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JP6884123B2 - Gaze point estimation device, program and method for estimating the user's gaze point - Google Patents
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Description

本発明は、ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した場合に、その注視点を推定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for estimating a gaze point when a user points the pointer at the gaze point.

従来、ユーザが自ら、ポインティング専用のデバイスを持つことなく、手のジェスチャーによって対象機器を操作する技術がある(例えば特許文献1参照)。これによって、ユーザにとって手の届かない距離にある物体を、自然な動作(ジェスチャー)で指定することができ、例えば物体の遠隔操作を可能とする。
この技術によれば、例えば赤外線の往来時間によって深度を測定するTOF(Time of Flight)方式のデプスカメラを用いて、ユーザが映り込む距離画像を取得する。その距離画像に基づいて、ユーザを含む前景と、前景以外の背景とを分離して、3次元モデルを学習する。3次元モデルに対する背景差分方式によって、前景のユーザと背景の操作対象機器とを検出する。また、既知の人体モデルに対するグラフ・マッチングによって前景のユーザの手先部位を特定する。そして、その手先の形状(例えば指先の延長線方向など)とその時系列の状態変化とから、操作対象機器に対する制御コマンドを推定する。
特許文献1によれば、手先部位の形状や姿勢によって推定された注視点に向かう半直線と交わる物体が操作対象となる。
Conventionally, there is a technique in which a user operates a target device by a hand gesture without having a device dedicated to pointing by himself (see, for example, Patent Document 1). As a result, an object that is out of reach of the user can be specified by a natural motion (gesture), and for example, remote control of the object is possible.
According to this technique, for example, a distance image in which a user is reflected is acquired by using a TOF (Time of Flight) depth camera that measures the depth based on the time of arrival and departure of infrared rays. Based on the distance image, the foreground including the user and the background other than the foreground are separated to learn the three-dimensional model. The background subtraction method for the three-dimensional model detects the user in the foreground and the device to be operated in the background. In addition, the user's hand part in the foreground is specified by graph matching with a known human body model. Then, the control command for the operation target device is estimated from the shape of the hand (for example, the direction of the extension line of the fingertip) and the state change in the time series.
According to Patent Document 1, an object that intersects a half straight line toward the gazing point estimated by the shape and posture of the hand portion is the operation target.

特開2013−205983号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-205983

Cao, Zhe and Simon, Tomas and Wei, Shih-En and Sheikh, Yaser, “Realtime Multi-Person 2D Pose Estimation using Part Affinity Fields”, CVPR, vol.1, no.2, pp.7291-7299, 2017.、[online]、[平成30年5月7日検索]、インターネット<URL:https://arxiv.org/abs/1611.08050>Cao, Zhe and Simon, Tomas and Wei, Shih-En and Sheikh, Yaser, “Realtime Multi-Person 2D Pose Optimization using Part Affinity Fields”, CVPR, vol.1, no.2, pp.7291-7299, 2017. , [Online], [Search on May 7, 2018], Internet <URL: https://arxiv.org/abs/1611.08050> Yonemoto, Satoshi and Matsumoto, Asuka and Arita, Daisaku and Taniguchi, Rin-ichiro, “A Real-time Motion Capture System with Multiple Camera Fusion”, Image Analysis and Processing, 1999, pp.600-605.、[online]、[平成30年5月7日検索]、インターネット<URL:https://kyushu-u.pure.elsevier.com/en/publications/a-real-time-motion-capture-system-with-multiple-camera-fusion>Yonemoto, Satoshi and Matsumoto, Asuka and Arita, Daisaku and Taniguchi, Rin-ichiro, “A Real-time Motion Capture System with Multiple Camera Fusion”, Image Analysis and Processing, 1999, pp.600-605., [Online], [Search on May 7, 2018], Internet <URL: https://kyushu-u.pure.elsevier.com/en/publications/a-real-time-motion-capture-system-with-multiple-camera -fusion > Marin, Giulio and Dominio, Fabio and Zanuttigh, Pietro, “Hand gesture recognition with leap motion and kinect devices”, IEEE International Conference on Image Processing (ICIP), pp.1565-1569, 2014.、[online]、[平成30年5月7日検索]、インターネット<URL:https://scholar.google.it/citations?user=t9UpeEAAAAAJ&hl=en>Marin, Giulio and Dominio, Fabio and Zanuttigh, Pietro, “Hand gesture recognition with leap motion and kinect devices”, IEEE International Conference on Image Processing (ICIP), pp.1565-1569, 2014., [online], [2018 Search on May 7, 2014], Internet <URL: https://scholar.google.it/citations?user=t9UpeEAAAAAJ&hl=en> A. Laurentini, “The Visual Hull Concept for Silhouette Based Image Understanding”, IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol.16, no.2, pp.150-162, 1994.、[online]、[平成30年5月7日検索]、インターネット<URL:https://ieeexplore.ieee.org/document/273735/>A. Laurentini, “The Visual Hull Concept for Silhouette Based Image Understanding”, IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol.16, no.2, pp.150-162, 1994., [online], [2018 Search on May 7], Internet <URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/273735/> D.G.Lowe, Distinctive image features from scale-invariant key points, Proc. of Int. Journal of Computer Vision (IJCV), 60(2) pp.91-110 (2004)、[online]、[平成30年5月7日検索]、インターネット<URL:https://www.cs.ubc.ca/~lowe/papers/ijcv04.pdf>DGLowe, Distinctive image features from scale-invariant key points, Proc. Of Int. Journal of Computer Vision (IJCV), 60 (2) pp.91-110 (2004), [online], [May 7, 2018 Day search], Internet <URL: https://www.cs.ubc.ca/~lowe/papers/ijcv04.pdf> H.Bay, T.Tuytelaars, and L.V.Gool, SURF: Speed Up Robust Features, Proc. of Int. Conf. of ECCV, (2006)、[online]、[平成30年5月7日検索]、インターネット<URL:https://www.researchgate.net/publication/275057952_SURF_Speeded_up_robust_features>H.Bay, T.Tuytelaars, and LVGool, SURF: Speed Up Robust Features, Proc. Of Int. Conf. Of ECCV, (2006), [online], [Search May 7, 2018], Internet < URL: https://www.researchgate.net/publication/275057952_SURF_Speeded_up_robust_features> Ethan Rublee, Vincent Rabaud, Kurt Konolige, Gary R. Bradski: ORB: An efficient alternative to SIFT or SURF. ICCV 2011: 2564-2571.、[online]、[平成30年5月7日検索]、インターネット<URL:http://www.willowgarage.com/sites/default/files/orb_final.pdf>Ethan Rublee, Vincent Rabaud, Kurt Konolige, Gary R. Bradski: ORB: An efficient alternative to SIFT or SURF. ICCV 2011: 2564-2571., [Online], [Search May 7, 2018], Internet <URL : http://www.willowgarage.com/sites/default/files/orb_final.pdf > Liu, Wei and Anguelov, Dragomir and Erhan, Dumitru and Szegedy, Christian and Reed, Scott and Fu, Cheng-Yang and Berg, Alexander C, “SSD: Single Shot MultiBox Detector”, European conference on computer vision, pp.21-37, 2016.、[online]、[平成30年5月7日検索]、インターネット<URL:https://uncch.pure.elsevier.com/en/publications/ssd-single-shot-multibox-detector>Liu, Wei and Anguelov, Dragomir and Erhan, Dumitru and Szegedy, Christian and Reed, Scott and Fu, Cheng-Yang and Berg, Alexander C, “SSD: Single Shot MultiBox Detector”, European conference on computer vision, pp.21- 37, 2016., [online], [Search on May 7, 2018], Internet <URL: https://uncch.pure.elsevier.com/en/publications/ssd-single-shot-multibox-detector>

特許文献1に記載の技術によれば、指定対象物はディスプレイに表示されたようなものではないため、ユーザが指し示す位置が、そのユーザ自身にフィードバックされない。そのために、ユーザが明確に指定できないという不都合が生じる。 According to the technique described in Patent Document 1, since the designated object is not as displayed on the display, the position pointed to by the user is not fed back to the user himself / herself. Therefore, there is an inconvenience that the user cannot clearly specify it.

そこで、本発明は、ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザとポインタと注視物体とが映り込む画像から注視点を推定する注視点推定装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a gaze point estimation device, a program, and a method for estimating a gaze point from an image in which a user, a pointer, and a gaze object are reflected when a user points the pointer at the gaze point. The purpose.

本発明によれば、ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザ、ポインタ及び注視点が映り込む画像から注視点を推定する注視点推定装置であって、
画像から、ユーザの右眼、左眼及びポインタそれぞれついて、世界座標系の座標点を検出する座標点検出手段と、
ユーザが右眼から見た注視点を指し示した第1の位置にポインタを移動させた際に、右眼からポインタを経由して注視点へ向かう右眼注視ベクトルを検出すると共に、ユーザが左眼から見た注視点を指し示した、第1の位置とは異なる第2の位置にポインタを移動させた際に、左眼からポインタを経由して注視点へ向かう左眼注視ベクトルを検出する注視ベクトル検出手段と、
右眼注視ベクトル及び左眼注視ベクトルの交点を、世界座標系の3次元座標としての注視点として推定する注視点推定手段と
を有することを特徴とする。
According to the present invention, the gaze point estimation device estimates the gaze point from an image in which the user, the pointer, and the gaze point are reflected when the user points the pointer at the gaze point.
A coordinate point detecting means for detecting the coordinate points of the world coordinate system for each of the user's right eye, left eye, and pointer from the image.
When the user moves the pointer to the first position that points to the gaze point seen from the right eye, the right eye gaze vector from the right eye to the gaze point via the pointer is detected, and the user left eye. A gaze vector that detects the left eye gaze vector from the left eye to the gaze point via the pointer when the pointer is moved to a second position different from the first position, which points to the gaze point seen from Detection means and
It is characterized by having a gaze point estimation means for estimating the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector as a gaze point as three-dimensional coordinates of the world coordinate system.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
ポインタは、所定人体部位又は指示具であり、
座標点検出手段は、画像から、所定人体部位又は指示具をポインタとして検出することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
A pointer is a predetermined human body part or indicator,
It is also preferable that the coordinate point detecting means detects a predetermined human body part or an indicator as a pointer from the image.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
所定人体部位は、指先であってもよい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
The predetermined human body part may be a fingertip.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
ユーザについて、右眼部分、左眼部分及びポインタ部位に、マーカを装着し、
座標点検出手段は、画像に対するクロマキー処理によってマーカを検出することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
For the user, attach markers to the right eye part, left eye part and pointer part,
It is also preferable that the coordinate point detecting means detects the marker by chroma key processing on the image.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
ポインタが所定人体部位である場合、所定人体部位を所定関節とし、
座標点検出手段は、画像からスケルトン分析によって人体の所定関節を検出する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
When the pointer is a predetermined human body part, the predetermined human body part is set as a predetermined joint.
It is also preferable that the coordinate point detecting means detects a predetermined joint of the human body by skeleton analysis from the image.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
座標点検出手段は、画像から物体認識処理によって所定人体部位又は指示具を検出することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
It is also preferable that the coordinate point detecting means detects a predetermined human body part or an indicator by an object recognition process from the image.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
画像は、カメラによって撮影された3次元画像であり、
カメラは、RGB値及びデプス(奥行き距離)値を撮影可能な1台のデプスカメラか、又は、RGB値を撮影可能であって異なる位置に配置された複数の画像カメラである
ことも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
The image is a three-dimensional image taken by a camera,
It is also preferable that the camera is a single depth camera capable of capturing RGB values and depth (depth distance) values, or a plurality of image cameras capable of capturing RGB values and arranged at different positions.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
ポインタは、1つの基準点を有し、
注視ベクトル検出手段は、ユーザの単眼視によって見える、右眼視の基準点から右眼注視ベクトルを検出し、左眼視の基準点から左眼注視ベクトルを検出する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
The pointer has one reference point and
It is also preferable that the gaze vector detecting means detects the right eye gaze vector from the reference point of the right eye, which can be seen by the user's monocular vision, and detects the left eye gaze vector from the reference point of the left eye.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
右眼注視ベクトルと左眼注視ベクトルとを別々に検出するために、画像から、ユーザの所定ジェスチャーを認識するジェスチャー認識手段を更に有し、
注視ベクトル検出手段は、ジェスチャー認識手段によって認識されたジェスチャーに応じて、右眼注視ベクトル又は左眼注視ベクトルの一方を検出する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
In order to detect the right eye gaze vector and the left eye gaze vector separately, it further has a gesture recognition means for recognizing a predetermined gesture of the user from the image.
It is also preferable that the gaze vector detecting means detects either the right eye gaze vector or the left eye gaze vector according to the gesture recognized by the gesture recognition means.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
ジェスチャー認識手段は、指先操作の所定ジェスチャーによって、右眼注視ベクトル検出、左眼注視ベクトル検出、又は、注視ベクトル切替検出を判定することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
It is also preferable that the gesture recognition means determines the right eye gaze vector detection, the left eye gaze vector detection, or the gaze vector switching detection by a predetermined gesture of fingertip operation.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
ジェスチャー認識手段は、ユーザの右眼及び左眼の開閉を所定ジェスチャーとして検出するものであり、右眼が閉じて左眼が開いている場合に左眼注視ベクトル検出と判定し、左眼が閉じて右眼が開いている場合に右眼注視ベクトル検出と判定することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
The gesture recognition means detects the opening and closing of the user's right eye and left eye as a predetermined gesture, and when the right eye is closed and the left eye is open, it is determined that the left eye gaze vector detection is performed and the left eye is closed. It is also preferable to determine that the right eye gaze vector is detected when the right eye is open.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
ポインタは、2つの基準点を有し、
注視ベクトル検出手段は、ユーザが右眼から見た注視点を指し示した第1の位置に第1の基準点を移動させた際に、右眼から第1の基準点を経由して注視点へ向かう右眼注視ベクトルを検出すると同時に、ユーザが左眼から見た注視点を指し示した、第1の位置とは異なる第2の位置に第2の基準点を移動させた際に、左眼から第2の基準点を経由して注視点へ向かう左眼注視ベクトルを検出することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
The pointer has two reference points and
When the user moves the first reference point to the first position pointing to the gaze point viewed from the right eye, the gaze vector detecting means moves from the right eye to the gaze point via the first reference point. When the user moves the second reference point from the left eye to a second position different from the first position, which points to the gazing point seen from the left eye at the same time as detecting the gaze vector of the right eye to be directed. It is also preferable to detect the left eye gaze vector toward the gaze point via the second reference point.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
注視ベクトル検出手段は、ユーザの両眼複視によって見える、右眼視の第1の基準点と、右眼視の第2の基準点と、左眼視の第1の基準点と、左眼視の第2の基準点とについて、中央2つの基準点(右眼視の第1基準点と左眼視の第2の基準点)を重ねて、ユーザから見た注視点を指し示した位置に移動させた際に、右眼注視ベクトル及び左眼注視ベクトルの両方を同時に検出することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
The gaze vector detecting means includes a first reference point for right eye vision, a second reference point for right eye vision, a first reference point for left eye vision, and a left eye, which are visible by the user's binocular diplopia. With respect to the second reference point for vision, the two central reference points (the first reference point for right-eye vision and the second reference point for left-eye vision) are overlapped at a position that points to the gazing point seen by the user. It is also preferable to detect both the right eye gaze vector and the left eye gaze vector at the same time when they are moved.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
注視ベクトル検出手段は、ユーザの右眼の座標点及び左眼の座標点から所定範囲にポインタが含まれた際にのみ機能することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
It is also preferable that the gaze vector detecting means functions only when the pointer is included in a predetermined range from the coordinate points of the user's right eye and the coordinate points of the left eye.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
注視点推定手段は、右眼を頂点として右眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第1の円錐と、左眼を頂点として左眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第2の円錐とが交差する体積領域を推定し、当該体積領域の重心を注視点として推定する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
The gaze point estimation means are a first cone having a central angle θ with the right eye as the apex and the right eye gaze vector as the axis, and a second cone having a central angle θ with the left eye as the apex and the left eye gaze vector as the axis. It is also preferable to estimate the volume region in which the above intersects and estimate the center of gravity of the volume region as the gazing point.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
画像から、当該画像に映り込む物体の局所特徴領域から物体識別情報を検出する物体認識手段と、
注視点推定手段によって推定された注視点と、物体認識手段によって検出された局所特徴領域とを比較し、注視点が含まれる局所特徴領域に紐付く物体識別情報を、ユーザが注視した物体として推定する注視物体推定手段と
を更に有することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
An object recognition means that detects object identification information from an image from the local feature area of the object reflected in the image,
The gaze point estimated by the gaze point estimation means is compared with the local feature area detected by the object recognition means, and the object identification information associated with the local feature area including the gaze point is estimated as the object gazed by the user. It is also preferable to further have a gaze object estimation means.

本発明の注視点推定装置における他の実施形態によれば、
注視点推定手段は、右眼を頂点として右眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第1の円錐と、左眼を頂点として左眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第2の円錐とが交差する体積領域を推定し、
注視物体推定手段は、体積領域に1つの物体の局所特徴領域が含まれる場合にのみ、当該局所特徴領域に紐付く物体識別情報を、ユーザが注視した物体として推定することも好ましい。
According to another embodiment of the gaze point estimator of the present invention.
The gaze point estimation means are a first cone having a central angle θ with the right eye as the apex and the right eye gaze vector as the axis, and a second cone having a central angle θ with the left eye as the apex and the left eye gaze vector as the axis. Estimate the volume area where
It is also preferable that the gaze object estimating means estimates the object identification information associated with the local feature region as the object gazed by the user only when the volume region includes the local feature region of one object.

本発明によれば、ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザ、ポインタ及び注視点が映り込む画像から注視点を推定するようにコンピュータを機能させるプログラムであって、
画像から、ユーザの右眼、左眼及びポインタそれぞれついて、世界座標系の座標点を検出する座標点検出手段と、
ユーザが右眼から見た注視点を指し示した第1の位置にポインタを移動させた際に、右眼からポインタを経由して注視点へ向かう右眼注視ベクトルを検出すると共に、ユーザが左眼から見た注視点を指し示した、第1の位置とは異なる第2の位置にポインタを移動させた際に、左眼からポインタを経由して注視点へ向かう左眼注視ベクトルを検出する注視ベクトル検出手段と、
右眼注視ベクトル及び左眼注視ベクトルの交点を、世界座標系の3次元座標としての注視点として推定する注視点推定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
According to the present invention, when the user points the pointer at the gazing point, the computer functions so as to estimate the gazing point from the image in which the user, the pointer, and the gazing point are reflected.
A coordinate point detecting means for detecting the coordinate points of the world coordinate system for each of the user's right eye, left eye, and pointer from the image.
When the user moves the pointer to the first position that points to the gaze point seen from the right eye, the right eye gaze vector from the right eye to the gaze point via the pointer is detected, and the user left eye. A gaze vector that detects the left eye gaze vector from the left eye to the gaze point via the pointer when the pointer is moved to a second position different from the first position, which points to the gaze point seen from Detection means and
It is characterized in that a computer functions as a gaze point estimation means for estimating the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector as a gaze point as three-dimensional coordinates of the world coordinate system.

本発明によれば、ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザ、ポインタ及び注視点が映り込む画像から注視点を推定する装置によって実行される注視点推定方法であって、
装置は、
画像から、ユーザの右眼、左眼及びポインタそれぞれついて、世界座標系の座標点を検出する第1のステップと、
ユーザが右眼から見た注視点を指し示した第1の位置にポインタを移動させた際に、右眼からポインタを経由して注視点へ向かう右眼注視ベクトルを検出すると共に、ユーザが左眼から見た注視点を指し示した、第1の位置とは異なる第2の位置にポインタを移動させた際に、左眼からポインタを経由して注視点へ向かう左眼注視ベクトルを検出する第2のステップと、
右眼注視ベクトル及び左眼注視ベクトルの交点を、世界座標系の3次元座標としての注視点として推定する第3のステップと
を実行することを特徴とする。
According to the present invention, the gaze point estimation method is executed by a device that estimates the gaze point from an image in which the user, the pointer, and the gaze point are reflected when the user points the pointer at the gaze point.
The device is
The first step of detecting the coordinate points of the world coordinate system for each of the user's right eye, left eye, and pointer from the image,
When the user moves the pointer to the first position that points to the gaze point seen from the right eye, the right eye gaze vector from the right eye to the gaze point via the pointer is detected, and the user left eye. When the pointer is moved to a second position different from the first position, which points to the gazing point viewed from the left eye, the second eye gazing vector from the left eye toward the gazing point via the pointer is detected. Steps and
It is characterized by executing a third step of estimating the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector as the gaze point as the three-dimensional coordinates of the world coordinate system.

本発明の注視点推定装置、プログラム及び方法によれば、ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザとポインタと注視物体とが映り込む画像から注視点を推定することができる。 According to the gaze point estimation device, the program, and the method of the present invention, when the user points the pointer at the gaze point, the gaze point can be estimated from the image in which the user, the pointer, and the gaze object are reflected.

ユーザが指先を注視点に向けて指し示した第1の外観図である。It is the first external view which the user pointed at the fingertip toward the gaze point. ユーザが指先を注視点に向けて指し示した第2の外観図である。It is a second external view which the user pointed at the fingertip toward the gaze point. ユーザが注視点に両眼の焦点を合わせた際に、1つの基準点によって生じる複視を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the diplopia caused by one reference point when a user focuses both eyes on a gaze point. ユーザが注視点に片眼の焦点を合わせた際に生じる単視を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the monocular vision which occurs when the user focuses one eye on the gaze point. 本発明における注視点推定装置の機能構成図である。It is a functional block diagram of the gaze point estimation apparatus in this invention. 光学マーカを用いた座標点検出を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the coordinate point detection using an optical marker. スケルトン分析又は物体認識処理に基づく座標点検出を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the coordinate point detection based on a skeleton analysis or an object recognition process. ユーザが注視点に両眼の焦点を合わせた際に、2つの基準点によって生じる複視を表す第1の説明図である。FIG. 5 is a first explanatory view showing diplopia caused by two reference points when the user focuses both eyes on the gazing point. ユーザが注視点に両眼の焦点を合わせた際に、2つの基準点によって生じる複視を表す第2の説明図である。FIG. 2 is a second explanatory view showing diplopia caused by two reference points when the user focuses both eyes on the gazing point. ユーザの両眼から所定範囲にポインタが位置する場合に注視ベクトルを検出する説明図である。It is explanatory drawing which detects a gaze vector when a pointer is positioned in a predetermined range from both eyes of a user. 右眼注視ベクトル及び左眼注視ベクトルの交点を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、ユーザが指先を注視点に向けて指し示した第1の外観図である。 FIG. 1 is a first external view in which a user points a fingertip toward a gazing point.

図1によれば、カメラ10は、ユーザとポインタと注視物体とが映り込む3次元画像を撮影する。その3次元画像は、本発明の注視点推定装置1へ入力される。
カメラ10は、RGB値及びデプス(奥行き距離)値を撮影可能な1台のデプスカメラであってもよい。例えばKinect(登録商標)のように、赤外線の往来時間を用いたTOF方式によって、撮影環境の対象物に対する奥行き距離を測定することができる。この場合、3次元画像は、例えばデプス値に基づく3次元空間の点群となる。
According to FIG. 1, the camera 10 captures a three-dimensional image in which the user, the pointer, and the gaze object are reflected. The three-dimensional image is input to the gazing point estimation device 1 of the present invention.
The camera 10 may be a single depth camera capable of capturing RGB values and depth (depth distance) values. For example, as in Kinect (registered trademark), the depth distance to an object in the shooting environment can be measured by the TOF method using the infrared traffic time. In this case, the three-dimensional image is, for example, a point cloud in the three-dimensional space based on the depth value.

また、カメラ10は、RGB(Red Green Blue)値を撮影可能であって、異なる位置に配置された複数の画像カメラであってもよい。異なる視点から撮影された2次元画像から、3次元画像が作成される。
この場合、事前に設定した固定の世界座標系とカメラ10によって撮影された座標系への座標変換行列を、画像処理における周知のキャリブレーションによって算出しておく必要がある。即ち、2次元画像の座標系と世界座標系との幾何的な位置関係を取得しておく必要がある。
Further, the camera 10 can capture RGB (Red Green Blue) values, and may be a plurality of image cameras arranged at different positions. A three-dimensional image is created from two-dimensional images taken from different viewpoints.
In this case, it is necessary to calculate the coordinate conversion matrix to the fixed world coordinate system set in advance and the coordinate system photographed by the camera 10 by a well-known calibration in image processing. That is, it is necessary to acquire the geometrical positional relationship between the coordinate system of the two-dimensional image and the world coordinate system.

ユーザが、指先を注視点に向けて指し示した場合、その注視ベクトルの先に注視物体が存在する。
図1によれば、ユーザの視界からは、注視物体(物体C)の一部が、他の物体A及びBによって隠れており、例えば単眼だけを使って指し示した場合には、注視方向は特定できるが、注視物体までの奥行距離が不明であるために、その注視物体の特定が難しい。
When the user points the fingertip toward the gazing point, the gazing object exists at the tip of the gazing vector.
According to FIG. 1, a part of the gaze object (object C) is hidden by other objects A and B from the user's field of view, and for example, when pointing with only a monocular, the gaze direction is specified. However, it is difficult to identify the gaze object because the depth distance to the gaze object is unknown.

図2は、ユーザが指先を注視点に向けて指し示した第2の外観図である。 FIG. 2 is a second external view in which the user points the fingertip toward the gazing point.

図2によれば、ユーザの視界からは、例えばガラス(半透明物体)越しに注視物体が見えている。この時、カメラ10によって撮影された画像を解析したとしても、ユーザが、例えば単眼だけを使って、指先を注視点に向けて指し示している場合には、その注視物体が、ガラスなのか、ガラス越しに見える注視物体(物体C)なのか、を特定することは難しい。 According to FIG. 2, the gaze object is visible from the user's field of view, for example, through glass (semi-transparent object). At this time, even if the image taken by the camera 10 is analyzed, if the user points the fingertip toward the gaze point using only a monocular, for example, the gaze object is glass or glass. It is difficult to identify whether it is a gaze object (object C) that can be seen through.

図3は、ユーザが注視点に両眼の焦点を合わせた際に、1つの基準点によって生じる複視を表す説明図である。
図3によれば、ユーザは、両眼を開いて注視物体の注視点を見ている。このとき、ユーザの眼には、ポインタ(例えば指先)が、複視によって左右二重に幻像として見える状態となる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing diplopia caused by one reference point when the user focuses both eyes on the gazing point.
According to FIG. 3, the user is looking at the gaze point of the gaze object with both eyes open. At this time, the pointer (for example, the fingertip) is seen by the user's eyes as a double left and right illusion due to diplopia.

図4は、ユーザが注視点に片眼ずつ順に焦点を合わせた際に生じる単視を表す説明図である。
図4によれば、ユーザが、右眼から見て、ポインタを注視物体に向けて指し示す。次に、ユーザが、左眼から見て、ポインタを注視物体に向けて指し示す。このとき、右眼から見たポインタの位置と、左眼から見たポインタの位置とは、一致しない。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing monovision that occurs when the user focuses on the gazing point one eye at a time.
According to FIG. 4, the user points the pointer at the gaze object when viewed from the right eye. The user then points the pointer at the gaze object as viewed from the left eye. At this time, the position of the pointer seen from the right eye and the position of the pointer seen from the left eye do not match.

図5は、本発明における注視点推定装置の機能構成図である。 FIG. 5 is a functional configuration diagram of the gaze point estimation device according to the present invention.

図5によれば、注視点推定装置1は、座標点検出部11と、注視ベクトル検出部12と、注視点推定部13と、ジェスチャー認識部14と、物体認識部15と、注視物体推定部16とを有する。これら機能構成部は、注視点推定装置1に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムによって実現される。また、これら機能構成部の処理の流れは、装置の注視点推定方法としても理解できる。 According to FIG. 5, the gaze point estimation device 1 includes a coordinate point detection unit 11, a gaze vector detection unit 12, a gaze estimation unit 13, a gesture recognition unit 14, an object recognition unit 15, and a gaze object estimation unit. It has 16. These functional components are realized by a program that causes the computer mounted on the gaze point estimation device 1 to function. In addition, the processing flow of these functional components can be understood as a method of estimating the gaze point of the device.

[座標点検出部11]
座標点検出部11は、カメラ10によって撮影された3次元画像から、ユーザの右眼、左眼及びポインタそれぞれについて、世界座標系の座標点を検出する。
ここで、「ポインタ」とは、例えば指先のような所定人体部位であってもよいし、例えば指示棒の先のような指示具であってもよい。
即ち、座標点検出部11は、3次元画像から検出した所定人体部位又は指示具の位置を、「ポインタ」の座標点として検出する。
[Coordinate point detection unit 11]
The coordinate point detection unit 11 detects the coordinate points of the world coordinate system for each of the user's right eye, left eye, and pointer from the three-dimensional image captured by the camera 10.
Here, the "pointer" may be a predetermined human body part such as a fingertip, or may be an indicator such as the tip of a pointer.
That is, the coordinate point detection unit 11 detects the position of the predetermined human body part or the indicator detected from the three-dimensional image as the coordinate point of the “pointer”.

各座標点を検出するために、例えば以下のような方法がある。
<光学マーカを用いた座標点検出>
<スケルトン分析による座標点検出>
<物体認識処理による座標点検出>
For example, there are the following methods for detecting each coordinate point.
<Coordinate point detection using optical markers>
<Detection of coordinate points by skeleton analysis>
<Coordinate point detection by object recognition processing>

<光学マーカを用いた座標点検出>
図6は、光学マーカを用いた座標点検出を表す説明図である。
<Coordinate point detection using optical markers>
FIG. 6 is an explanatory diagram showing coordinate point detection using an optical marker.

図6によれば、ユーザにおける右眼部分及び左眼部分と、ポインタ部位とに、マーカが装着されている。マーカは、例えば画像に対するクロマキー処理によって検出可能な光学マーカであってもよい。これによって、座標点検出部11は、ユーザについて、右眼部分、左眼部分及びポインタ部位における座標点を検出することができる。クロマキー処理によれば、画像内の光学マーカを追跡する光学式モーションキャプチャ技術(例えば非特許文献2参照)を用いてポインタを検出することができる。 According to FIG. 6, markers are attached to the right eye portion and the left eye portion of the user and the pointer portion. The marker may be, for example, an optical marker that can be detected by chroma key processing on the image. As a result, the coordinate point detection unit 11 can detect the coordinate points in the right eye portion, the left eye portion, and the pointer portion for the user. According to the chroma key processing, the pointer can be detected by using an optical motion capture technique (see, for example, Non-Patent Document 2) that tracks an optical marker in an image.

ユーザの眼部分の光学マーカは、例えば眼鏡に装着されたものであってもよい。
ポインタが指先であれば、その指先に光学マーカが装着されたものであってもよい。また、ポインタが指示具(例えば指示棒)であれば、その指示具の先端部分に光学マーカが装着されたものであってもよい。
The optical marker of the user's eye portion may be, for example, one worn on eyeglasses.
If the pointer is a fingertip, an optical marker may be attached to the fingertip. Further, if the pointer is an indicator (for example, a pointer), an optical marker may be attached to the tip of the indicator.

<スケルトン分析に基づく座標点検出>
図7は、スケルトン分析又は物体認識処理に基づく座標点検出を表す説明図である。
図7(a)によれば、ポインタが所定人体部位である場合、座標点検出部11は、所定人体部位(例えば指先)を所定関節として、画像からスケルトン分析によって人体の所定関節を検出する。そして、それらの座標点を特定する。
<Coordinate point detection based on skeleton analysis>
FIG. 7 is an explanatory diagram showing coordinate point detection based on skeleton analysis or object recognition processing.
According to FIG. 7A, when the pointer is a predetermined human body part, the coordinate point detection unit 11 detects the predetermined joint of the human body by skeleton analysis from the image with the predetermined human body part (for example, a fingertip) as the predetermined joint. Then, those coordinate points are specified.

具体的にはOpenPose(登録商標)のようなスケルトンモデルを用いて、人物の関節の特徴点を抽出する。OpenPoseとは、画像から複数の人物間の体/手/顔のキーポイントをリアルタイムに検出可能なソフトウェアであって、GitHubによって公開されている。
OpenPoseは、ユーザの両眼及び人体の骨格・関節に基づく特徴的な部位を基準点とし、教師データとして大量の人物画像とそれに紐づく骨格姿勢情報によって学習されたものである。画像を入力することによって、その画像の中から人物を特定すると共に、その骨格姿勢情報を特定することができる(例えば非特許文献1参照)。
Specifically, a skeleton model such as OpenPose (registered trademark) is used to extract feature points of human joints. OpenPose is software that can detect key points of body / hand / face between multiple people in real time from images, and is published by GitHub.
OpenPose is learned from a large amount of human images and skeletal posture information associated with them as teacher data, using characteristic parts based on the user's eyes and the skeleton and joints of the human body as reference points. By inputting an image, a person can be specified from the image and the skeletal posture information can be specified (see, for example, Non-Patent Document 1).

<物体認識処理に基づく座標点検出>
図7(b)によれば、座標点検出部11は、3次元画像(2次元画像でも可能)から物体認識処理によって所定人体部位や指示具を検出する。そして、それら座標点を特定する。
物体認識に用いる特徴ベクトルの抽出アルゴリズムとしては、回転やスケールの変化にロバストな、例えばSIFT(Scale-Invariant Feature Transform)(例えば非特許文献5参照)やSURF(Speeded Up Robust Features)(例えば非特許文献6参照)が用いられる。例えば、SIFTの場合、1枚の画像からは128次元の特徴ベクトルの集合が抽出される。SIFTとは、スケールスペースを用いて特徴的な局所特徴領域を解析し、そのスケール変化及び回転に不変となる特徴ベクトルを記述する技術である。一方で、SURFの場合、SIFTよりも高速処理が可能であって、1枚の画像から64次元の特徴ベクトルの集合が抽出される。SIFTは、処理コストが高く且つリアルタイムマッチングが困難であるのに対し、SURFは、積分画像を利用することによって処理を高速化している。
<Coordinate point detection based on object recognition processing>
According to FIG. 7B, the coordinate point detection unit 11 detects a predetermined human body part and an indicator by an object recognition process from a three-dimensional image (a two-dimensional image is also possible). Then, those coordinate points are specified.
Feature vector extraction algorithms used for object recognition are robust to rotation and scale changes, such as SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) (see, for example, Non-Patent Document 5) and SURF (Speeded Up Robust Features) (for example, non-patent). Reference 6) is used. For example, in the case of SIFT, a set of 128-dimensional feature vectors is extracted from one image. SIFT is a technique for analyzing a characteristic local feature region using a scale space and describing a feature vector that is invariant to the scale change and rotation. On the other hand, in the case of SURF, faster processing than SIFT is possible, and a set of 64-dimensional feature vectors is extracted from one image. While SIFT has a high processing cost and difficult real-time matching, SURF speeds up processing by using an integrated image.

物体認識の処理部は、周知の深層学習に基づく機械学習エンジンであって、検出対象となる所定人体部位や指示具の画像に基づく特徴情報と、同定情報(対象物名称、識別番号など)とを紐付けて予め学習したものである(例えば非特許文献8参照)。
カメラ10によって撮影された画像から、例えばSIFT又はSURFのような局所特徴領域量を抽出する。局所特徴領域量は、回転、拡大縮小、射影変換のいずれか又はその任意の組み合わせに対して不変な性質を有し、画像の局所特徴領域における相対的な輝度勾配に基づいて算出される。尚、同様の性質を有する周知のORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特徴量を用いてもよい(例えば非特許文献7参照)。
The object recognition processing unit is a well-known machine learning engine based on deep learning, and includes feature information based on images of a predetermined human body part to be detected and an indicator, and identification information (object name, identification number, etc.). (For example, see Non-Patent Document 8).
The amount of local feature regions such as SIFT or SURF is extracted from the image taken by the camera 10. The amount of local feature region has properties that are invariant to any combination of rotation, scaling, and projective transformation, and is calculated based on the relative brightness gradient in the local feature region of the image. A well-known ORB (Oriented FAST and Rotated BRIEF) feature having the same properties may be used (see, for example, Non-Patent Document 7).

[注視ベクトル検出部12]
注視ベクトル検出部12は、以下のように右眼注視ベクトル及び左眼注視ベクトルを検出する。
ユーザが右眼から見た注視点を指し示した位置にポインタ(例えば指先)を移動させた際に、右眼からポインタを経由して注視点へ向かう「右眼注視ベクトル」を検出する。
ユーザが左眼から見た注視点を指し示した位置にポインタを移動させた際に、左眼からポインタを経由して注視点へ向かう「左眼注視ベクトル」を検出する。
[Gaze vector detection unit 12]
The gaze vector detection unit 12 detects the right eye gaze vector and the left eye gaze vector as follows.
When the user moves the pointer (for example, the fingertip) to the position pointing to the gazing point viewed from the right eye, the "right eye gazing vector" from the right eye to the gazing point via the pointer is detected.
When the user moves the pointer to the position pointing to the gazing point viewed from the left eye, the "left eye gazing vector" from the left eye to the gazing point via the pointer is detected.

ポインタの基準点は、1つの場合と2つの場合とがある。
<ポインタの1つの基準点>
前述した図4のように、ポインタが、1つの基準点を有する場合、注視ベクトル検出部12は、ユーザの単眼視によって見える、右眼視の基準点からの右眼注視ベクトルと、左眼視の基準点からの左眼注視ベクトルとを、別々に検出する。
The reference point of the pointer may be one case or two cases.
<One reference point of the pointer>
As shown in FIG. 4, when the pointer has one reference point, the gaze vector detection unit 12 sees the right-eye gaze vector from the right-eye reference point and the left-eye view, which can be seen by the user's monocular vision. The left eye gaze vector from the reference point of is detected separately.

<ポインタの2つの基準点>
図8は、ユーザが注視点に両眼の焦点を合わせた際に、2つの基準点によって生じる複視を表す第1の説明図である。
例えば、右手の指先をポインタの第1の基準点とし、左手の指先をポインタの第2基準点としてもよい。また、右手の第1の指をポインタの第1の基準点とし、同じ右手の第2の指をポインタの第2の基準点としてもよい。
<Two reference points for pointers>
FIG. 8 is a first explanatory view showing diplopia caused by two reference points when the user focuses both eyes on the gazing point.
For example, the fingertip of the right hand may be the first reference point of the pointer, and the fingertip of the left hand may be the second reference point of the pointer. Further, the first finger of the right hand may be used as the first reference point of the pointer, and the second finger of the same right hand may be used as the second reference point of the pointer.

図8によれば、ユーザは、両眼を開けて指定対象物に眼の焦点を合わせており、この場合、複視によって異なる2つの基準点は、各々左右二重の計4つの幻像として見える状態となる。基準点毎に、左側が右眼の像となり、右側が左眼の像となる。 According to FIG. 8, the user opens both eyes to focus the eyes on the designated object, and in this case, the two reference points that differ depending on the diplopia appear as a total of four illusions, each of which is double left and right. It becomes a state. For each reference point, the left side is the image of the right eye and the right side is the image of the left eye.

注視ベクトル検出部12は、ユーザが右眼から見た注視点を指し示した位置に第1の基準点を移動させた際に、右眼から第1の基準点を経由して注視点へ向かう「右眼注視ベクトル」を検出する。それと同時に、ユーザが左眼から見た注視点を指し示した位置に第2の基準点を移動させた際に、左眼から第2の基準点を経由して注視点へ向かう「左眼注視ベクトル」を検出する。 When the user moves the first reference point to a position pointing to the gaze point viewed from the right eye, the gaze vector detection unit 12 heads for the gaze point from the right eye via the first reference point. "Right eye gaze vector" is detected. At the same time, when the user moves the second reference point to the position pointing to the gaze point seen from the left eye, the "left eye gaze vector" from the left eye to the gaze point via the second reference point. Is detected.

図9は、ユーザが注視点に両眼の焦点を合わせた際に、2つの基準点によって生じる複視を表す第2の説明図である。 FIG. 9 is a second explanatory view showing the diplopia caused by the two reference points when the user focuses both eyes on the gazing point.

図9によれば、ユーザは、4つ並ぶ幻像の基準点(指先)について、中間に位置する2つの基準点が重なった状態で、その重なる基準点を注視点に向けて指し示している。
具体的には、ユーザの両眼複視によって見える、右眼視の第1の基準点と、右眼視の第2の基準点と、左眼視の第1の基準点と、左眼視の第2の基準点とについて、中央2つの基準点(右眼視の第1の基準点と左眼視の第2の基準点)を重ねて、ユーザから見た注視点を指し示した位置に移動させた際に、「右眼注視ベクトル」及び「左眼注視ベクトル」の両方を同時に検出する。
According to FIG. 9, with respect to the reference points (fingertips) of the four phantom images arranged side by side, the user points the overlapping reference points toward the gazing point in a state where the two reference points located in the middle overlap.
Specifically, the first reference point for right-eye vision, the second reference point for right-eye vision, the first reference point for left-eye vision, and the left-eye vision that can be seen by the user's binocular diplopia. With respect to the second reference point of the above, the two central reference points (the first reference point of the right eye and the second reference point of the left eye) are overlapped at the position indicating the gazing point seen from the user. When moved, both the "right eye gaze vector" and the "left eye gaze vector" are detected at the same time.

図10は、ユーザの両眼から所定範囲にポインタが位置する場合に注視ベクトルを検出する説明図である。 FIG. 10 is an explanatory diagram for detecting a gaze vector when the pointer is located within a predetermined range from both eyes of the user.

図10によれば、注視ベクトル検出部12は、ユーザの右眼の座標点及び左眼の座標点から所定範囲にポインタが含まれた際にのみ機能する。例えば、右眼の座標点及び左眼の座標点を通る、所定半径及び所定角度の扇形状を想定し、その範囲にポインタ(指先)が検出された場合にのみ、注視ベクトルを検出する。これによって、ポインタが、ユーザの顔の前面に無いにも拘わらず、注視ベクトルを検出しようとする処理負荷を軽減することができる。 According to FIG. 10, the gaze vector detection unit 12 functions only when the pointer is included in a predetermined range from the coordinate points of the user's right eye and the coordinate points of the left eye. For example, assuming a fan shape having a predetermined radius and a predetermined angle passing through the coordinate points of the right eye and the coordinate points of the left eye, the gaze vector is detected only when the pointer (fingertip) is detected in the range. As a result, it is possible to reduce the processing load for detecting the gaze vector even though the pointer is not in front of the user's face.

[注視点推定部13]
注視点推定部13は、右眼注視ベクトル及び左眼注視ベクトルの交点を、注視点として推定する(図3、図8参照)。
[Gaze point estimation unit 13]
The gaze point estimation unit 13 estimates the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector as the gaze point (see FIGS. 3 and 8).

図11は、右眼注視ベクトル及び左眼注視ベクトルの交点を表す説明図である。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector.

図11によれば、注視点推定部13は、右眼を頂点として右眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第1の円錐と、左眼を頂点として左眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第2の円錐とが交差する体積領域を推定する。これには、視体積交差法を用いることが好ましい(例えば非特許文献4参照)。そして、注視点推定部13は、その体積領域の重心を注視点として推定する。 According to FIG. 11, the gaze point estimation unit 13 has a first cone having a central angle θ with the right eye as the apex and the right eye gaze vector as the axis, and a center with the left eye as the apex and the left eye gaze vector as the axis. Estimate the volume region where the second cone of angle θ intersects. For this, it is preferable to use the visual volume crossing method (see, for example, Non-Patent Document 4). Then, the gaze point estimation unit 13 estimates the center of gravity of the volume region as the gaze point.

[ジェスチャー認識部14]
ジェスチャー認識部14は、右眼注視ベクトルと左眼注視ベクトルとを別々に検出するために、画像から、ユーザの所定ジェスチャーを認識する(例えば非特許文献3参照)。
これに対し、注視ベクトル検出部12は、ジェスチャー認識部14によって認識されたジェスチャーに応じて、右眼注視ベクトル又は左眼注視ベクトルの一方を検出する。
[Gesture recognition unit 14]
The gesture recognition unit 14 recognizes a predetermined gesture of the user from the image in order to detect the right eye gaze vector and the left eye gaze vector separately (see, for example, Non-Patent Document 3).
On the other hand, the gaze vector detection unit 12 detects either the right eye gaze vector or the left eye gaze vector according to the gesture recognized by the gesture recognition unit 14.

ジェスチャー認識部14は、具体的には、例えば以下のように2つの方法で判定する。
(1)ジェスチャー認識部14は、指先操作の所定ジェスチャーによって、右眼注視ベクトル検出、左眼注視ベクトル検出、又は、注視ベクトル切替検出を判定する。
(2)ジェスチャー認識部14は、ユーザの右眼及び左眼の開閉を所定ジェスチャーとして検出するものであり、右眼が閉じて左眼が開いている場合に左眼注視ベクトル検出と判定し、左眼が閉じて右眼が開いている場合に右眼注視ベクトル検出と判定する。
Specifically, the gesture recognition unit 14 determines by two methods as follows, for example.
(1) The gesture recognition unit 14 determines the right eye gaze vector detection, the left eye gaze vector detection, or the gaze vector switching detection by a predetermined gesture of fingertip operation.
(2) The gesture recognition unit 14 detects the opening and closing of the user's right eye and left eye as predetermined gestures, and determines that the left eye gaze vector detection is performed when the right eye is closed and the left eye is open. When the left eye is closed and the right eye is open, it is determined that the right eye gaze vector is detected.

[物体認識部15]
物体認識部15は、カメラ10によって撮影された画像から、当該画像に映り込む物体の局所特徴領域から物体識別情報を検出する。画像から、1つ以上の物体の局所特徴領域と、それぞれの物体識別情報とが検出される。
物体認識部15は、前述した座標点検出部11の物体認識処理と全く同じ方式のものである。座標点検出部11は、所定人体部位や指示具を検出するものであるのに対し、物体認識部15は、物体の局所特徴領域とその物体識別情報とを検出するものである。
[Object recognition unit 15]
The object recognition unit 15 detects the object identification information from the local feature region of the object reflected in the image from the image taken by the camera 10. Local feature regions of one or more objects and their respective object identification information are detected from the image.
The object recognition unit 15 has exactly the same method as the object recognition process of the coordinate point detection unit 11 described above. The coordinate point detection unit 11 detects a predetermined human body part or an indicator, while the object recognition unit 15 detects a local feature region of an object and its object identification information.

[注視物体推定部16]
注視物体推定部16は、注視点推定部13によって推定された注視点と、物体認識部15によって検出された局所特徴領域とを比較し、注視点が含まれる局所特徴領域に紐付く物体識別情報を、ユーザが注視した物体として推定する。
これによって、ユーザが注視した物体を特定することができる。
[Gaze object estimation unit 16]
The gaze object estimation unit 16 compares the gaze point estimated by the gaze point estimation unit 13 with the local feature area detected by the object recognition unit 15, and object identification information associated with the local feature area including the gaze point. Is estimated as an object that the user gazes at.
This makes it possible to identify the object that the user has gazed at.

以上、詳細に説明したように、本発明の注視点推定装置、プログラム及び方法によれば、ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザとポインタと注視物体とが映り込む画像から注視点を推定することができる。 As described in detail above, according to the gaze point estimation device, the program, and the method of the present invention, when the user points the pointer at the gaze point, the image of the user, the pointer, and the gaze object is reflected. The gaze point can be estimated.

前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 With respect to the various embodiments of the present invention described above, various changes, modifications and omissions in the technical idea and the scope of the present invention can be easily made by those skilled in the art. The above explanation is just an example and does not attempt to restrict anything. The present invention is limited only to the scope of claims and their equivalents.

1 注視点推定装置
10 カメラ
11 座標点検出部
12 注視ベクトル検出部
13 注視点推定部
14 ジェスチャー認識部
15 物体認識部
16 注視物体推定部
1 Gaze point estimation device 10 Camera 11 Coordinate point detection unit 12 Gaze vector detection unit 13 Gaze point estimation unit 14 Gesture recognition unit 15 Object recognition unit 16 Gaze object estimation unit

Claims (19)

ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザ、ポインタ及び注視点が映り込む画像から注視点を推定する注視点推定装置であって、
前記画像から、前記ユーザの右眼、左眼及びポインタそれぞれついて、世界座標系の座標点を検出する座標点検出手段と、
前記ユーザが右眼から見た注視点を指し示した第1の位置に前記ポインタを移動させた際に、前記右眼から前記ポインタを経由して前記注視点へ向かう右眼注視ベクトルを検出すると共に、前記ユーザが左眼から見た注視点を指し示した、第1の位置とは異なる第2の位置に前記ポインタを移動させた際に、前記左眼から前記ポインタを経由して前記注視点へ向かう左眼注視ベクトルを検出する注視ベクトル検出手段と、
前記右眼注視ベクトル及び前記左眼注視ベクトルの交点を、世界座標系の3次元座標としての前記注視点として推定する注視点推定手段と
を有することを特徴とする注視点推定装置。
A gaze point estimation device that estimates the gaze point from an image in which the user, the pointer, and the gaze point are reflected when the user points the pointer at the gaze point.
From the image, the coordinate point detecting means for detecting the coordinate points of the world coordinate system for each of the user's right eye, left eye, and pointer,
When the user moves the pointer to the first position pointing to the gaze point viewed from the right eye, the right eye gaze vector from the right eye to the gaze point via the pointer is detected. When the user moves the pointer to a second position different from the first position, which points to the gazing point viewed from the left eye, the left eye moves to the gazing point via the pointer. A gaze vector detecting means for detecting the gaze vector of the heading left eye,
A gaze point estimation device comprising a gaze point estimation means for estimating the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector as the gaze point as the three-dimensional coordinates of the world coordinate system.
前記ポインタは、所定人体部位又は指示具であり、
前記座標点検出手段は、前記画像から、所定人体部位又は指示具を前記ポインタとして検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の注視点推定装置。
The pointer is a predetermined human body part or an indicator, and is
The gaze point estimation device according to claim 1, wherein the coordinate point detecting means detects a predetermined human body part or an indicator as the pointer from the image.
所定人体部位は、指先である
ことを特徴とする請求項2に記載の注視点推定装置。
The gaze point estimation device according to claim 2, wherein the predetermined human body part is a fingertip.
前記ユーザについて、右眼部分、左眼部分及びポインタ部位に、マーカを装着し、
前記座標点検出手段は、前記画像に対するクロマキー処理によって前記マーカを検出する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の注視点推定装置。
For the user, markers are attached to the right eye portion, the left eye portion, and the pointer portion.
The gaze point estimation device according to claim 2 or 3, wherein the coordinate point detecting means detects the marker by chroma key processing on the image.
前記ポインタが所定人体部位である場合、所定人体部位を所定関節とし、
前記座標点検出手段は、前記画像からスケルトン分析によって人体の所定関節を検出する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の注視点推定装置。
When the pointer is a predetermined human body part, the predetermined human body part is set as a predetermined joint.
The gaze point estimation device according to claim 2 or 3, wherein the coordinate point detecting means detects a predetermined joint of a human body by skeleton analysis from the image.
前記座標点検出手段は、前記画像から物体認識処理によって所定人体部位又は指示具を検出する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の注視点推定装置。
The gaze point estimation device according to claim 2 or 3, wherein the coordinate point detecting means detects a predetermined human body part or an indicator from the image by an object recognition process.
前記画像は、カメラによって撮影された3次元画像であり、
前記カメラは、RGB値及びデプス(奥行き距離)値を撮影可能な1台のデプスカメラか、又は、RGB値を撮影可能であって異なる位置に配置された複数の画像カメラである
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の注視点推定装置。
The image is a three-dimensional image taken by a camera.
The camera is characterized by being one depth camera capable of photographing RGB values and depth (depth distance) values, or a plurality of image cameras capable of photographing RGB values and arranged at different positions. The gaze point estimation device according to any one of claims 1 to 6.
前記ポインタは、1つの基準点を有し、
前記注視ベクトル検出手段は、前記ユーザの単眼視によって見える、右眼視の基準点から右眼注視ベクトルを検出し、左眼視の基準点から左眼注視ベクトルを検出する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の注視点推定装置。
The pointer has one reference point and
The gaze vector detecting means is characterized in that it detects the right eye gaze vector from the reference point of the right eye, which is visible by the user's monocular vision, and detects the left eye gaze vector from the reference point of the left eye. The gaze point estimation device according to any one of Items 1 to 7.
前記右眼注視ベクトルと前記左眼注視ベクトルとを別々に検出するために、前記画像から、前記ユーザの所定ジェスチャーを認識するジェスチャー認識手段を更に有し、
前記注視ベクトル検出手段は、前記ジェスチャー認識手段によって認識されたジェスチャーに応じて、前記右眼注視ベクトル又は前記左眼注視ベクトルの一方を検出する
ことを特徴とする請求項8に記載の注視点推定装置。
In order to detect the right eye gaze vector and the left eye gaze vector separately, a gesture recognition means for recognizing a predetermined gesture of the user from the image is further provided.
The gaze point estimation according to claim 8, wherein the gaze vector detecting means detects either the right eye gaze vector or the left eye gaze vector according to the gesture recognized by the gesture recognition means. apparatus.
前記ジェスチャー認識手段は、指先操作の所定ジェスチャーによって、右眼注視ベクトル検出、左眼注視ベクトル検出、又は、注視ベクトル切替検出を判定する
ことを特徴とする請求項9に記載の注視点推定装置。
The gaze point estimation device according to claim 9, wherein the gesture recognition means determines the right eye gaze vector detection, the left eye gaze vector detection, or the gaze vector switching detection by a predetermined gesture of fingertip operation.
前記ジェスチャー認識手段は、前記ユーザの右眼及び左眼の開閉を所定ジェスチャーとして検出するものであり、右眼が閉じて左眼が開いている場合に左眼注視ベクトル検出と判定し、左眼が閉じて右眼が開いている場合に右眼注視ベクトル検出と判定する
ことを特徴とする請求項9に記載の注視点推定装置。
The gesture recognition means detects the opening and closing of the right eye and the left eye of the user as a predetermined gesture, and determines that the left eye gaze vector detection is performed when the right eye is closed and the left eye is open, and the left eye. The gaze point estimation device according to claim 9, wherein when the right eye is closed and the right eye is open, it is determined that the right eye gaze vector is detected.
前記ポインタは、2つの基準点を有し、
前記注視ベクトル検出手段は、前記ユーザが右眼から見た注視点を指し示した第1の位置に第1の基準点を移動させた際に、前記右眼から第1の基準点を経由して前記注視点へ向かう右眼注視ベクトルを検出すると同時に、前記ユーザが左眼から見た注視点を指し示した、第1の位置とは異なる第2の位置に第2の基準点を移動させた際に、前記左眼から第2の基準点を経由して前記注視点へ向かう左眼注視ベクトルを検出する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の注視点推定装置。
The pointer has two reference points.
When the user moves the first reference point to the first position pointing to the gaze point viewed from the right eye, the gaze vector detecting means passes through the first reference point from the right eye. When the right eye gaze vector toward the gaze point is detected and at the same time, the second reference point is moved to a second position different from the first position where the user points to the gaze point seen from the left eye. The gaze point estimation device according to any one of claims 1 to 7, further comprising detecting a left eye gaze vector from the left eye toward the gaze point via a second reference point.
前記注視ベクトル検出手段は、前記ユーザの両眼複視によって見える、右眼視の第1の基準点と、右眼視の第2の基準点と、左眼視の第1の基準点と、左眼視の第2の基準点とについて、中央2つの基準点(右眼視の第1基準点と左眼視の第2の基準点)を重ねて、前記ユーザから見た注視点を指し示した位置に移動させた際に、前記右眼注視ベクトル及び前記左眼注視ベクトルの両方を同時に検出する
ことを特徴とする請求項12に記載の注視点推定装置。
The gaze vector detecting means includes a first reference point for right eye vision, a second reference point for right eye vision, and a first reference point for left eye vision, which can be seen by the user's binocular diplopia. With respect to the second reference point for the left eye, the two central reference points (the first reference point for the right eye and the second reference point for the left eye) are overlapped to point to the gazing point seen by the user. The gaze point estimation device according to claim 12, wherein both the right eye gaze vector and the left eye gaze vector are detected at the same time when the eye is moved to the above position.
前記注視ベクトル検出手段は、前記ユーザの右眼の座標点及び左眼の座標点から所定範囲に前記ポインタが含まれた際にのみ機能する
ことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の注視点推定装置。
Any one of claims 1 to 13, wherein the gaze vector detecting means functions only when the pointer is included in a predetermined range from the coordinate points of the right eye and the coordinate points of the left eye of the user. The gaze point estimation device described in the section.
前記注視点推定手段は、右眼を頂点として右眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第1の円錐と、左眼を頂点として左眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第2の円錐とが交差する体積領域を推定し、当該体積領域の重心を前記注視点として推定する
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の注視点推定装置。
The gaze point estimation means has a first cone having a central angle θ with the right eye as the apex and an axis of the right eye gaze vector, and a second cone having a central angle θ with the left eye as the apex and the left eye gaze vector as the axis. The gaze point estimation device according to any one of claims 1 to 14, wherein a volume region where the cone intersects is estimated, and the center of gravity of the volume region is estimated as the gaze point.
前記画像から、当該画像に映り込む物体の局所特徴領域から物体識別情報を検出する物体認識手段と、
前記注視点推定手段によって推定された前記注視点と、前記物体認識手段によって検出された局所特徴領域とを比較し、前記注視点が含まれる局所特徴領域に紐付く物体識別情報を、前記ユーザが注視した物体として推定する注視物体推定手段と
を更に有することを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の注視点推定装置。
An object recognition means for detecting object identification information from a local feature region of an object reflected in the image from the image, and an object recognition means.
The user compares the gazing point estimated by the gazing point estimating means with the local feature area detected by the object recognizing means, and the user obtains object identification information associated with the local feature area including the gazing point. The gaze point estimation device according to any one of claims 1 to 15, further comprising a gaze object estimating means for estimating as a gaze object.
前記注視点推定手段は、右眼を頂点として右眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第1の円錐と、左眼を頂点として左眼注視ベクトルを軸とした中心角θの第2の円錐とが交差する体積領域を推定し、
前記注視物体推定手段は、前記体積領域に1つの物体の局所特徴領域が含まれる場合にのみ、当該局所特徴領域に紐付く物体識別情報を、前記ユーザが注視した物体として推定する
ことを特徴とする請求項16に記載の注視点推定装置。
The gaze point estimation means has a first cone having a central angle θ with the right eye as the apex and an axis of the right eye gaze vector, and a second cone having a central angle θ with the left eye as the apex and the left eye gaze vector as the axis. Estimate the volume area where the cone intersects and
The gaze object estimating means is characterized in that the object identification information associated with the local feature region is estimated as the object gazed by the user only when the volume region includes the local feature region of one object. 16. The gaze point estimation device according to claim 16.
ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザ、ポインタ及び注視点が映り込む画像から注視点を推定するようにコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記画像から、前記ユーザの右眼、左眼及びポインタそれぞれついて、世界座標系の座標点を検出する座標点検出手段と、
前記ユーザが右眼から見た注視点を指し示した第1の位置に前記ポインタを移動させた際に、前記右眼から前記ポインタを経由して前記注視点へ向かう右眼注視ベクトルを検出すると共に、前記ユーザが左眼から見た注視点を指し示した、第1の位置とは異なる第2の位置に前記ポインタを移動させた際に、前記左眼から前記ポインタを経由して前記注視点へ向かう左眼注視ベクトルを検出する注視ベクトル検出手段と、
前記右眼注視ベクトル及び前記左眼注視ベクトルの交点を、世界座標系の3次元座標としての前記注視点として推定する注視点推定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
A program that causes a computer to function to estimate the gaze point from the image in which the user, the pointer, and the gaze point are reflected when the user points the pointer at the gaze point.
From the image, the coordinate point detecting means for detecting the coordinate points of the world coordinate system for each of the user's right eye, left eye, and pointer,
When the user moves the pointer to the first position pointing to the gaze point viewed from the right eye, the right eye gaze vector from the right eye to the gaze point via the pointer is detected. When the user moves the pointer to a second position different from the first position, which points to the gazing point viewed from the left eye, the left eye moves to the gazing point via the pointer. A gaze vector detecting means for detecting the gaze vector of the heading left eye,
A program characterized in that a computer functions as a gaze point estimation means for estimating the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector as the gaze point as the three-dimensional coordinates of the world coordinate system.
ユーザがポインタを注視点に向けて指し示した際に、ユーザ、ポインタ及び注視点が映り込む画像から注視点を推定する装置によって実行される注視点推定方法であって、
前記装置は、
前記画像から、前記ユーザの右眼、左眼及びポインタそれぞれついて、世界座標系の座標点を検出する第1のステップと、
前記ユーザが右眼から見た注視点を指し示した第1の位置に前記ポインタを移動させた際に、前記右眼から前記ポインタを経由して前記注視点へ向かう右眼注視ベクトルを検出すると共に、前記ユーザが左眼から見た注視点を指し示した、第1の位置とは異なる第2の位置に前記ポインタを移動させた際に、前記左眼から前記ポインタを経由して前記注視点へ向かう左眼注視ベクトルを検出する第2のステップと、
前記右眼注視ベクトル及び前記左眼注視ベクトルの交点を、世界座標系の3次元座標としての前記注視点として推定する第3のステップと
を実行することを特徴とする注視点推定方法。
A gaze point estimation method performed by a device that estimates the gaze point from an image in which the user, the pointer, and the gaze point are reflected when the user points the pointer at the gaze point.
The device is
From the image, the first step of detecting the coordinate points of the world coordinate system for each of the user's right eye, left eye, and pointer,
When the user moves the pointer to the first position pointing to the gaze point viewed from the right eye, the right eye gaze vector from the right eye to the gaze point via the pointer is detected. When the user moves the pointer to a second position different from the first position, which points to the gazing point viewed from the left eye, the left eye moves to the gazing point via the pointer. The second step of detecting the heading left eye gaze vector,
A gaze point estimation method comprising executing a third step of estimating the intersection of the right eye gaze vector and the left eye gaze vector as the gaze point as the three-dimensional coordinates of the world coordinate system.
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