JP4839432B2 - Pointing device and method based on pupil position detection - Google Patents
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Description
本発明は、コンピュータにおける入力装置としてのマウスに代替できるポインティング装置に関する。 The present invention relates to a pointing device that can replace a mouse as an input device in a computer.
従来方式と問題点:
これまでに視点(ユーザの視線方向)によるポインティングが種々提案されている(たとえば、Webアドレスの http://www.ericainc.com/ (Human-computer interaction using eye-gaze input.pdf),http://www.eyegaze.com/など参照)。
しかし、視点によって、ポインティングする場合は、表示装置上のポインティングしたい場所へ視点を動かさなければならないが、見るべき位置を探索している間も、カーソルが視点の位置に常に現れるため、カーソルを移動させたい位置にカーソルを移動させにくいという問題がある。また、視点位置にいつもカーソルが提示されることにより、それが視覚刺激となり、見たい対象が見にくいなどの問題がある。
Conventional method and problems:
Various pointing methods based on the viewpoint (user's line of sight) have been proposed so far (for example, http://www.ericainc.com/ (Human-computer interaction using eye-gaze input.pdf), http: //www.eyegaze.com/ etc.)
However, when pointing depending on the viewpoint, the viewpoint must be moved to the point on the display device where you want to point, but the cursor always appears at the position of the viewpoint while searching for the position to be viewed. There is a problem that it is difficult to move the cursor to the desired position. In addition, when a cursor is always presented at a viewpoint position, it becomes a visual stimulus, and there is a problem that it is difficult to see an object to be seen.
頭部の運動によれば、見ているところとカーソルのでる位置は異なり、しかも、前方の表示装置上の必要なところに視線を向けながらも、周辺視でカーソルを見ながら目的の位置にカーソルを動かすことができる。
従来の頭部の動きによるポインティングシステムの例:
・Eagle eye (非特許文献1及びWebアドレス http://www.cs.bc.edu/~gips/CM/ を参照)
Eagle eyeは、パソコンの横にビデオカメラを設置し、顔の画像を撮影しながら、画像処理により、予め指定する顔の一部をテンプレートマッチングにより追尾し、その動きに応じて、パソコン画面上のカーソルを動かす方式である。追尾対象としては、鼻の先、あごの先、黒眼などをためしている。しかし、テンプレートを更新しても、急減な周囲の明るさの変化などに対応しにくい可能性があり、また、追尾すべき対象が徐々にずれていくなどの問題も発生しやすい。
・Origin Instruments Corporation (Webアドレス http://www.orin.com/access/ を参照)
Origin Instruments の方式では、一種のステレオカメラで、頭に取り付けたマーカの動きを検出して、それに合わせて、カーソルを動かすものである。これの問題点は、マーカをいちいち取り付けなければならないことである。このため一般には使用しにくい。
According to the movement of the head, the position where the cursor appears is different from the one you are looking at, and the cursor is at the target position while looking at the cursor in peripheral vision while looking at the necessary place on the front display device Can be moved.
Example of conventional pointing system with head movement:
・ Eagle eye (refer to Non-Patent
Eagle eye installs a video camera on the side of the computer, captures a face image, tracks part of the face specified in advance by template processing by image processing, and on the computer screen according to the movement This is a method of moving the cursor. As the tracking target, the tip of the nose, the tip of the chin, the black eye, etc. are tried. However, even if the template is updated, there is a possibility that it may be difficult to cope with a sudden decrease in ambient brightness, and problems such as a gradual shift in the target to be tracked are likely to occur.
・ Origin Instruments Corporation (see http://www.orin.com/access/)
The Origin Instruments method is a kind of stereo camera that detects the movement of a marker attached to the head and moves the cursor accordingly. The problem with this is that the markers must be attached one by one. For this reason, it is generally difficult to use.
・顔の額などにシールでできたマーカを取り付け、ビデオカメラの横に設置した赤外光源により顔を照らし、マーカを検出し、頭部の動きによって動くマーカの2次元位置を検出して、パソコン画面上のカーソルを動かす方式がある。これの問題点は、マーカを顔に取り付けなければならない点である。
・磁気センサを利用した方式:これは頭部に磁気センサを取り付ける必要があるので不便である。
・超音波を利用した方式:超音波センサを頭部に取り付ける必要がある。
また、これら先行技術はマウスにおけるクリック相当の操作が行えず、クリック操作のためには別の補助入力装置を用いる必要がある。
-Method using a magnetic sensor: This is inconvenient because it is necessary to attach a magnetic sensor to the head.
・ Method using ultrasonic waves: It is necessary to attach an ultrasonic sensor to the head.
Further, these prior arts cannot perform an operation equivalent to a click with a mouse, and it is necessary to use another auxiliary input device for the click operation.
方式の概要:
この発明は、不可視な赤外光源によって顔を照らし、ビデオカメラによって、顔の横幅全体が楽に入る拡大率で撮影し、ビデオカメラによって撮影される画像内の2つもしくは1つの瞳孔を直接検出する方式である。そして頭の動きによって生じる画像内の瞳孔の動きに合わせて、パソコン等のモニター上のカーソルを動かしたり、モニター上に表示されているメニューの選択をしたり、キーボードソフトを利用して文字を入力したり、複数のウインドウを切り替えたりすることができる。また、装置単独でマウスの左右ボタンの押下に相当する信号を発生することができ、他のクリック操作用入力補助装置の必要がない。
Method summary:
The present invention illuminates the face with an invisible infrared light source, shoots with a video camera at a magnification that makes the entire width of the face easier, and directly detects two or one pupil in the image taken by the video camera It is a method. The cursor on the monitor such as a personal computer is moved according to the movement of the pupil in the image caused by the movement of the head, the menu displayed on the monitor is selected, and characters are input using the keyboard software. Or switch between multiple windows. Further, the device can generate a signal corresponding to pressing of the left and right buttons of the mouse, and there is no need for another input operation device for click operation.
瞳孔検出には、カメラの光軸に近いところに設置した光源と遠いところに設置した光源をフィールド毎に交互に点灯させ、瞳孔の明るい画像と暗い画像を得て、画像差分演算を行なう。このことで、瞳孔検出を容易にする。
瞳孔の明るい画像と暗い画像を得る原理は、瞳孔からの反射は、眼球の水晶体から入射した光が網膜により反射して概ね元の光源に返ってくる現象に基づくものであり、この光軸を外れた位置で観察しても、反射光を認めることはできないとの知見に基づくものである。
In pupil detection, a light source installed near the optical axis of the camera and a light source installed far away are turned on alternately for each field, and a bright image and a dark image of the pupil are obtained, and image difference calculation is performed. This facilitates pupil detection.
The principle of obtaining bright and dark images of the pupil is based on the phenomenon that the light reflected from the lens of the eyeball is reflected by the retina and returns to the original light source. This is based on the knowledge that the reflected light cannot be recognized even when observed at a deviated position.
システム構成:
図1にシステム全体の構成を示す。
カメラ1は、近赤外線に感度を持つ汎用のCCDビデオカメラであり、カメラ1の開口部(光の通る部分)の近くに1つの光源2、そして、カメラの開口部から離れたところにもう一つの光源3を設ける。カメラ1、光源2及び光源3は制御装置4に接続される。制御装置4はモニタ6を有すパーソナルコンピュータ(以下「パソコン」という)5に接続されている。接続インタフェースは、制御装置をPCIスロットに挿入する場合にはPCIバス・インタフェースによるものとし、外部アダプタとする場合にはUSBインタフェースによるものが好ましい。
さらには、パソコンそのものを制御装置として用いることも可能であり、その場合には、光源の照射(点滅)制御部分を分離して外部に設けることも考えられる。
所望により制御装置の制御機能を分割し、ソフトウエアで実行する部分、ハードウエアで実行する部分、パソコン自体で実行する部分、PCIボードで実行する部分など、適宜機能分散することが可能であることは、当業者であれば理解できよう。
System configuration:
FIG. 1 shows the configuration of the entire system.
The
Furthermore, it is also possible to use the personal computer itself as a control device, and in that case, it is conceivable to provide a light source irradiation (flashing) control part separately.
It is possible to divide the control functions of the control device as desired, and to distribute functions as appropriate, such as a part executed by software, a part executed by hardware, a part executed by the personal computer itself, and a part executed by the PCI board. Will be understood by those skilled in the art.
対象者(ユーザ)7に対し、カメラ近傍の光源2と離れた光源3とを交互に発光させて、その瞳孔からの反射画像をカメラ1で撮像する。光源2による画像と、光源3による画像との差分を制御装置4で演算し、得られた瞳孔位置の変化をUSBインタフェースにより、パソコン5に転送する。パソコン5においては、制御装置4からの信号をポインティングデバイスの一種であるマウスと同等であるものと見なして、モニタ6上に表示されたカーソル8の位置を制御する。
また、制御装置4は片目のみを閉じる動作を検出し、左右ボタンの押下に相当する信号を発生する。
ここで制御装置は光源の発光を制御するものとしたが、光源の発光・消灯に同期して画像信号を取り込むことができるものであれば動作上に支障はなく、たとえば商用周波数に同期して点滅する光源と、同じく商用周波数に同期して画像を取り込む制御装置とにより構成することが可能である。
The target person (user) 7 is caused to alternately emit the
Further, the
Here, the control device controls the light emission of the light source, but there is no problem in operation as long as it can capture an image signal in synchronization with light emission / extinction of the light source, for example, in synchronization with the commercial frequency. A flashing light source and a control device that captures an image in synchronization with the commercial frequency can be used.
このカメラ1、近傍の光源2、離れた光源3及び制御装置4により構成されるシステムは、通常のパソコン用マウスと同等の機能を有する。したがって、普通のマウスのように、移動の方向やスピード、2つのボタンなどに相当する信号を、全く同じ形式で出力することが好ましい。なお、この瞳孔マウスと普通のマウスは併用ができる。本システムをUSBケーブルなどを介して、ごく普通に、別のパソコンに接続する。したがって、パソコンにとっては、通常のマウスと同等に見えることになる。同時に通常のマウスを同じパソコンに接続すれば、本システムとマウスが併用できる。
ここでは,接続インタフェースをUSBとして例示したが、これに限ることなくPS/2,RS232Cやパラレルポートなども利用できるものである。
A system constituted by the
Here, although the connection interface is exemplified as USB, PS / 2, RS232C, a parallel port, etc. can be used without being limited to this.
本システムにより、文字入力を行うためには以下に述べるようにソフトウエア・キーボードを用いるものとする。
パソコンの表示画面には、ソフトウエアにより図2のようなキーボード入力ツールを表示する。希望の文字のところにカーソルを持っていき、クリックをすればその文字が、Word(商標)など一般のアプリケーションソフトに入力される(Webアドレス http://orin.com/access/softype/index.htm を参照)。このキーボード入力ツール以外のところにカーソルを移動させた場合は、ごく普通のマウス操作と同様のことができる。
In order to input characters with this system, a software keyboard is used as described below.
A keyboard input tool as shown in FIG. 2 is displayed on the display screen of the personal computer by software. Move the cursor to the desired character and click to enter the character into general application software such as Word (trademark) (Web address http://orin.com/access/softype/index. see htm). If you move the cursor to a place other than this keyboard input tool, you can do the same as a normal mouse operation.
瞳孔位置検出のシステム構成:
現状では、カメラ1として近赤外線に感度を持つ汎用のCCDビデオカメラを用いる。図1のように、カメラ1の開口部(光の通る部分)の近くに1つの光源2、そして、カメラの開口部から離れたところにもう一つの光源3を設ける。
実際の光源例を2種類、図3に示す。図3(a)には、カメラの開口部(レンズ)10の最近傍領域12に同心円状に発光ダイオード(LED)11を配置し、その外周領域13に同じく同心円状に発光ダイオード11を配置した例を示している。
System configuration for pupil position detection:
At present, a general-purpose CCD video camera having sensitivity to near infrared rays is used as the
Two types of actual light sources are shown in FIG. In FIG. 3A, a light emitting diode (LED) 11 is concentrically arranged in the
図3(b)には、カメラの開口部10の近傍領域14に同心円状に発光ダイオード11を配置し、カメラ開口部10からやや離隔した位置に円状領域15を設け発光ダイオード11を配置した例を示している。これら発光ダイオードの位置は、以下に述べるように、瞳孔からの反射光を得るための照明と、差分演算を行うために必要な顔全体画像を得るための照明であるので、2群の照明光による顔画像に差があることは好ましくなく、また、離れた位置からの照明は瞳孔からの反射光を得るためではないので、適切な位置に配置することが望まれる。
In FIG. 3B, the
実際に対象者7を撮像した画像を図4に示す。
カメラ1の画像は図4に示すように、基本的に2つの瞳孔がフレームに十分入る大きさに写すものとする。この状態で,カメラの開口に近い光源を光らせると、図4左(a)のように瞳孔が明るく写る(明瞳孔)。一方で,カメラの開口から遠い光源を光らせると、図4中(b)のように瞳孔が暗く写る(暗瞳孔)。ただし、これら2つの画像中に見られる瞳孔中の小さな点は、各光源が角膜表面で反射して映る角膜反射と呼ばれるものである。本方式では、角膜反射は利用しない。
An image obtained by actually capturing the
As shown in FIG. 4, the image of the
さて、上述の2つの光源をカメラのビデオ信号の奇数、偶数フィールドに同期させて2つの光源を交互に光らせ,明瞳孔と暗瞳孔の画像を交互に得る。それらの画像を差分すると図4右(c)のような画像を得ることができる。この差分画像においては、瞳孔が他の部分(背景)から浮き出るように現れ、比較的簡単に2つの瞳孔を検出できる。 Now, the above-mentioned two light sources are synchronized with the odd and even fields of the video signal of the camera, the two light sources are alternately illuminated, and images of the bright pupil and the dark pupil are alternately obtained. When these images are differentiated, an image as shown in the right part (c) of FIG. 4 can be obtained. In this difference image, the pupil appears to protrude from the other part (background), and two pupils can be detected relatively easily.
目の開閉情報とマウス信号への対応:
瞳孔移動によるポインティング装置の出力は、通常のマウス信号に対応させるため、マウスの移動量を表す信号、右ボタンの押されているかどうかの情報、左ボタンの押されているかどうかの情報が出力される。
左クリックをしたか、ドラッグをしたかなどの判断は、受け手のパソコンが判断する。なお、受け手のパソコンでは、クリック時間などを調整できるので、本装置では、その点を考慮する必要がない。
Response to eye opening and closing information and mouse signals:
The output of the pointing device by moving the pupil corresponds to a normal mouse signal, so a signal indicating the amount of mouse movement, whether the right button is pressed, and whether the left button is pressed are output. The
The recipient's computer determines whether the user left-clicked or dragged. In addition, since the click time etc. can be adjusted in the receiver's personal computer, it is not necessary to consider this point in this apparatus.
基本的に、すばやく左目または右目のウインクをしたときに、それぞれマウスの左クリックまたは右クリックに相当し、左目を閉眼しながら頭部を動かしたとき、ドラッグに相当する。両目を開けながら、頭部を動かしたとき、単にマウスを動かすことに相当する。ただし、注意しなければならないのは、瞬きで両目をつぶった場合である。幸いなことに、2ボタンマウスでは、両方のボタンを押すという動作は必要ないため、両目をつぶったときは瞬きであると判断し、その場合は無視する。 Basically, when the left eye or right eye wink is quickly winked, it corresponds to a left click or right click of the mouse, respectively, and when the head is moved while the left eye is closed, it corresponds to dragging. This is equivalent to simply moving the mouse when moving the head with both eyes open. However, you must be careful when you close both eyes in a blink. Fortunately, with a two-button mouse, it is not necessary to press both buttons. Therefore, when both eyes are closed, it is determined that the eye is blinking, and in that case, it is ignored.
ある程度具体的に表現すると、次のようにまとめられる。
・両目の瞳孔(両瞳孔)が検出されるとき、各瞳孔中心座標の平均座標を計算し、直前のフレームの同座標との変化分に相当する信号を出力。
・左目の瞳孔(左瞳孔)が検出されて、右目の瞳孔(右瞳孔)が検出されないとき、右ボタンが押されたのに相当し、それに対応する信号を出力すると同時に、直前のフレームと現在のフレーム間の左瞳孔座標の変化分をカーソル移動に相当する信号として出力。
・右目の瞳孔(右瞳孔)が検出されて、左目の瞳孔(左瞳孔)が検出されないとき、左ボタンが押されたのに相当し、それに対応する信号を出力すると同時に、直前のフレームと現在のフレーム間の右瞳孔座標の変化分をカーソル移動に相当する信号として出力。
・両瞳孔が共に検出されないとき、瞬きが発生したとして、直前のフレームと現在のフレーム間の座標変化信号がゼロであることを示す信号をカーソル移動がゼロであることに相当する信号として出力すると同時に、両ボタンとも押されていないことを示す信号を出力し、両目が現れるのを待つ。
To be more specific, it can be summarized as follows.
・ When the pupils of both eyes (both pupils) are detected, the average coordinate of each pupil center coordinate is calculated, and a signal corresponding to the change from the same coordinate in the immediately preceding frame is output.
・ When the pupil of the left eye (left pupil) is detected and the pupil of the right eye (right pupil) is not detected, this is equivalent to pressing the right button. The change in the left pupil coordinate between frames is output as a signal corresponding to the cursor movement.
・ When the right eye pupil (right pupil) is detected and the left eye pupil (left pupil) is not detected, this corresponds to the left button being pressed, and the corresponding signal is output at the same time as the previous frame. The change in the right pupil coordinate between frames is output as a signal corresponding to the cursor movement.
-When both pupils are not detected, if a blink occurs and a signal indicating that the coordinate change signal between the previous frame and the current frame is zero is output as a signal corresponding to zero cursor movement At the same time, it outputs a signal indicating that both buttons are not pressed, and waits for both eyes to appear.
これを図示すると、図5のようになる。図5(a)は両瞳孔が検出されているときのカーソルの移動を示している。最初の位置として左瞳孔20、右瞳孔22が存在し、顔の移動により左瞳孔21、右瞳孔23の位置に移動が検出される。制御装置4において、両瞳孔の初期位置の平均座標を求め、さらに移動後の平均座標を求める。求められた2つの平均座標の差に基づいてカーソル移動信号を発生する。パソコン5はカーソル移動信号に基づき、モニタ上のカーソル24を新しい位置であるカーソル25に移動させる。
また、簡略化する場合には両瞳孔の平均座標を求めるのではなく、片方の瞳孔位置検出のみによりカーソル位置を制御してもよい。これは、マウスにおいて右ボタン押下によるドラッグ操作が存在していないため実用上問題が生じないからである。
This is illustrated in FIG. FIG. 5A shows the movement of the cursor when both pupils are detected. The
In the case of simplification, the cursor position may be controlled only by detecting the position of one pupil instead of obtaining the average coordinates of both pupils. This is because there is no practical problem because there is no drag operation by pressing the right button on the mouse.
図5(b)は、一方の瞳孔(左瞳孔)が消滅し、他方の瞳孔(右瞳孔)の移動が検出された場合を示している。左瞳孔26はこの位置で消滅し、右瞳孔22は右瞳孔23に移動したものとして新しい位置が検出される。この場合には、対象者(ユーザ)がカーソルによるドラッグを指示したものと判断し、マウスにおける左ボタンを押下しながらの移動として、制御装置4はカーソル24の位置からカーソル25の位置までのドラッグとしての信号を作成する。
ここでは、左瞳孔の消滅がマウスの左ボタン押下に相当し、右瞳孔の消滅がマウスの右ボタンの押下に相当するとしたが、この対応は任意に設定できるものであり、これに限定するものではない。
FIG. 5B shows a case where one pupil (left pupil) disappears and movement of the other pupil (right pupil) is detected. The
Here, the disappearance of the left pupil is equivalent to pressing the left button of the mouse, and the disappearance of the right pupil is equivalent to pressing the right button of the mouse, but this correspondence can be arbitrarily set, and is limited to this. is not.
画像中の2つの瞳孔の検出法と閉眼の検出:
まず輝度情報を利用して瞳孔のおよそのありかを探す。次にその周囲にウインドウを与え、ウインドウ内の輝度ヒストグラムを作る。輝度ヒストグラムには、瞳孔部と背景部を表す2つのピーク(山)が現れる。したがって、適当な方法により、2つのピークの中間の値を閾値とし、2値化する。この閾値決定は自動的に行われる。これから瞳孔部の画素数を計数する。瞳孔画素数は瞳孔面積に対応させて利用する。
Detection of two pupils in the image and detection of closed eyes:
First, the luminance information is used to find the approximate location of the pupil. Next, a window is given around it, and a luminance histogram in the window is created. In the luminance histogram, two peaks (mountains) representing a pupil part and a background part appear. Therefore, binarization is performed using an appropriate value as a threshold value between two peaks. This threshold determination is performed automatically. From this, the number of pixels in the pupil is counted. The number of pupil pixels is used corresponding to the pupil area.
さて、もし、閉眼し、画像中に瞳孔がなくなったとき、瞳孔が確かに無くなったと判断するのは困難である。そこで、瞳孔の検出を確実にする意味でも、両眼が開眼しているときに2つの瞳孔を検出したら、カルマンフィルター等の予測モデルを利用して、次のフレームの瞳孔位置を予測し、はじめから予想される瞳孔位置付近にウインドウを与える。そして、そのウインドウ内だけを前述のように自動的に閾値を決定して、瞳孔部を判断して、瞳孔中心を決定する。 Now, if the eyes are closed and there are no pupils in the image, it is difficult to determine that the pupils are certainly gone. Therefore, in order to ensure the detection of the pupil, if two pupils are detected when both eyes are open, a prediction model such as a Kalman filter is used to predict the pupil position of the next frame. A window is given near the pupil position expected from. Then, the threshold value is automatically determined only in the window as described above, the pupil part is judged, and the pupil center is determined.
ただし、閉眼するとウインドウ内の輝度ヒストグラムが背景の1つのピークしか現れなくなることを利用して閉眼を判断する。もし、片眼だけが閉眼された場合は、閉眼したほうの瞳孔ウインドウだけが解除される。次のフレームでは、前フレームでの開眼しているほうの瞳孔に与えられたウインドウは維持され、その外の画像全体から、瞳孔検出を試みる。そして瞳孔候補として挙げられた位置にウインドウを与え、ウインドウ内の同様に解析して、瞳孔部が存在すると判断された場合は、そこに新たにウインドウが与えられ、閉眼していた目が開眼したと判断される。しかし、瞳孔部が存在しないと判断された場合は、まだ閉眼されているものとし、同様に開眼しているほうの瞳孔ウインドウを維持する。 However, the closed eye is determined using the fact that when the eye is closed, the luminance histogram in the window only shows one peak of the background. If only one eye is closed, only the pupil window that is closed is released. In the next frame, the window given to the open pupil in the previous frame is maintained, and pupil detection is attempted from the entire other image. Then, a window is given to the position listed as a candidate for the pupil, and it is analyzed in the same manner in the window. When it is determined that the pupil part exists, a new window is given there, and the eyes that have been closed are opened. It is judged. However, if it is determined that the pupil portion does not exist, it is assumed that the eye is still closed, and the pupil window that is still open is maintained.
もし、さらに両目が閉眼した場合には、両方のウインドウが解除される。次のフレームにおいても、画像全体の中から瞳孔候補位置が2つ探される。しかし、それぞれのウインドウの中において、同様の方法により瞳孔が存在の有無を判断する。
2つの瞳孔とも無い(両目が閉じた)と判断されたら、次のフレームにおいて同じ作業を繰り返す。しかし、両目が閉じた場合は単なる瞬きであると判断し、さらに次の両瞳孔が出現するまでの期間は、瞳孔移動はなかったものとする。
片方の瞳孔があると判断された場合は、次のフレームではそちらだけ予測位置にウインドウを与え、もう一つの瞳孔の探索を試みて、無ければ片目が開いたと判断し、あれば両目とも開いたと判断し、次のフレームにおいては両瞳孔にウインドウを与える。
If both eyes are closed, both windows are released. Also in the next frame, two candidate pupil positions are searched from the entire image. However, in each window, the presence or absence of the pupil is determined by the same method.
If it is determined that neither pupil is present (both eyes closed), the same operation is repeated in the next frame. However, when both eyes are closed, it is determined that the blink is a mere blink, and it is assumed that there is no pupil movement during the period until the next both pupils appear.
If it is determined that there is one pupil, the next frame will be given a window at the predicted position, and another pupil will be searched. If there is no eye, it is determined that one eye is open, and if both eyes are open, In the next frame, a window is given to both pupils.
以上のような方法により、2つの瞳孔のそれぞれの有無により、2つの眼の開眼、閉眼を区別し、もし、瞳孔が存在すると判断された場合は、各瞳孔の中心座標を重心法などにより算出する。
以上の処理は、ソフトウエアにより容易に作成可能である。また、ハードウエアとして実現することも可能である。
また、これまでカーソルの移動は瞳孔の移動に比例するかのように述べたが、頭の移動による瞳孔の移動は、特に上下方向においては小さく、瞳孔位置の基準点からのずれを積分することによりカーソル位置を決定する方が好ましい場合も存在するので、このような実施態様を否定するものではない
According to the method described above, the opening and closing of the two eyes are distinguished based on the presence or absence of each of the two pupils. If it is determined that a pupil is present, the center coordinates of each pupil are calculated by the centroid method or the like. To do.
The above processing can be easily created by software. It can also be realized as hardware.
In addition, the movement of the cursor has been described as if it were proportional to the movement of the pupil so far, but the movement of the pupil due to the movement of the head is particularly small in the vertical direction, and the deviation of the pupil position from the reference point should be integrated. There is a case where it is preferable to determine the cursor position by means of, so this embodiment is not denied.
本装置の用途として、次のようなことが考えられる。
1.首から下が動かない身体障害者が通常のパソコンを操作したり、パソコンを介して介護機器を制御するために利用する。
2.車内でフロントに呈示されたナビゲーションシステムなどをドライバーが前方を見ながら,頭部の回転によって制御できるようにする。
3.通常のパソコン操作などにおいて、キー操作をしながら、マウスカーソルを移動させたり、アクティブウインドウを変更したり、移動する、など、パソコン操作を高速化、効率化させるために利用する。
4.頭部の前後の動きがあまりないとき、画像中の瞳孔の動きから、頭部の左右、上下のおよその動きを検出し、それを利用して、頭部の動きの検出の必要なバーチャルリアリティーなど、特に頭部の動きに合わせてディスプレー上の表示する視覚情報を変化させるために利用する。
The following can be considered as uses of this apparatus.
1. It is used by people with disabilities who cannot move from the neck down to operate ordinary computers or to control nursing equipment via the computer.
2. The driver can control the navigation system presented at the front in the car by turning the head while looking forward.
3. It is used to speed up and improve the efficiency of personal computer operations, such as moving the mouse cursor, changing the active window, and moving while performing key operations in normal personal computer operations.
4). When there is not much back and forth movement of the head, the virtual reality that needs to detect head movement using the movement of the pupil in the image to detect the approximate movement of the head left and right and up and down In particular, it is used to change the visual information displayed on the display according to the movement of the head.
1 カメラ
2,3 光源
4 制御装置
5 パーソナルコンピュータ
6 モニタ
7 対象者(ユーザ)
8 カーソル
10 カメラの開口部(レンズ)
11 発光ダイオード
12,13,14,15 発光ダイオードが配置される領域
20〜23 瞳孔
24,25 カーソル
26 消滅した瞳孔
DESCRIPTION OF
8
11 Light-emitting
Claims (3)
該カメラの近傍に配置され近赤外光を照射する第1の光源と、
該第1の光源よりも前記カメラから離隔した位置に配置され近赤外光を照射する第2の光源と、
前記第1及び第2の光源の照射を制御すると共に、前記カメラにより得られる前記第1の光源の照射時の画像と前記第2の光源の照射時の画像との差分を演算して瞳孔の位置を直接検出し、該瞳孔の位置座標の変化分を直接モニタ上のカーソル移動量に相当する信号として外部に出力する制御装置と
からなる瞳孔位置検出によるポインティング装置。 A camera that captures the face of the subject;
A first light source disposed near the camera and irradiating near infrared light;
A second light source disposed nearer to the camera than the first light source and irradiating near infrared light;
The illumination of the first and second light sources is controlled, and the difference between the image obtained by the first light source and the image obtained by the second light source obtained by the camera is calculated to calculate the pupil position is directly detected, the pointing device according to the pupil position detection comprising a control device for output as a signal corresponding to the cursor movement amount on the monitor change in direct coordinates of the pupil aperture.
該カメラの近傍に配置され近赤外光を照射する第1の光源と、
該第1の光源よりも前記カメラから離隔した位置に配置され近赤外光を照射する第2の光源と、
前記第1及び第2の光源の照射を制御すると共に、前記カメラにより得られる前記第1の光源の照射時の画像と前記第2の光源の照射時の画像との差分を演算して瞳孔の位置を直接検出し、かつ前記カメラにより得られる画像の時系列的な変化から瞳孔の有無を検出して、該瞳孔の位置座標の変化分を直接モニタ上のカーソル移動量に相当する信号として、該瞳孔の有無をカーソル関連のボタン押下信号として外部に出力する制御装置と
からなる瞳孔位置検出によるポインティング装置。 A camera that captures the face of the subject;
A first light source disposed near the camera and irradiating near infrared light;
A second light source disposed nearer to the camera than the first light source and irradiating near infrared light;
The illumination of the first and second light sources is controlled, and the difference between the image obtained by the first light source and the image obtained by the second light source obtained by the camera is calculated to calculate the pupil The position is directly detected, and the presence or absence of the pupil is detected from the time-series change of the image obtained by the camera, and the change in the position coordinate of the pupil is directly used as a signal corresponding to the cursor movement amount on the monitor. A pointing device based on pupil position detection, comprising: a control device that outputs the presence or absence of the pupil to the outside as a cursor-related button press signal.
前記第1の光源よりもカメラから離隔した位置に配置された第2の光源により対象者の顔面を照射して第2の顔画像を得る段階と、
前記第1の顔画像及び前記第2の顔画像の差分を演算して瞳孔の位置を直接検出する段階と、
該瞳孔の位置座標の変化分に直接対応してモニタ上のカーソルの移動量を制御することにより前記モニタ上にカーソルを表示する段階と
からなる瞳孔位置検出によるポインティング方法。 Irradiating the face of the subject with a first light source disposed in the vicinity of the camera to obtain a first face image;
Irradiating the face of the subject with a second light source disposed at a position farther from the camera than the first light source to obtain a second face image;
Calculating the difference between the first face image and the second face image to directly detect the position of the pupil;
A pointing method by pupil position detection comprising the step of displaying the cursor on the monitor by controlling the amount of movement of the cursor on the monitor in direct correspondence to the change in the position coordinates of the pupil.
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