(米陸軍)契約番号No.W81XWH−05−C−0045、米国国防総省議会研究構想No.W81XWH−06−2−0037、W81XWH−09−2−0141およびW81XWH−11−2−0156ならびに米国運輸省議会研究構想契約付与No.DTNH22−05−H−01424中に記載の条件)に基づいて他者にライセンス付与することを特許権者に要求する権利とを持ち得る。
今日のマイクロ電子およびマイクロ光学の登場により、視線検出のためのコンポーネントをアイウェア(例えば、眼鏡フレーム)またはヘッドウェア(例えば、ヘルメット、マスク、ゴーグル、仮想現実ディスプレイ)(例えば、米国特許第6,163,281号、第6,542,081号または第7,488,294号、第7,515,054号中に記載のようなデバイス)上に目立たない様態で取り付けることが可能となる。1つ以上のデバイスが取り付けられたシーンカメラを用いて環境内における基準位置を検出する頭部検出に関連する方法が、出願シリアル番号第13/113,003号(出願日:2011年5月20日)中に開示されている。カメラ画像に基づいたシーン照明の制御に関連する方法について、出願シリアル番号第12/715,177号(出願日:2010年3月1日、米国公開第2011/0211056号として公開)中に開示がある。デバイス装着者の応答時間および反応時間の測定に関連する方法について、出願シリアル番号第13/113,006号(出願日:2011年5月20日)中に開示がある。この方法において、本出願中に記載のような空間精度の向上により、反応時間測定の時間的精度の向上に貢献することができる。
例示的実施形態において、アイウェアまたはヘッドウェアへ固定された複数の照明光源を用いることを含む方法が提供され、これにより、眼の周囲の実質的に全ての領域が完全に照明される。単一のまたは少数の照明光源の場合、照明を遮断し得る眼および解剖学的構造(例えば、まぶた、まつげ)の領域内の複数の曲線状表面に起因して、高精度の眼検出のための適切な照明を提供することができない。照明光源アレイを用いた眼の領域の照明の場合、眼表面全体における複数の基準閃光の生成および/または曲線状表面のより均等な照明が可能となるため、例えば、影および/または機械視覚技術の劣化の原因となり得る他の照明効果の発生が回避される。
別の実施形態によれば、複数の照明光源および/または複数のカメラを用いて、デバイスと、眼表面上の閃光との間の距離を計算することができる。これらの距離は、視線検出プロセスにおける別個の計算操作として計算してもよいし、あるいは、視線検出ベクトルの計算全体に測定を埋設してもよい。いずれの場合も、照明光源および眼検出用カメラの眼表面に相対する正確な位置は、特にアイウェアまたはヘッドウェア上の取り付けられた構造と関連付けられた短距離(すなわち、3センチメートル(3cm)未満)上において、視線検出精度に影響を与える。これらの距離測定を視線検出計算において実質的に連続して取り入れることにより、ユーザ間のこの変動性および長時間使用時におけるアイウェアまたはヘッドウェアの動きによる影響を無くすことができる。
電子処理および制御要素を収容するための他の位置を挙げると、眼鏡フレーム11の鼻部領域16の上方、フレーム11の右ステム(図示せず)内、アイウェアまたはヘッドウェアと電気的に接続されかつ/または無線通信する外部コンパートメント内(例えば、デバイス装着者のベルトまたはヘッドバンドへ締結されたもの)、またはシステム10のフレーム内の他の場所がある。あるいは、電子的処理および制御要素をシステム10内の異なる位置に分配することにより、例えば重量をさらに均等に分散させ、放熱を行い、ケーブル長さを短縮し、および/または電力消費を低減することができる。
図5において、(本明細書中のいずれかの箇所において記載の照明光源および/または反射面のうちいずれかであり得る)照明光源50は、眼表面上に閃光51を生成する。照明光源50のビームは、眼の中心領域内における照明(特に閃光生成)を最大化するように、全ての3つの次元(角度54aとして図示)において配置および方向付けられ得る。閃光が角膜内にある(図7を参照)かあるいは瞳孔53またはその近隣にある場合、高精度の視線検出を最も容易に計算することができる。しかし、眼検出用カメラ55によって収集された画像内において、閃光51が、眼52の強膜または白色部および/または瞳孔周囲の虹彩(明確さのため、図5中では図示せず)上において発生し得る。
カメラ(単数または複数)55および照明光源(単数または複数)50双方をアイウェアまたはヘッドウェアに実質的にリジッド固定することができる。よって、全カメラ(単数または複数)55と照明光源(単数または複数)50との間の(全三次元における)3次元方向および分離距離58を知ることができる。2つの角度および分離距離58が分かることにより、光源50、閃光51、およびカメラ55および関連付けられた角度を分離する全距離を周知の三角測量技術を用いて計算することが可能になる。例えば範囲ファインダー器具内、測量方法および空間内の物体への距離の推定時において、類似のアプローチが用いられる。
単一の閃光50aまたは50bまたは50cのみの位置を一度に決定する必要のある場合、各照明光源を選択されたタイミングでオンにすることにより、一連の画像を生成することも可能である。その結果、画像処理方法を信頼性を以てより容易に実行して、個々の閃光(およびその対応する照明光源)の画像内における位置を決定することができる。
眼がさらに回転した場合、カメラアセンブリ79aの瞳孔検出能力が完全に失われ得る。個人においてこの問題を複雑にする要素として、解剖学的構造(例えば、腫れたまぶたまたは部分的に閉じたまぶたならびに/あるいは眼の下部の「膨れ」)があり、その結果、眼の実質的な連続検出がさらに不明瞭になり得る。アイウェアまたはヘッドウェア上に取り付けられたカメラの近接場位置は、(例えば車のダッシュボード上またはコンピュータの表示モニタ近隣においてさらに離隔位置に配置されたカメラと比較した場合において)この問題を悪化させる。しかし、複数のカメラ(例えば、図7B中の79aおよび79b)は、全次元における眼の全移動範囲をキャプチャするように先着的に配置されており、これにより、眼および顔の他の解剖学的構造による不明瞭化を低減しつつ、生理学的移動範囲全体における瞳孔動きの実質的に連続しかつ/または高精度の監視が可能となる。
Claims (31)
- 視線検出位置を決定するためのシステムであって、前記システムは、
装着者の頭部上に装着されるように構成されたデバイスと、
前記装着者の眼を照射するように方向付けられた前記デバイス上に取り付けられた1つ以上の照明光源と、
前記デバイス上に取り付けられかつ前記眼を視認するために配置された複数の眼検出用カメラと、
前記眼検出用カメラによって取得された前記眼の画像を分析して、前記1つ以上の照明光源から前記眼から反射された1つ以上の閃光を特定し、前記1つ以上の閃光に相対する前記眼の特徴の位置を特定して、前記装着者によって視認されている位置を決定するように、前記眼検出用カメラへ接続されたプロセッサと、を含み、
前記眼検出用カメラは、前記眼が通常の移動範囲全体において移動した際に前記眼の瞳孔が前記眼検出用カメラのうち少なくとも1つからの眼検出用カメラ画像内に出現するように、相互に十分に間隔を空けて配置され、
前記デバイス上に取り付けられ、前記装着者の環境内の基準位置を視認するために配置されたシーンカメラであって、前記プロセッサは、前記視野のシーン画像を取得することと、前記1つ以上の閃光に相対する前記眼の特徴の位置を特定して、前記装着者によって視認されている位置を前記シーン画像内において決定することとを行うように前記シーンカメラへ接続される、シーンカメラ、
をさらに含む、システム。 - 視線検出位置を決定するためのシステムであって、
装着者の頭部上に装着されるように構成されたデバイスと、
前記デバイスを装着している装着者の眼の視野内において前記デバイス上に取り付けられた1つ以上の照明光源であって、前記1つ以上の照明光源は、前記眼を照明するように配置され、前記1つ以上の照明光源は、前記視野内の前記装着者の視覚との干渉を最小化するように構成される、照明光源と、
前記デバイス上に取り付けられかつ前記眼を視認するために配置された眼検出用カメラと、
前記眼検出用カメラによって取得された前記眼の画像を分析して、前記1つ以上の照明光源から前記眼から反射された1つ以上の閃光を特定し、前記1つ以上の閃光に相対する前記眼の特徴の位置を特定して、前記装着者によって視認されている位置を決定するように前記眼検出用カメラに接続されたプロセッサと、
を含み、
前記デバイス上に取り付けられ、前記眼を視認するために配置された1つ以上のさらなる眼検出用カメラであって、前記プロセッサは、異なる視認角度から前記眼の位置を検出するように前記1つ以上のさらなる眼検出用カメラへ接続される、さらなる眼検出用カメラ、
をさらに含み、
前記眼検出用カメラは、前記眼が通常の移動範囲全体を移動した場合に前記眼の瞳孔が前記眼検出用カメラのうち少なくとも1つからの眼検出用カメラ画像内に出現するように、相互に十分に間隔を空けて配置される、システム。 - 前記1つ以上の照明光源は、LEDおよびOLEDエミッタのうち1つを含む、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記デバイスは、前記装着者の視線内において前記デバイスに取り付けられたレンズを含み、前記1つ以上の照明光源は、前記眼を照明するように前記レンズ上に設けられた複数の光源を含む、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記光源は、0.2ミリメートルより幅が小さい、請求項4に記載のシステム。
- 前記システムは、前記光源を電源へ電気的に接続するための導線を前記レンズ上にさらに含み、前記導線は、前記視野内の前記装着者の視覚との干渉を最小化するように構成される、請求項4に記載のシステム。
- 前記導線は透明である、請求項6に記載のシステム。
- 前記導線は、0.2ミリメートルより幅が小さい、請求項6に記載のシステム。
- 前記複数の光源は、相互に十分に間隔を空けて配置され、前記眼が通常の移動範囲全体を移動した際、光源からの少なくとも1つの閃光が前記眼検出用カメラからの画像内の前記眼の前記角膜領域の表面上に確実に出現する、請求項4に記載のシステム。
- 前記光源は、前記レンズ上の2次元アレイ内に設けられる、請求項9に記載のシステム。
- 前記アレイの1つ以上の光源を選択的に活性化させるように前記光源に接続された前記レンズ上の導線をさらに含む、請求項10に記載のシステム。
- 前記1つ以上の照明光源は、前記装着者の眼の前方において前記デバイスに取り付けられたレンズ内に埋設された複数の反射面と、光を前記レンズ内へ方向付けて前記複数の反射面から前記眼に向かって反射させるように構成された1つ以上の光源とを含む、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記1つ以上の光源の輝度レベルを調節して、前記眼検出用カメラの視野内において所望の輝度レベルを提供するように、前記照明光源の1つ以上の光源へ接続されたコントローラをさらに含む、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記コントローラは、単一の光源を照明して単一の閃光を生成するように構成され、前記プロセッサは、前記視線検出カメラ画像内の前記単一の閃光を分離するように構成される、請求項13に記載のシステム。
- 前記眼検出用カメラは、CCDおよびCMOS検出器のうち1つを含む、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記眼検出用カメラは、眼検出用カメラ画像の生成のための活性化領域を含み、前記活性化領域表面は曲線状である、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記デバイス上に取り付けられ、前記装着者の環境内の基準位置を視認するために配置されたシーンカメラであって、前記プロセッサは、前記視野のシーン画像を取得することと、前記1つ以上の閃光に相対する前記眼の特徴の位置を相関付けて、前記装着者によって視認されている位置を前記シーン画像内において決定することとを行うように前記シーンカメラへ接続される、シーンカメラ、
をさらに含む、請求項1または2に記載のシステム。 - 視線検出位置を決定するためのシステムであって、
装着者の頭部上に装着されるように構成されたデバイスであって、前記デバイスは、前記デバイスの装着時において前記装着者の眼の前方に配置されたレンズを含む、デバイスと、
前記デバイス上に取り付けられかつ前記装着者の環境内の基準位置を視認するために配置されたシーンカメラと、
前記装着者の眼を照明するように前記レンズ上に取り付けられた複数の照明光源と、
前記デバイス上に取り付けられかつ前記眼を視認するために配置された複数の眼検出用カメラと、
前記シーンカメラおよび眼検出用カメラに接続されたプロセッサであって、前記プロセッサは、前記シーンカメラおよび眼検出用カメラからの画像を分析して、シーンカメラ画像からのシーン基準位置および眼検出用カメラ画像からの眼検出位置を用いて、前記装着者によって視認されている位置を決定する、プロセッサと、
を含み、
前記レンズ上の複数の光源は、前記眼が通常の移動範囲全体において移動した際に、光源からの少なくとも1つの閃光が前記眼検出用カメラからの画像内の前記眼の角膜領域の表面上に確実に出現するように、相互に十分に間隔を空けて配置される、システム。 - 前記照明光源は、前記レンズ内に埋設された複数の反射面と、1つ以上の光源とを含み、前記1つ以上の光源は、光を前記レンズ内に方向付けて、前記複数の反射面から前記眼へと反射させるように構成される、請求項18に記載のシステム。
- 前記照明光源は、前記デバイスを装着している前記装着者にとって視認不能である、請求項18に記載のシステム。
- 前記照明光源は、前記レンズ上の複数の光源と、前記光源へ接続された前記レンズ上の複数の導電性経路とを含み、前記システムは、前記光源を選択的に活性化させるように前記経路へ接続されたコントローラをさらに含む、請求項18に記載のシステム。
- 前記コントローラは、単一の光源を照明して単一の閃光を生成するように構成され、前記プロセッサは、前記視線検出カメラ画像内の前記単一の閃光を分離するように構成される、請求項21に記載のシステム。
- 視線検出のための方法であって、
装着者の頭部上にデバイスを配置することであって、前記デバイスは、1つ以上の照明光源と、前記装着者の眼に向かって方向付けられた複数の眼検出用カメラとを含み、前記眼検出用カメラは、前記眼の視野の重複を提供するように、前記デバイス上の異なる位置に配置されることと、
前記眼検出用カメラによって取得された前記眼の画像を分析して、前記1つ以上の照明光源から前記眼から反射された1つ以上の閃光を特定し、前記1つ以上の閃光に相対する前記眼の特徴の位置を特定して、前記装着者によって視認されている位置を決定することと、
前記デバイス上にシーンカメラを取り付けることであって、前記シーンカメラは前記装着者の環境内の基準位置を視認するために配置されることと、
プロセッサは、前記シーンカメラへ接続されて、視野のシーン画像を取得することと、前記1つ以上の閃光に相対する前記眼の特徴の位置を特定して、前記装着者によって視認されている位置を前記シーン画像内において決定することとを行うように配置されることと、
を含む、方法。 - 前記眼の特徴の位置は、前記眼検出用カメラの画像から監視され、前記眼の特徴がその他の眼検出用カメラに相対して前記視野の中心に最も近接する眼検出用カメラを特定し、前記眼の画像を分析することは、前記特定された眼検出用カメラからの画像を分析して、前記装着者によって視認されている位置を決定することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記方法は、前記眼の特徴がその他の眼検出用カメラに相対して前記視野の中心に最も近接する眼検出用カメラを定期的に特定することをさらに含み、前記特定された眼検出用カメラからの画像を分析して、前記装着者によって視認されている位置を決定することを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記眼の特徴の位置は、前記眼検出用カメラの画像から監視され、前記眼の画像を分析することは、前記画像内の前記眼の特徴の位置を異なる位置の前記眼検出用カメラからの画像を用いた位置の平均として計算することで、前記装着者によって視認されている位置を決定することを含む、請求項23に記載の方法。
- 補正空間マッピング関数を前記画像に適用して、前記眼の球面収差および曲率のうち少なくとも1つによる前記画像の歪みを補正することをさらに含む、請求項26に記載の方法。
- 前記眼検出用カメラの画像からの前記眼の特徴の位置は、平均化より前に、前記眼の球面収差および曲率のうち少なくとも1つによる前記画像の歪みを補正するように重み付けされる、請求項26に記載の方法。
- 視線検出のための方法であって、
装着者の頭部上にデバイスを配置することであって、前記デバイスは、複数の照明光源と、前記装着者の眼に向かって方向付けられた眼検出用カメラとを含み、前記照明光源は、前記装着者の視野内に配置され、前記視野内の前記装着者の視覚との干渉を最小化するように構成されることと、
前記眼検出用カメラによって取得された前記眼の画像を分析して、前記照明光源のうち1つ以上から前記眼から反射された1つ以上の閃光を特定し、前記1つ以上の閃光に相対する前記眼の特徴の位置を特定して、前記装着者によって視認されている位置を決定することと、
前記デバイス上にシーンカメラを取り付けることであって、前記シーンカメラは前記装着者の環境内の基準位置を視認するために配置されることと、
プロセッサは、前記シーンカメラへ接続されて、視野のシーン画像を取得することと、前記1つ以上の閃光に相対する前記眼の特徴の位置を特定して、前記装着者によって視認されている位置を前記シーン画像内において決定することとを行うように配置されることと、
を含む、方法。 - 前記照明光源のうち1つのみが一度に活性化され、それにより、前記眼の画像内に単一の閃光を生成し、前記眼の特徴の位置を前記単一の閃光に相対して特定して、前記装着者によって視認されている位置を決定する、請求項29に記載の方法。
- 複数の前記照明光源が一度に活性化され、それにより、複数の同時閃光を前記眼の画像内に生成し、前記眼の特徴の位置を前記複数の閃光に相対して特定して、前記装着者によって視認されている位置を決定する、請求項29に記載の方法。
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