JP6536324B2 - 視線検出システム、視線検出方法および視線検出プログラム - Google Patents
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Description
さらに、1つの案では、上記の視線検出システムと同様の処理をコンピュータに実行させる視線検出プログラムが提供される。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係る視線検出システムの構成例および処理例を示す図である。第1の実施の形態に係る視線検出システム1は、境界検出部1a、中心位置検出部1bおよび視線検出部1cを有する。境界検出部1a、中心位置検出部1bおよび視線検出部1cの各処理は、例えば、プロセッサが所定のプログラムを実行することで実現される。また、境界検出部1a、中心位置検出部1bおよび視線検出部1cの各処理機能の少なくとも一部は、他の処理機能とは別の装置に実装されてもよい。
図2は、第2の実施の形態に係る視線検出装置のハードウェア構成例を示す図である。第2の実施の形態に係る視線検出装置100は、例えば、図2に示すようなコンピュータとして実現することができる。
RAM102は、視線検出装置100の主記憶装置として使用される。RAM102には、プロセッサ101に実行させるOS(Operating System)プログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、RAM102には、プロセッサ101による処理に必要な各種データが格納される。
以上のようなハードウェア構成によって、視線検出装置100の処理機能を実現することができる。
以下の説明において、眼球が露出している「眼球領域」は、上瞼の下縁部201と下瞼の上縁部202とによって囲まれる領域として定義される。眼球領域には、同心円状に瞳孔203と虹彩204の各領域が存在し、虹彩204の外側には強膜(白目)205の領域が存在する。また、視線検出時には、赤外照明107aからの赤外線の反射光である角膜反射像206が、眼球領域に現れる。
エッジ検出部114は、眼球領域において略左右方向に線状または帯状にエッジ検出領域を設定し、設定したエッジ検出領域の長手方向に対して隣接画素の輝度差を検出することで、エッジを検出する。ここで、図5〜図7に、エッジ検出領域におけるエッジ検出結果の例を示す。図5〜図7では、例として、眼球領域において水平な線をエッジ検出領域として設定したものとする。
図6の例では、図5の例と同様に、虹彩のエッジに対応する2つのエッジ部222a,222cが検出されている。また、瞳孔のエッジに対応する1つのエッジ部222bも検出されている。しかし、瞳孔についての他方のエッジが存在するはずの領域223には、角膜反射像が存在するため、他方のエッジは検出されていない。
図7の例では、領域224において角膜反射像が検出されている。エッジ検出部114は、例えば、領域224における前後の輝度差が所定の閾値未満であることから、領域224をエッジ部でない平坦部とみなす。
瞳孔中心検出部115は、エッジ検出部114によって瞳孔のエッジが検出されたか否かに応じて、瞳孔の中心位置の検出処理を切り替えて実行する。瞳孔中心検出部115は、瞳孔のエッジが検出された場合、瞳孔の輪郭の検出結果を重視した中心位置の検出処理を実行する。一方、瞳孔中心検出部115は、瞳孔のエッジが検出されなかった場合、虹彩の輪郭の検出結果を重視した中心位置の検出処理を実行する。
エッジ検出部114によるエッジ検出結果に応じて瞳孔の中心位置の検出処理を切り替える方法の一例としては、瞳孔の輪郭を検出し、その検出結果から瞳孔の中心位置を検出する処理と、虹彩の輪郭を検出し、その検出結果から瞳孔の中心位置を検出する処理のどちらかを、エッジ検出部114によるエッジ検出結果に応じて切り替えて実行する方法がある。ここでは、前者を「瞳孔輪郭に基づく中心検出処理」と呼び、後者を「虹彩輪郭に基づく中心検出処理」と呼ぶ。
図10は、視線検出処理手順の例を示すフローチャートである。
[ステップS11]画像取得部111は、赤外カメラ107bによってユーザの顔が撮影された画像を取得する。眼球領域検出部112は、取得された画像から眼球領域を検出する。
[ステップS13]エッジ検出部114は、眼球領域にエッジ検出領域を設定する。
図11,図12は、エッジペア検出についての処理例1−1を示すフローチャートである。この図11,図12の処理は、図10のステップS14の処理に対応する。
[ステップS32]エッジ検出部114は、エッジ検出領域の他端側に向けて輝度差の算出処理を順次実行し、エッジ部を検出すると、次のステップS33の処理を実行する。
[ステップS36]エッジ検出部114は、検出されたエッジの輝度変化の方向をチェックする。輝度が上昇する方向に変化した場合、ステップS38の処理が実行され、輝度が低下する方向に変化した場合、ステップS37の処理が実行される。
(条件2)抽出されたエッジの前後の輝度差と、検出されたエッジの前後の輝度差との差分が、一定値未満である。
この処理例1−2では、エッジ検出領域上に角膜反射像が存在する場合、角膜反射像と検出された他のエッジとの位置関係に基づいて、角膜反射像の領域をエッジとみなすか否かを決定する点で、処理例1−1とは異なる。処理例1−2では、まず、図13に示すように、図11に示した処理のうちステップS33〜S35の処理が、ステップS33aの処理に置き換えられる。
[ステップS51]エッジ検出部114は、第2スタックにエッジペアが登録されているかを判定する。登録されている場合、ステップS56の処理が実行され、登録されていない場合、ステップS52の処理が実行される。
[ステップS54]エッジ検出部114は、角膜反射像の位置をエッジとみなし、このエッジについての情報と、ステップS52でペア化可能として抽出されたエッジのエッジ情報とを含むエッジペア情報を、第2スタックに登録する。
図15は、瞳孔の中心位置検出処理についての処理例2−1を示すフローチャートである。この図15の処理は、図10のステップS16の処理に対応する。
このステップS72では、エッジ検出部114によって瞳孔のエッジが検出されていない場合には、輝度差Dpiは0となり、瞳孔の輪郭を精度よく検出できる状態でないと判定される。また、エッジ検出部114によって瞳孔のエッジが検出された場合でも、虹彩−強膜間の輝度差Disより瞳孔−虹彩間の輝度差Dpiの方が十分大きくない場合には、瞳孔の輪郭を精度よく検出できる状態でないと判定される。
[ステップS81]瞳孔中心検出部115は、虹彩の輪郭検出用のテンプレートを用いて、眼球領域から虹彩の輪郭を検出する。瞳孔中心検出部115は、検出された虹彩の輪郭に基づいて、瞳孔の中心位置を検出する。
まず、図17は、テンプレートと尤度との関係の例を示す図である。瞳孔の輪郭検出用のテンプレートには、テンプレートに含まれる円の半径ごとにあらかじめ尤度が対応づけられている。図17のグラフ281に示す関数Rpupilの曲線は、瞳孔の輪郭検出用のテンプレートに含まれる円の半径と、尤度との関係を示す。例えば、眼球領域の画像といずれかのテンプレートとが類似すると判定されて瞳孔の輪郭が検出されたとき、使用されたテンプレートに対応づけられた尤度は、その輪郭の検出結果の信頼度を示す。
この図18では、重み付けが行われた後の関数Rpupilおよび関数Ririsに基づいて、輪郭検出で使用されるテンプレートが制限される場合について示す。
1a 境界検出部
1b 中心位置検出部
1c 視線検出部
10 眼領域
11 瞳孔
11a,11b 境界
12 虹彩
13 検出領域
Claims (9)
- 撮像画像上のユーザの眼領域から、輝度に基づくエッジ検出によって瞳孔と虹彩との境界の位置を検出する境界検出部と、
前記境界検出部によって前記境界の位置が検出されたか否かに応じて、前記瞳孔の中心位置を検出する第1の処理と、前記第1の処理とは異なる手順で前記瞳孔の中心位置を検出する第2の処理とを切り替えて実行する中心位置検出部と、
前記中心位置検出部によって検出された前記瞳孔の中心位置に基づいて、前記ユーザの視線方向または注視位置を検出する視線検出部と、
を有する視線検出システム。 - 前記第1の処理では、前記眼領域における瞳孔の輪郭の検出結果に基づいて前記瞳孔の中心位置を算出し、前記第2の処理では、前記眼領域における虹彩の輪郭の検出結果に基づいて前記瞳孔の中心位置を算出する、
請求項1記載の視線検出システム。 - 前記第1の処理および前記第2の処理は、前記眼領域における瞳孔の輪郭の検出結果に基づいて前記瞳孔の中心位置を算出する第1の算出処理と、前記眼領域における虹彩の輪郭の検出結果に基づいて前記瞳孔の中心位置を算出する第2の算出処理とを含み、
前記中心位置検出部は、前記第1の処理の実行時に、前記第1の算出処理および前記第2の算出処理のそれぞれの処理結果に与える重みと、前記第2の処理の実行時に、前記第1の算出処理および前記第2の算出処理のそれぞれの処理結果に与える重みとを、前記境界の位置が検出されたか否かに応じて変更する、
請求項1記載の視線検出システム。 - 前記第1の処理および前記第2の処理は、複数の第1テンプレートを用いて前記眼領域における瞳孔の輪郭を検出し、前記瞳孔の輪郭の検出結果に基づいて前記瞳孔の中心位置を算出する第1の算出処理と、複数の第2テンプレートを用いて前記眼領域における虹彩の輪郭を検出し、前記虹彩の輪郭の検出結果に基づいて前記瞳孔の中心位置を算出する第2の算出処理とを含み、
前記中心位置検出部は、前記第1の処理の実行時に、前記第1の算出処理で前記複数の第1テンプレートの中から使用するテンプレートおよび前記第2の算出処理で前記複数の第2テンプレートの中から使用するテンプレートと、前記第2の処理の実行時に、前記第1の算出処理で前記複数の第1テンプレートの中から使用するテンプレートおよび前記第2の算出処理で前記複数の第2テンプレートの中から使用するテンプレートとを、前記境界の位置が検出されたか否かに応じて変更する、
請求項1記載の視線検出システム。 - 前記境界検出部は、前記眼領域に線状または帯状の検出領域を設定し、前記検出領域の長手方向に対してエッジ検出を行い、検出されたエッジのうち、前後で輝度が減少する第1のエッジおよび前後で輝度が増加する第2のエッジの前記検出領域における位置の対称性に基づいて、前記境界の位置を検出する、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の視線検出システム。 - 前記境界検出部は、前記検出領域において角膜反射像が検出された場合、前記角膜反射像の前後の輝度差に基づいて、前記角膜反射像の位置を、前記第1のエッジが存在する位置、または前記第2のエッジが存在する位置、またはエッジが存在しない位置のいずれかであると判定する、
請求項5記載の視線検出システム。 - 前記境界検出部は、前記検出領域において角膜反射像が検出された場合、検出された前記第1のエッジおよび前記第2のエッジと前記角膜反射像との位置関係に基づいて、前記角膜反射像の位置を、前記第1のエッジが存在する位置、または前記第2のエッジが存在する位置、またはエッジが存在しない位置のいずれかであると判定する、
請求項5記載の視線検出システム。 - コンピュータが、
撮像画像上のユーザの眼領域から、輝度に基づくエッジ検出によって瞳孔と虹彩との境界の位置を検出し、
前記境界の位置が検出されたか否かに応じて、前記瞳孔の中心位置を検出する第1の処理と、前記第1の処理とは異なる手順で前記瞳孔の中心位置を検出する第2の処理とを切り替えて実行し、
検出された前記瞳孔の中心位置に基づいて、前記ユーザの視線方向または注視位置を検出する、
視線検出方法。 - コンピュータに、
撮像画像上のユーザの眼領域から、輝度に基づくエッジ検出によって瞳孔と虹彩との境界の位置を検出し、
前記境界の位置が検出されたか否かに応じて、前記瞳孔の中心位置を検出する第1の処理と、前記第1の処理とは異なる手順で前記瞳孔の中心位置を検出する第2の処理とを切り替えて実行し、
検出された前記瞳孔の中心位置に基づいて、前記ユーザの視線方向または注視位置を検出する、
処理を実行させる視線検出プログラム。
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