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JP6952298B2 - Line-of-sight conversion device and line-of-sight conversion method - Google Patents
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Description

本開示は、画像において被撮影者の視線の向きを変える視線変換技術に関する。 The present disclosure relates to a line-of-sight conversion technique for changing the direction of the line of sight of a photographed person in an image.

映像対話システムでは、通常、カメラの位置とディスプレイの画面の位置とが異なる。このため、ユーザは、画面を見ている会話相手と目線を合わせることができず、同様に、会話相手もユーザと目線を合わせることができない。より自然な対話のために、目線が合う映像対話システムが望まれている。 In a video dialogue system, the position of the camera and the position of the screen of the display are usually different. Therefore, the user cannot match the line of sight with the conversation partner who is looking at the screen, and similarly, the conversation partner cannot match the line of sight with the user. For a more natural dialogue, a video dialogue system that matches the eyes is desired.

特許文献1には、ハーフミラーを追加して正面向きの顔画像を取得することが記載されている。特許文献2には、モニター画面の左右に1台ずつカメラを設置することにより正面向きの顔画像を生成することが記載されている。特許文献3には、眼部画像を、瞳の位置がその眼部画像の中央となるように補正することが記載されている。 Patent Document 1 describes that a half mirror is added to acquire a front-facing face image. Patent Document 2 describes that a front-facing face image is generated by installing one camera on each side of the monitor screen. Patent Document 3 describes that the eye image is corrected so that the position of the pupil is at the center of the eye image.

特開平11−177949号公報JP-A-11-177949 特開平8−251562号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-251562 特開2015−149016号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-149016

しかし、ハーフミラーやカメラ等のハードウェアを追加すると、システムが大型化してしまうという問題がある。また、特許文献3のように画像を補正する場合には、単純にフレーム毎に処理を行うと、目の位置がフレーム毎に異なってしまい、不自然な動画像が得られることがある。 However, if hardware such as a half mirror or a camera is added, there is a problem that the system becomes large. Further, in the case of correcting an image as in Patent Document 3, if the processing is simply performed for each frame, the position of the eyes may differ for each frame, and an unnatural moving image may be obtained.

本発明は、被撮影者の視線を変更した画像、特に動画像を求める場合に、システムを大型化させることなく、より自然な動画像が得られるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to make it possible to obtain a more natural moving image without increasing the size of the system when seeking an image in which the line of sight of the photographed person is changed, particularly a moving image.

本開示による視線変換装置は、被撮影者の顔の画像を処理対象画像として取得するカメラと、撮影装置の方向に視線が向いた前記被撮影者の顔の複数の画像を参照画像として格納する参照画像記憶装置と、複数の前記参照画像に基づいて、前記被撮影者の目の形状についての形状モデルを生成する形状モデル生成器と、前記処理対象画像における前記被撮影者の目の特徴点を抽出する特徴点抽出器と、前記形状モデルを用いて、前記特徴点の位置を補正する特徴点位置補正器と、前記特徴点位置補正器で位置を補正された前記特徴点で規定される領域に、前記参照画像の対応する領域を転写して、前記被撮影者の視線が前記カメラの方向を向いているように見えるように、前記処理対象画像を補正する画像補正器とを有する。 The line-of-sight conversion device according to the present disclosure stores a camera that acquires an image of the photographed person's face as a processing target image, and a plurality of images of the photographed person's face whose line of sight is directed toward the photographing device as reference images. A reference image storage device, a shape model generator that generates a shape model for the shape of the photographed person's eyes based on the plurality of the reference images, and feature points of the photographed person's eyes in the processed image. It is defined by a feature point extractor that extracts the image, a feature point position corrector that corrects the position of the feature point using the shape model, and the feature point whose position is corrected by the feature point position corrector. It has an image corrector that transfers the corresponding region of the reference image to the region and corrects the image to be processed so that the line of sight of the photographed person appears to be directed toward the camera.

本開示による視線変換方法は、被撮影者の顔の画像を処理対象画像として取得し、撮影装置の方向に視線が向いた前記被撮影者の顔の複数の画像を参照画像として格納し、複数の前記参照画像に基づいて、前記被撮影者の目の形状についての形状モデルを生成し、前記処理対象画像における前記被撮影者の目の特徴点を抽出し、前記形状モデルを用いて、前記特徴点の位置を補正し、位置を補正された前記特徴点で規定される領域に、前記参照画像の対応する領域を転写して、前記被撮影者の視線が前記カメラの方向を向いているように見えるように、前記処理対象画像を補正する。 In the line-of-sight conversion method according to the present disclosure, an image of the photographed person's face is acquired as a processing target image, and a plurality of images of the photographed person's face whose line of sight is directed toward the photographing device are stored as reference images, and a plurality of images are stored. Based on the reference image of the above, a shape model for the shape of the eye of the photographed person is generated, feature points of the eye of the photographed person in the image to be processed are extracted, and the shape model is used to describe the above. The position of the feature point is corrected, the corresponding region of the reference image is transferred to the region defined by the feature point whose position has been corrected, and the line of sight of the photographed person is directed toward the camera. The image to be processed is corrected so as to appear as.

これらの視線変換装置及び視線変換方法によると、被撮影者がカメラの方向を向いていなくても、その視線がカメラに向けられているように見える画像が得られる。したがって、対話相手には、自分に視線が向けられているように見え、自然な対話が可能になる。形状モデルを用いるので、特に動画像において目の位置が安定し、より自然な動画像が得られる。ハーフミラー等を追加する必要がないので、システムを大型化させることがない。また、2次元画像を対象とする処理を行うので、計算コストを比較的小さく抑えることができる。 According to these line-of-sight conversion devices and line-of-sight conversion methods, it is possible to obtain an image in which the line of sight appears to be directed to the camera even if the subject is not facing the direction of the camera. Therefore, to the dialogue partner, it seems that the line of sight is directed to oneself, and a natural dialogue becomes possible. Since the shape model is used, the position of the eyes is stable especially in the moving image, and a more natural moving image can be obtained. Since it is not necessary to add a half mirror or the like, the system does not become large. Further, since the processing for the two-dimensional image is performed, the calculation cost can be kept relatively small.

本開示によれば、システムを大型化させることなく、より自然な動画像が得られるようにすることが可能になる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a more natural moving image without increasing the size of the system.

図1は、本発明の実施形態に係る視線変換装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a line-of-sight conversion device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施形態に係る視線変換方法における、形状モデルの生成処理の例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of a shape model generation process in the line-of-sight conversion method according to the embodiment of the present invention. 図3は、目の特徴点の例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the feature points of the eyes. 図4は、固有ベクトルを用いて構成された固有空間において、各固有ベクトルに対応する係数を変化させた場合の目の形状変化の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of eye shape change when the coefficient corresponding to each eigenvector is changed in the eigenspace constructed by using the eigenvectors. 図5は、用いられる固有ベクトルの数(基底の数)と累積寄与率との関係の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the number of eigenvectors used (the number of bases) and the cumulative contribution rate. 図6は、本発明の実施形態に係る視線変換方法における、対象画像に対する処理の例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing for a target image in the line-of-sight conversion method according to the embodiment of the present invention. 図7は、処理対象画像における抽出された特徴点と目領域の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of extracted feature points and eye regions in the image to be processed. 図8は、参照画像における抽出された特徴点と目領域の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of extracted feature points and eye regions in the reference image. 図9は、図8の特徴点位置の補正を行う処理の例を更に詳細に示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing in more detail an example of the process of correcting the position of the feature point of FIG. 図10は、処理対象画像における抽出された特徴点の位置が正しくない場合の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example in the case where the positions of the extracted feature points in the image to be processed are not correct. 図11は、位置が補正された特徴点の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a feature point whose position has been corrected. 図12は、参照画像における目の形状及び特徴点の例を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the shape and feature points of the eyes in the reference image. 図13は、目の周囲に再配置された特徴点の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of feature points rearranged around the eyes. 図14は、処理前の処理対象画像の例である。FIG. 14 is an example of the image to be processed before processing. 図15は、図14の画像に図6の処理を行って得られた画像の例である。FIG. 15 is an example of an image obtained by performing the processing of FIG. 6 on the image of FIG. 図16は、相関値の推移の例を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing an example of the transition of the correlation value. 図17は、本発明の実施形態に係る視線変換装置を実現するコンピュータシステムの構成例を示すブロック図である。FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of a computer system that realizes the line-of-sight conversion device according to the embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る視線変換装置の構成例を示すブロック図である。図1の視線変換装置10は、参照画像記憶装置12と、形状モデル生成器14と、カメラ16と、特徴点抽出器18と、特徴点位置補正器20と、画像補正器22と、画像出力器28とを有する。画像補正器22は、テクスチャ合成器24と、形状変化器26とを有する。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a line-of-sight conversion device according to an embodiment of the present invention. The line-of-sight conversion device 10 of FIG. 1 includes a reference image storage device 12, a shape model generator 14, a camera 16, a feature point extractor 18, a feature point position corrector 20, an image corrector 22, and an image output. It has a vessel 28 and. The image corrector 22 has a texture synthesizer 24 and a shape changer 26.

参照画像記憶装置12は、撮影装置の方向に視線が向いた被撮影者の顔の複数の画像を参照画像として格納する。これらの画像は、予め撮影されて格納されている。形状モデル生成器14は、複数の参照画像に基づいて、被撮影者の目の形状についての統計形状モデル(以下では単に形状モデルと称する)を生成する。目の形状は、目の特徴点によって表される。 The reference image storage device 12 stores a plurality of images of the face of the photographed person whose line of sight is directed toward the photographing device as a reference image. These images are captured and stored in advance. The shape model generator 14 generates a statistical shape model (hereinafter, simply referred to as a shape model) for the shape of the eyes of the photographed person based on a plurality of reference images. The shape of the eye is represented by the feature points of the eye.

カメラ16は、被撮影者の顔の画像を処理対象画像として取得する。特徴点抽出器18は、処理対象画像における被撮影者の目の特徴点を抽出する。特徴点位置補正器20は、形状モデル生成器14で生成された形状モデルを用いて、処理対象画像における特徴点の位置を補正する。画像補正器22は、特徴点位置補正器20で位置を補正された特徴点で規定される領域に、参照画像の対応する領域を転写して、被撮影者の視線がカメラ16の方向を向いているように見えるように、処理対象画像を補正する。 The camera 16 acquires an image of the face of the person to be photographed as an image to be processed. The feature point extractor 18 extracts the feature points of the eyes of the photographed person in the image to be processed. The feature point position corrector 20 corrects the position of the feature point in the image to be processed by using the shape model generated by the shape model generator 14. The image corrector 22 transfers the corresponding area of the reference image to the area defined by the feature points whose positions have been corrected by the feature point position corrector 20, so that the line of sight of the photographed person faces the direction of the camera 16. Correct the image to be processed so that it looks like it is.

被撮影者であるユーザは、テレビジョン受信機の画面、又はコンピュータに接続されたディスプレイを見ながら、対話相手と会話をする。ユーザのテレビジョン受信機又はコンピュータは、インターネット等の通信ネットワークを経由して、対話相手のテレビジョン受信機又はコンピュータと接続されている。ユーザの顔は、カメラ16によって撮影され、その画像が、視線変換装置10によって処理された後に対話相手に送信される。以下では、カメラ16は、例えば、ディスプレイの上に配置されているものとして説明するが、カメラ16がディスプレイの近辺の他の場所に配置されていたりテレビジョン受信機に内蔵されていてもよく、そのような場合についても同様に説明することができる。 The user who is the photographed person talks with the conversation partner while looking at the screen of the television receiver or the display connected to the computer. The user's television receiver or computer is connected to the television receiver or computer of the dialogue partner via a communication network such as the Internet. The user's face is photographed by the camera 16, and the image is processed by the line-of-sight conversion device 10 and then transmitted to the dialogue partner. In the following, the camera 16 will be described as being arranged on the display, for example, but the camera 16 may be arranged elsewhere near the display or built into the television receiver. Such a case can be described in the same manner.

図2は、本発明の実施形態に係る視線変換方法における、形状モデルの生成処理の例を示すフローチャートである。まず、形状モデルの生成について説明する。ブロック112において、例えばカメラ16がユーザの顔の画像を複数枚撮影し、参照画像記憶装置12がこれらの画像を格納する。このとき、ユーザは、ディスプレイを見ながら対話相手と会話をするときとほぼ同じ位置にいる(例えば座っている)。また、ユーザの顔はディスプレイの方を向いているが、ユーザの視線は撮影をするカメラの方向に向いている。カメラ16に代えて、他の撮影装置によってユーザの顔の画像を撮影してもよい。この場合、撮影装置とユーザとの位置関係は、上述の場合と同様にしておく。参照画像記憶装置12に格納される画像の枚数は、例えば100枚であるが、これ以上又はこれ以下の枚数であってもよい。 FIG. 2 is a flowchart showing an example of a shape model generation process in the line-of-sight conversion method according to the embodiment of the present invention. First, the generation of the shape model will be described. In the block 112, for example, the camera 16 takes a plurality of images of the user's face, and the reference image storage device 12 stores these images. At this time, the user is in almost the same position (for example, sitting) as when talking with the conversation partner while looking at the display. Also, the user's face is facing the display, but the user's line of sight is facing the camera that shoots. Instead of the camera 16, an image of the user's face may be captured by another imaging device. In this case, the positional relationship between the photographing device and the user is the same as in the above case. The number of images stored in the reference image storage device 12 is, for example, 100, but may be more or less.

図3は、目の特徴点の例を示す説明図である。図3のブロック114において、参照画像記憶装置12に格納された参照画像から目の特徴点が抽出され、抽出された特徴点が参照画像に付与され、参照画像記憶装置12に格納される。この処理は、参照画像記憶装置12に格納された参照画像のそれぞれについて行われる。特徴点は、目の形状及び領域を表すように、例えば図3の白丸のように求められる。図3の例では、左右の目のそれぞれについて、瞳のほぼ中心の点と、目の領域の境界線上の8点とが、特徴点として求められる。境界線上の点として、目の領域の左右の端の点、及びこれらに加えて上側の境界線上に3点、下側の境界線上に3点が求められている。正確な特徴点の位置を求めるために、ここでは手動で特徴点を求めることとするが、十分に計算コストを掛けて十分な精度で特徴点を抽出することができる場合には、自動的に特徴点を求めるようにしてもよい。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the feature points of the eyes. In the block 114 of FIG. 3, the feature points of the eyes are extracted from the reference image stored in the reference image storage device 12, the extracted feature points are added to the reference image, and the feature points are stored in the reference image storage device 12. This process is performed for each of the reference images stored in the reference image storage device 12. The feature points are obtained as shown by the white circles in FIG. 3 so as to represent the shape and region of the eyes. In the example of FIG. 3, for each of the left and right eyes, a point substantially at the center of the pupil and eight points on the boundary line of the eye region are obtained as feature points. As points on the boundary line, points at the left and right ends of the eye region, and in addition, three points on the upper boundary line and three points on the lower boundary line are required. In order to find the exact position of the feature point, we will find the feature point manually here, but if the feature point can be extracted with sufficient accuracy at a sufficient calculation cost, it will be automatically obtained. You may try to find the feature points.

ブロック116では、形状モデル生成器14は、全ての参照画像について、アライメントをとる処理を行う。ここでは、形状モデル生成器14は、各参照画像における目の位置、傾き、サイズがほぼ同じになるように、画像の平行移動、回転、拡大・縮小を行う。例えば特徴点の位置を用いて、アライメントをとることができる。 In block 116, the shape model generator 14 performs a process of aligning all the reference images. Here, the shape model generator 14 performs translation, rotation, enlargement / reduction of the image so that the position, inclination, and size of the eyes in each reference image are substantially the same. For example, the position of the feature point can be used for alignment.

ブロック118では、形状モデル生成器14は、複数の参照画像のそれぞれから抽出されたユーザの目の特徴点に基づいて、主成分分析によって、目の形状についての形状モデルを生成する。主成分分析の例について説明する。各参照画像について、左右の目のそれぞれについて、u次元のベクトルc={c,c,…,c}を考える。本実施形態では、ベクトルcは、順に並べられた目の9個の特徴点の座標(x座標及びy座標)を要素として有する18次元ベクトルであって(u=18)、目の領域を表している。 In block 118, the shape model generator 14 generates a shape model for the shape of the eye by principal component analysis based on the feature points of the user's eyes extracted from each of the plurality of reference images. An example of principal component analysis will be described. For each reference image, consider a u-dimensional vector c = {c 1 , c 2 , ..., cu } for each of the left and right eyes. In the present embodiment, the vector c is an 18-dimensional vector having the coordinates (x-coordinate and y-coordinate) of the nine feature points of the eyes arranged in order as elements (u = 18), and represents the region of the eyes. ing.

形状モデル生成器14は、N個のベクトルcから、平均ベクトルを次の式1で求める。 The shape model generator 14 obtains an average vector from N vectors c by the following equation 1.

Figure 0006952298
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形状モデル生成器14は、各ベクトルcと平均ベクトルとから、式2によって共分散行列Sを求める。共分散行列Sは、u×uの行列である。 The shape model generator 14 obtains the covariance matrix S from each vector c and the average vector by Equation 2. The covariance matrix S is a u × u matrix.

Figure 0006952298
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形状モデル生成器14は、この共分散行列Sに対して、固有値問題(式3)を解くことによって固有値λと固有ベクトル(主成分)vとを求める。 Geometric model generator 14, with respect to the covariance matrix S, determining the eigenvalues lambda i and eigenvectors (principal components) v i by solving the eigenvalue problem (Equation 3).

Figure 0006952298
Figure 0006952298

形状モデル生成器14は、上位m個(ここでは8個)の固有値にそれぞれ対応するm個の固有ベクトルを選択する。形状モデル生成器14は、選択された固有ベクトルを、例えば参照画像記憶装置12に格納する。 The shape model generator 14 selects m eigenvectors corresponding to the upper m eigenvalues (8 in this case). The shape model generator 14 stores the selected eigenvectors in, for example, the reference image storage device 12.

選択された固有ベクトルを用いて構成された固有空間V=(v,v,…,v)において、ベクトルcの係数ベクトルb=(b,b,…,b)を、式4のように求めることができる。係数ベクトルは、各固有ベクトルに対する係数を要素として有するベクトルであって、特徴ベクトルとも呼ばれる。 Eigenspace V = configured using the selected eigenvectors (v 1, v 2, ... , v m) in the coefficient vector c vector b = (b 1, b 2 , ..., b m) of the formula It can be calculated as in 4. The coefficient vector is a vector having a coefficient for each eigenvector as an element, and is also called a feature vector.

Figure 0006952298
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形状モデル生成器14は、式4を用いて係数ベクトルbを求める。ベクトルcは、係数ベクトルbを用いて、式5のように固有ベクトルvの線形和として表現することができる。 The shape model generator 14 obtains the coefficient vector b using Equation 4. Vector c, using the coefficient vector b, it can be expressed as a linear sum of eigenvector v i as Equation 5.

Figure 0006952298
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固有ベクトルvは目の固有形状とも呼ばれ、目の形状特徴を表す。使用される固有ベクトルの数mがベクトルcの次元数uよりも小さいときには、式5によって元のデータの次元数を削減したということができる。固有ベクトルvは、それぞれ、“目の開き度合い”や“釣り目度合い”のような目の形状特徴を平均形状からの差分として表しており、それぞれに係る係数を増減することで容易に目の形状を変化させることができる。また,式4を用いて未知の目の形状をこの固有空間に投影し、求められた各係数の値から、その個人の目の形状の特徴(目の開き度合い,釣り目度合い等)を判定することも可能である。このように、m個の固有ベクトルvは、様々な目の形状を表現できる、目の形状についての統計形状モデルであるということができる。 Eigenvectors v i is also known as eye-specific shape, representing the eye shape features. When the number m of the eigenvectors used is smaller than the number u of the dimensions of the vector c, it can be said that the number of dimensions of the original data is reduced by Equation 5. Eigenvectors v i are respectively, "eye opening degree" and the eyes of shape features such as "eyes that degree" represents a difference from the mean shape, easily eye by increasing or decreasing the coefficient of the respective The shape can be changed. In addition, an unknown eye shape is projected onto this eigenspace using Equation 4, and the characteristics of the individual eye shape (eye opening degree, fishing eye degree, etc.) are determined from the obtained coefficient values. It is also possible to do. Thus, m eigenvectors v i can be said to be represented a variety of eye shape, a statistical shape model for the eye shape.

求められた主成分(固有ベクトルv〜v)の例を、表1に示す。表1のベクトルcに対応する係数ベクトルbの例を表2に示す。 Table 1 shows an example of the obtained principal components (eigenvectors v 1 to v 8). Table 2 shows an example of the coefficient vector b corresponding to the vector c in Table 1.

Figure 0006952298
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Figure 0006952298
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図4は、固有ベクトルを用いて構成された固有空間Vにおいて、各固有ベクトルに対応する係数bを変化させた場合の目の形状変化の例を示す図である。第1〜第3主成分は、主成分分析により取得した固有ベクトルのうち、情報量の多い(固有値の大きい)方から第3位までの固有ベクトルである。図4から、各固有ベクトルが目の異なる形状特徴を表していることがわかる。また、各固有ベクトルに対応する係数bを変化させることで形状の変化は見られるが、位置、サイズ、又は傾きには変化がないことがわかる。図4において、σは、主成分分析で用いられた参照画像から求められた各固有ベクトルの係数bの標準偏差を示し、mean±0σの列は平均ベクトルを示す。 Figure 4 is the eigenspace V constructed using eigenvectors a diagram showing an example of eye shape change when changing the coefficients b i for each eigenvector. The first to third principal components are eigenvectors from the one with the larger amount of information (larger eigenvalue) to the third place among the eigenvectors acquired by the principal component analysis. From FIG. 4, it can be seen that each eigenvector represents a different shape feature of the eye. The change in shape by changing the coefficients b i for each eigenvector is seen, the position, size, or the inclination it can be seen that there is no change. In FIG. 4, sigma represents a standard deviation of the coefficients b i of each eigenvector obtained from the reference image used in the principal component analysis, the column of mean ± 0σ represents the mean vector.

図5は、用いられる固有ベクトルの数(基底の数)と累積寄与率との関係の例を示す図である。図5では、右目についての累積寄与率Rと、左目についての累積寄与率Lとが示されている。図5に示されているように、形状モデルとして用いられる固有ベクトルの数が多くなるほど、主成分分析において情報の累積寄与率が大きくなるが、その後の形状モデルを用いた演算量も増加する。本実施形態では、累積寄与率が95%を超えるように、固有ベクトルの数mとして8を採用した。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the number of eigenvectors used (the number of bases) and the cumulative contribution rate. In FIG. 5, the cumulative contribution rate R for the right eye and the cumulative contribution rate L for the left eye are shown. As shown in FIG. 5, as the number of eigenvectors used as the shape model increases, the cumulative contribution rate of information in the principal component analysis increases, but the amount of calculation using the shape model thereafter also increases. In this embodiment, 8 is adopted as the number m of the eigenvectors so that the cumulative contribution rate exceeds 95%.

図6は、本発明の実施形態に係る視線変換方法における、対象画像に対する処理の例を示すフローチャートである。図2の処理が終了した後、図6の処理が行われる。図2の処理を1回行っておけば、その後、図2の処理を行う必要はない。 FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing for a target image in the line-of-sight conversion method according to the embodiment of the present invention. After the process of FIG. 2 is completed, the process of FIG. 6 is performed. If the process of FIG. 2 is performed once, it is not necessary to perform the process of FIG. 2 thereafter.

図6のブロック140Aにおいては、処理対象画像(第1フレーム)が入力される。具体的には、カメラ16が、ユーザの顔の画像を撮影し、特徴点抽出器18に出力する。 In the block 140A of FIG. 6, the image to be processed (first frame) is input. Specifically, the camera 16 captures an image of the user's face and outputs it to the feature point extractor 18.

ブロック142において、特徴点抽出器18は、カメラ16から処理対象画像を受け取り、参照画像記憶装置12から適切な1枚の参照画像を読み出す。ここで、特徴点抽出器18は、処理対象画像における顔の向きに近い向きの顔画像、例えば、処理対象画像における顔の向きに最も近い向きの顔画像を含む参照画像を読み出す。特徴点抽出器18は、処理対象画像及び参照画像から、例えば図3のように目の特徴点を抽出し、これらの画像及び特徴点の座標を出力する。このような顔の向きの検出や特徴点抽出は、当業者によく知られた方法で可能である。図7は、処理対象画像における抽出された特徴点と目領域の例を示す図である。図8は、参照画像における抽出された特徴点と目領域の例を示す図である。目領域は、抽出された特徴点で囲まれる領域として規定される。 In block 142, the feature point extractor 18 receives the image to be processed from the camera 16 and reads an appropriate reference image from the reference image storage device 12. Here, the feature point extractor 18 reads out a face image having a direction close to the face orientation in the processing target image, for example, a reference image including a face image having a direction closest to the face orientation in the processing target image. The feature point extractor 18 extracts the feature points of the eyes from the image to be processed and the reference image, for example, as shown in FIG. 3, and outputs the coordinates of these images and the feature points. Such face orientation detection and feature point extraction are possible by methods well known to those skilled in the art. FIG. 7 is a diagram showing an example of extracted feature points and eye regions in the image to be processed. FIG. 8 is a diagram showing an example of extracted feature points and eye regions in the reference image. The eye area is defined as an area surrounded by the extracted feature points.

ブロック144Aにおいて、特徴点位置補正器20は、ユーザの目が形状モデルを用いて表される形状を有するように、処理対象画像における特徴点位置の補正を行う。ここでは、抽出された特徴点を初期座標とし、目の統計形状モデルによる形状変換と、平行移動、拡大縮小、又は回転とを組み合わせて、初期座標の近傍でより適切な、例えば最適な、目の特徴点座標を探索する。特徴点位置の補正のためのこのような探索処理について説明する。 In block 144A, the feature point position corrector 20 corrects the feature point position in the image to be processed so that the user's eyes have a shape represented by using the shape model. Here, the extracted feature points are used as the initial coordinates, and the shape transformation by the statistical shape model of the eyes is combined with translation, enlargement / reduction, or rotation to make the eyes more appropriate, for example, optimal in the vicinity of the initial coordinates. Search for the feature point coordinates of. Such a search process for correcting the feature point position will be described.

図9は、図8の特徴点位置の補正を行う処理(ブロック144A)の例を更に詳細に示すフローチャートである。ブロック160では、特徴点位置補正器20は、処理対象画像の目領域に対してPiecewise-Affine変換によるワーピングを行い、その画素数を参照画像の目領域の画素数と同じにする。以下の処理において、両画像の目領域の間の相関値を求める必要があるからである。なお、参照画像の目領域の画素数が処理対象画像の目領域の画素数と同じになるように、ワーピングを行ってもよい。 FIG. 9 is a flowchart showing in more detail an example of the process (block 144A) for correcting the position of the feature point of FIG. In the block 160, the feature point position corrector 20 warps the eye region of the image to be processed by the Piecewise-Affine transformation, and makes the number of pixels the same as the number of pixels in the eye region of the reference image. This is because it is necessary to obtain the correlation value between the eye regions of both images in the following processing. Warping may be performed so that the number of pixels in the eye area of the reference image is the same as the number of pixels in the eye area of the image to be processed.

ブロック161では、特徴点位置補正器20は、処理対象画像をx軸方向に平行移動しながら、評価関数としての式6を用いて、処理対象画像と参照画像との間の相関値rを求める。 In block 161, the feature point position corrector 20 obtains the correlation value r between the processing target image and the reference image by using Equation 6 as an evaluation function while translating the processing target image in the x-axis direction. ..

Figure 0006952298
ここで、例えば、値t,tはそれぞれ処理対象画像及び参照画像の輝度値を表し、Mは目領域の総画素数を表す。値t,tは、輝度以外の値、例えば色相や彩度等であってもよい。平行移動の際には、特徴点位置補正器20は、例えば、目の横幅×0.02のステップで、負の方向に3ステップ、正の方向に3ステップ、処理対象画像を移動させ、移動させる毎に相関値rを求める。特徴点位置補正器20は、相関値rが最大となる処理対象画像の位置を求め、その位置に処理対象画像を置く。
Figure 0006952298
Here, for example, the values t 1 and t 2 represent the brightness values of the image to be processed and the reference image, respectively, and M represents the total number of pixels in the eye region. The values t 1 and t 2 may be values other than luminance, such as hue and saturation. In the case of translation, the feature point position corrector 20 moves and moves the image to be processed by, for example, 3 steps in the negative direction and 3 steps in the positive direction in steps of the width of the eyes × 0.02. The correlation value r is obtained from. The feature point position corrector 20 obtains the position of the processing target image having the maximum correlation value r, and places the processing target image at that position.

ブロック162では、特徴点位置補正器20は、処理対象画像をy軸方向に平行移動しながら、評価関数としての式6を用いて、処理対象画像と参照画像との間の相関値rを求める。平行移動の際には、特徴点位置補正器20は、例えば、目の縦幅×0.02のステップで、負の方向に3ステップ、正の方向に3ステップ、処理対象画像を移動させ、移動させる毎に相関値rを求める。特徴点位置補正器20は、相関値rが最大となる処理対象画像の位置を求め、その位置に処理対象画像を置く。 In block 162, the feature point position corrector 20 obtains the correlation value r between the processing target image and the reference image by using Equation 6 as an evaluation function while translating the processing target image in the y-axis direction. .. In the case of translation, the feature point position corrector 20 moves and moves the image to be processed by, for example, 3 steps in the negative direction and 3 steps in the positive direction in steps of the vertical width of the eyes × 0.02. The correlation value r is obtained for each. The feature point position corrector 20 obtains the position of the processing target image having the maximum correlation value r, and places the processing target image at that position.

ブロック164では、特徴点位置補正器20は、処理対象画像を拡大又は縮小しながら、評価関数としての式6を用いて、処理対象画像と参照画像との間の相関値rを求める。拡大又は縮小の際には、特徴点位置補正器20は、例えば、倍率2%のステップで、負の方向に3ステップ、正の方向に3ステップ、処理対象画像を拡大又は縮小させ、拡大又は縮小させる毎に相関値rを求める。特徴点位置補正器20は、相関値rが最大となる処理対象画像の倍率を求め、その倍率になるように処理対象画像を拡大又は縮小させる。 In block 164, the feature point position corrector 20 obtains a correlation value r between the processing target image and the reference image by using the equation 6 as an evaluation function while enlarging or reducing the processing target image. At the time of enlargement or reduction, the feature point position corrector 20 enlarges or reduces the image to be processed by, for example, 3 steps in the negative direction and 3 steps in the positive direction in steps of 2% magnification, and enlarges or reduces the image to be processed. The correlation value r is obtained each time the image is reduced. The feature point position corrector 20 obtains the magnification of the processing target image having the maximum correlation value r, and enlarges or reduces the processing target image so as to have the magnification.

ブロック166では、特徴点位置補正器20は、処理対象画像を回転させながら、評価関数としての式6を用いて、処理対象画像と参照画像との間の相関値rを求める。回転の際には、特徴点位置補正器20は、例えば、傾き1°のステップで、負の方向に3ステップ、正の方向に3ステップ、処理対象画像を回転させ、回転させる毎に相関値rを求める。特徴点位置補正器20は、相関値rが最大となる処理対象画像の傾きを求め、その傾きになるように処理対象画像を回転させる。 In block 166, the feature point position corrector 20 obtains the correlation value r between the processing target image and the reference image by using the equation 6 as an evaluation function while rotating the processing target image. At the time of rotation, the feature point position corrector 20 rotates the image to be processed in 3 steps in the negative direction and 3 steps in the positive direction in a step of inclination of 1 °, and the correlation value is rotated each time the image to be processed is rotated. Find r. The feature point position corrector 20 obtains the inclination of the processing target image having the maximum correlation value r, and rotates the processing target image so as to have the inclination.

ブロック168では、特徴点位置補正器20は、形状モデル用の係数(すなわち、係数ベクトルb)を決定する。特徴点位置補正器20は、形状モデルの各係数を変化させながら(つまり、係数ベクトルbを変化させながら)、評価関数としての式6を用いて、処理対象画像と参照画像との間の相関値rを求める。より具体的には、特徴点位置補正器20は、まず第1主成分に対応する係数bを、例えば、標準偏差σ×0.5のステップで、負の方向に6ステップ、正の方向に6ステップ、変更し、変更する毎に相関値rを求める。特徴点位置補正器20は、相関値rが最大となる係数を求め、その値に係数bを決定する。係数bの標準偏差σは、形状モデルを求める際に、複数の参照画像から求めておく。 At block 168, the feature point position corrector 20 determines the coefficients for the shape model (ie, the coefficient vector b). The feature point position corrector 20 uses Equation 6 as an evaluation function while changing each coefficient of the shape model (that is, changing the coefficient vector b) to correlate between the image to be processed and the reference image. Find the value r. More specifically, the feature point position correcting unit 20, the coefficients b 1 to first corresponding to the first principal component, for example, in steps of the standard deviation sigma × 0.5, 6 steps in the negative direction, the positive direction 6 steps are changed, and the correlation value r is obtained each time the change is made. Feature point position correcting unit 20 obtains the coefficient correlation value r is maximized, determining the coefficients b 1 to the value. The standard deviation σ of the coefficient b 1 is obtained from a plurality of reference images when obtaining the shape model.

その後、特徴点位置補正器20は、同様の処理を第2、第3、…、第8主成分に対して、この順に行い、係数b,b,…,bを決定する。標準偏差σとしては、それぞれの主成分に対する係数の標準偏差を用いる。すると、前述の式5により、目の形状に対応するベクトルcを求めることができる。特徴点位置補正器20は、求められた係数b,b,…,bを出力する。 After that, the feature point position corrector 20 performs the same processing on the second, third, ..., And eighth principal components in this order to determine the coefficients b 2 , b 3 , ..., B 8. As the standard deviation σ, the standard deviation of the coefficients for each principal component is used. Then, the vector c corresponding to the shape of the eye can be obtained by the above-mentioned equation 5. The feature point position corrector 20 outputs the obtained coefficients b 1 , b 2 , ..., B 8.

以上のような探索の範囲の例を、表3に示す。 Table 3 shows an example of the search range as described above.

Figure 0006952298
Figure 0006952298

図10は、処理対象画像における抽出された特徴点の位置が正しくない場合の例を示す図である。図11は、位置が補正された特徴点の例を示す図である。ブロック142において特徴点抽出器18によって抽出された特徴点の位置が、図10に示されているように、正しくないことがある。このような場合に、図9の処理によって特徴点位置の補正を行うと、例えば図11のように、特徴点位置を正しい位置に補正することができる。 FIG. 10 is a diagram showing an example in the case where the positions of the extracted feature points in the image to be processed are not correct. FIG. 11 is a diagram showing an example of a feature point whose position has been corrected. The positions of the feature points extracted by the feature point extractor 18 in the block 142 may not be correct, as shown in FIG. In such a case, if the feature point position is corrected by the process of FIG. 9, the feature point position can be corrected to the correct position as shown in FIG. 11, for example.

なお、図9のブロック161,162,164及び166の処理の順序を入れ換えてもよい。 The order of processing of blocks 161, 162, 164 and 166 in FIG. 9 may be changed.

次に、図6のブロック146Aにおいて、テクスチャ合成器24は、補正された特徴点で規定される領域に、参照画像の対応する領域を転写して、ユーザの視線がカメラ16の方向を向いているように見えるように、処理対象画像を補正する。テクスチャ合成器24は、具体的には次の処理を行う。すなわち、テクスチャ合成器24は、特徴点を使用して、処理対象画像及び参照画像の目領域を、図3のように三角形領域に分割する。テクスチャ合成器24は、三角形領域毎に、参照画像の目の領域のテクスチャを、ピースワイズアフィン(Piecewise-Affine)変換を用いて処理対象画像の対応する領域に転写する。この際、各三角形領域においてアフィン変換が行われる。 Next, in block 146A of FIG. 6, the texture synthesizer 24 transfers the corresponding region of the reference image to the region defined by the corrected feature points, and the user's line of sight is directed toward the camera 16. Correct the image to be processed so that it looks like it is. Specifically, the texture synthesizer 24 performs the following processing. That is, the texture synthesizer 24 uses the feature points to divide the eye region of the image to be processed and the reference image into a triangular region as shown in FIG. The texture synthesizer 24 transfers the texture of the eye region of the reference image to the corresponding region of the processed image by using the Piecewise-Affine transformation for each triangular region. At this time, the affine transformation is performed in each triangular region.

次に、テクスチャ合成器24による処理後の画像に対して、形状変化器26は、形状補正を行う。処理対象画像の目の形状は、ユーザの視線がカメラの方向を向いている参照画像の目の形状とは異なるので、前述のテクスチャ転写の結果は形状とテクスチャのバランスが悪く、不自然な画像になりがちである。そこで、更に、形状変化器26は、処理対象画像における、特徴点で規定される目の形状を、参照画像における目の形状にワーピングにより補正して、自然な転写結果を実現する。 Next, the shape changer 26 corrects the shape of the image processed by the texture synthesizer 24. Since the eye shape of the image to be processed is different from the eye shape of the reference image in which the user's line of sight is directed toward the camera, the result of the texture transfer described above is an unnatural image due to an imbalance between the shape and the texture. It tends to be. Therefore, the shape changer 26 further corrects the shape of the eyes defined by the feature points in the image to be processed to the shape of the eyes in the reference image by warping to realize a natural transfer result.

図12は、参照画像における目の形状及び特徴点の例を示す説明図である。例えば、処理対象画像の目の形状が図3のような形状である場合に、形状変化器26は、目の形状を図12のような形状に補正する。この補正については、カメラ、ディスプレイ、及びユーザの相対位置が決まれば、必要となる補正(処理対象画像と参照画像との間での目の形状の関係)がほぼ確定する。ディスプレイより上にカメラを設置した場合には、この補正は主に目の開きを大きくする処理に相当する。ワーピング手法としては、例えばFFD(Free-Form Deformation)を使用する。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the shape and feature points of the eyes in the reference image. For example, when the shape of the eyes of the image to be processed is the shape shown in FIG. 3, the shape changer 26 corrects the shape of the eyes to the shape shown in FIG. Regarding this correction, once the relative positions of the camera, display, and user are determined, the required correction (relationship of eye shape between the image to be processed and the reference image) is almost determined. When the camera is installed above the display, this correction mainly corresponds to the process of widening the eye opening. As a warping method, for example, FFD (Free-Form Deformation) is used.

ここで、テクスチャの転写を行う際の処理を更に説明する。図13は、目の周囲に再配置された特徴点の例を示す図である。転写されたテクスチャとその周囲のテクスチャとの境界が不自然であることがある。特徴点の自動抽出では多少の位置の誤差が発生することが多いこと、また、そもそも異なる画像のテクスチャを転写するので、同一環境で同一人物を撮影したとしても、処理対象画像と参照画像とでは対応する部分の輝度値にある程度の差異が存在することが原因である。そこで、まず特徴点抽出誤差の影響を小さくするために、テクスチャ合成器24は、ワーピングを行った後の目の輪郭上の特徴点座標の、瞳の中心からの距離を一定の倍率で大きくして、図13のように目の周囲に特徴点を再配置し、目の領域を拡大する。再配置された特徴点で囲まれた領域は、拡大後の領域を示す。 Here, the process for transferring the texture will be further described. FIG. 13 is a diagram showing an example of feature points rearranged around the eyes. The boundary between the transferred texture and the surrounding texture may be unnatural. In the automatic extraction of feature points, some positional errors often occur, and since the textures of different images are transferred in the first place, even if the same person is photographed in the same environment, the processing target image and the reference image will not be the same. This is because there is a certain difference in the brightness value of the corresponding portion. Therefore, in order to reduce the influence of the feature point extraction error, the texture synthesizer 24 increases the distance from the center of the pupil of the feature point coordinates on the contour of the eye after warping by a constant magnification. Then, as shown in FIG. 13, the feature points are rearranged around the eyes to expand the area of the eyes. The area surrounded by the rearranged feature points indicates the enlarged area.

そこで、テクスチャの転写を行う際に、テクスチャ合成器24は、拡大後の領域の境界からの距離に応じたグラデーションを施す。具体的には、テクスチャ合成器24は、拡大後の領域において、目の中央に近づくに従って処理対象画像に含まれる画像から参照画像に含まれる画像に徐々に変化するように、参照画像に含まれる画像を、処理対象画像に含まれる画像に重ねる。すなわち、境界近くでは処理対象画像の重みを大きくし,目の中央に近づくほど参照画像の重みを徐々に大きくする。目の内部では参照画像のテクスチャを保持したいので、グラデーションは、ほぼ目の外側、すなわち、特徴点の再配置によって拡大された領域においてほぼ完結させる。 Therefore, when transferring the texture, the texture synthesizer 24 applies a gradation according to the distance from the boundary of the enlarged region. Specifically, the texture synthesizer 24 is included in the reference image so that the image included in the processed image gradually changes to the image included in the reference image as it approaches the center of the eye in the enlarged region. The image is superimposed on the image included in the image to be processed. That is, the weight of the image to be processed is increased near the boundary, and the weight of the reference image is gradually increased as it is closer to the center of the eye. Since we want to retain the texture of the reference image inside the eye, the gradation is almost complete outside the eye, i.e., in the area magnified by the rearrangement of the feature points.

次に、ブロック148Aにおいて、画像出力器28は、ブロック146Aで得られた画像を、例えばユーザの対話相手のコンピュータに送信する。送信された画像は、対話相手のディスプレイに表示される。 Next, in block 148A, the image output device 28 transmits the image obtained in block 146A to, for example, a computer with which the user interacts. The transmitted image is displayed on the display of the dialogue partner.

図14は、処理前の処理対象画像の例である。図15は、図14の画像に図6の処理を行って得られた画像の例である。図14では、視線が、ディスプレイに向けられており、カメラには向けられていないが、図15では、視線がカメラに向けられているように見える。したがって、対話相手には、自分に視線が向けられているように見え、自然な対話が可能になる。 FIG. 14 is an example of the image to be processed before processing. FIG. 15 is an example of an image obtained by performing the processing of FIG. 6 on the image of FIG. In FIG. 14, the line of sight is directed at the display and not at the camera, but in FIG. 15, the line of sight appears to be directed at the camera. Therefore, to the dialogue partner, it seems that the line of sight is directed to oneself, and a natural dialogue becomes possible.

その後、ブロック140Bにおいて、新たな処理対象画像(第2フレーム)がカメラ16から特徴点抽出器18に入力され、第1フレームに対する処理と同様の処理が行われる。ただし、特徴点の抽出は行われず、代わりに、ブロック144Aで求められた補正後の特徴点が用いられる。ブロック144B,146B、148Bの処理は、前述のブロック144A,146A、148Aの処理とそれぞれ同じである。特徴点抽出器18は、適切な参照画像を新たに選択して用いてもよいし、第1フレームと同じ参照画像を用いてもよい。以後のフレームについても、同様の処理が行われる。ユーザが瞬きをしたとき等、あるフレームにおいて式6の相関値が前フレームと比べて著しく低下した場合には、目の領域の追跡に失敗したものと判断して,当該フレームを第1フレームとして扱い、特徴点抽出処理(ブロック142)を含む一連の処理を再度行う。 After that, in the block 140B, a new image to be processed (second frame) is input from the camera 16 to the feature point extractor 18, and the same processing as that for the first frame is performed. However, the feature points are not extracted, and instead, the corrected feature points obtained in the block 144A are used. The processing of blocks 144B, 146B and 148B is the same as the processing of blocks 144A, 146A and 148A described above, respectively. The feature point extractor 18 may newly select and use an appropriate reference image, or may use the same reference image as the first frame. The same processing is performed for the subsequent frames. If the correlation value of Equation 6 in a certain frame is significantly lower than that of the previous frame, such as when the user blinks, it is judged that the tracking of the eye area has failed, and the frame is set as the first frame. It is handled, and a series of processes including the feature point extraction process (block 142) are performed again.

図16は、相関値の推移の例を示すグラフである。図16では、図6の処理によって得られた画像と参照画像との間の相関値が、フレーム毎に示されている。相関値は、評価関数としての式6を用いて求められる。ブロック144A等の特徴点位置の補正を行った場合の相関値(図16のA)は、特徴点位置の補正を行わない場合の相関値(図16のB)より大きく、かつ、値が安定していることがわかる。つまり、Aの場合には、特徴点の位置補正がほぼ正しく行われていることがわかる。その結果、一連のフレームにおいて処理後の画像の目の位置が安定し、違和感の少ない動画像が得られる。 FIG. 16 is a graph showing an example of the transition of the correlation value. In FIG. 16, the correlation value between the image obtained by the process of FIG. 6 and the reference image is shown for each frame. The correlation value is obtained using Equation 6 as an evaluation function. The correlation value (A in FIG. 16) when the feature point position of the block 144A or the like is corrected is larger than the correlation value (B in FIG. 16) when the feature point position is not corrected, and the value is stable. You can see that it is doing. That is, in the case of A, it can be seen that the position correction of the feature points is almost correctly performed. As a result, the eye positions of the processed image are stable in a series of frames, and a moving image with less discomfort can be obtained.

図17は、本発明の実施形態に係る視線変換装置を実現するコンピュータシステムの構成例を示すブロック図である。図17のコンピュータシステム80は、プロセッサ82と、送受信機84と、バス88と、メモリ92と、ファイル格納装置94と、入力デバイス96と、ディスプレイ98とを有する。コンピュータシステム80は、例えば、ユーザが通信ネットワークを介した対話に使用するテレビジョン受信機若しくはコンピュータを構成していてもよく、又はユーザが通信ネットワークを介した対話に使用するテレビジョン受信機若しくはコンピュータに内蔵されていてもよい。 FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of a computer system that realizes the line-of-sight conversion device according to the embodiment of the present invention. The computer system 80 of FIG. 17 includes a processor 82, a transmitter / receiver 84, a bus 88, a memory 92, a file storage device 94, an input device 96, and a display 98. The computer system 80 may, for example, configure a television receiver or computer that the user uses for dialogue over the communication network, or a television receiver or computer that the user uses for dialogue over the communication network. It may be built in.

プロセッサ82は、バス88を経由して他の構成要素と通信する。送受信機84は、インターネット等の通信ネットワークとの間でデータを送受信する。送受信機84は、無線によって通信ネットワークに接続されていてもよい。 The processor 82 communicates with other components via the bus 88. The transceiver 84 transmits / receives data to / from a communication network such as the Internet. The transceiver 84 may be wirelessly connected to the communication network.

メモリ92は例えばRAM(random access memory)及びROM(read only memory)を含んでおり、データ及び命令を格納する。ファイル格納装置94は、1以上の揮発性又は不揮発性の、非過渡的な、コンピュータ読み取り可能な格納媒体である。本発明の実施形態がソフトウェアで実現される場合には、例えば、マイクロコード、アセンブリ言語のコード、又はより高レベルの言語のコードが用いられ得る。これらのコードで記述され、本発明の実施形態の機能を実現する命令を含むプログラムを、ファイル格納装置94は格納する。ファイル格納装置94は、RAM、ROM、EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)、及びフラッシュメモリ等の半導体メモリ、ハードディスクドライブ等の磁気記録媒体、光記録媒体、これらの組み合わせ等を含み得る。 The memory 92 includes, for example, a RAM (random access memory) and a ROM (read only memory), and stores data and instructions. The file storage device 94 is one or more volatile or non-volatile, non-transient, computer-readable storage media. When embodiments of the invention are realized in software, for example, microcode, assembly language code, or higher level language code may be used. The file storage device 94 stores a program described by these codes and including an instruction for realizing the function of the embodiment of the present invention. The file storage device 94 may include a RAM, a ROM, an EEPROM (electrically erasable programmable read only memory), a semiconductor memory such as a flash memory, a magnetic recording medium such as a hard disk drive, an optical recording medium, and a combination thereof.

入力デバイス96は、タッチスクリーン、キーボード、リモートコントローラ、及びマウス等を含み得る。ディスプレイは、液晶ディスプレイ、有機EL(electroluminescence)ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイを含み得る。 The input device 96 may include a touch screen, a keyboard, a remote controller, a mouse, and the like. The display may include a flat panel display such as a liquid crystal display or an organic EL (electroluminescence) display.

コンピュータシステム80は、図1の視線変換装置10として動作し得る。プロセッサ82は、形状モデル生成器14、特徴点抽出器18、特徴点位置補正器20、画像補正器22、及び画像出力器28として動作し得る。ファイル格納装置94は、参照画像記憶装置12として動作し得る。 The computer system 80 can operate as the line-of-sight conversion device 10 of FIG. The processor 82 can operate as a shape model generator 14, a feature point extractor 18, a feature point position corrector 20, an image corrector 22, and an image output device 28. The file storage device 94 can operate as the reference image storage device 12.

本明細書における各機能ブロックは、例えば、回路等のハードウェアで実現され得る。代替としては各機能ブロックの一部又は全ては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ82及びプロセッサ82上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。 Each functional block in the present specification can be realized by hardware such as a circuit. Alternatively, some or all of each functional block may be implemented in software. For example, such a functional block can be realized by a processor 82 and a program running on the processor 82. In other words, each functional block described herein may be implemented in hardware, software, or any combination of hardware and software.

以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 The above embodiments are essentially preferred examples and are not intended to limit the scope of the present invention, its applications, or its uses.

以上説明したように、本発明は、視線変換装置及び視線変換方法等について有用である。 As described above, the present invention is useful for a line-of-sight conversion device, a line-of-sight conversion method, and the like.

10 視線変換装置
12 参照画像記憶装置
14 形状モデル生成器
16 カメラ
18 特徴点抽出器
20 特徴点位置補正器
22 画像補正器
10 Line-of-sight conversion device 12 Reference image storage device 14 Shape model generator 16 Camera 18 Feature point extractor 20 Feature point position corrector 22 Image corrector

Claims (6)

被撮影者の顔の画像を処理対象画像として取得するカメラと、
撮影装置の方向に視線が向いた前記被撮影者の顔の複数の画像を参照画像として格納する参照画像記憶装置と、
複数の前記参照画像に基づいて、前記被撮影者の目の形状についての形状モデルを生成する形状モデル生成器と、
前記処理対象画像における前記被撮影者の目の特徴点を抽出する特徴点抽出器と、
前記形状モデルを用いて、前記特徴点の位置を補正する特徴点位置補正器と、
前記特徴点位置補正器で位置を補正された前記特徴点で規定される領域に、前記参照画像の対応する領域を転写して、前記被撮影者の視線が前記カメラの方向を向いているように見えるように、前記処理対象画像を補正する画像補正器と
を備え、
前記形状モデル生成器は、前記複数の参照画像のそれぞれから抽出された前記被撮影者の目の特徴点に基づいて、主成分分析によって前記形状モデルを生成する
視線変換装置。
A camera that acquires an image of the photographed person's face as an image to be processed, and
A reference image storage device that stores a plurality of images of the subject's face whose line of sight is directed toward the photographing device as a reference image, and a reference image storage device.
A shape model generator that generates a shape model for the shape of the subject's eyes based on the plurality of reference images.
A feature point extractor that extracts the feature points of the eyes of the photographed person in the image to be processed, and
A feature point position corrector that corrects the position of the feature point using the shape model,
The corresponding region of the reference image is transferred to the region defined by the feature point whose position has been corrected by the feature point position corrector so that the line of sight of the photographed person is directed toward the camera. It is equipped with an image corrector that corrects the image to be processed so that it looks like.
The shape model generator is a line-of-sight conversion device that generates the shape model by principal component analysis based on the feature points of the eyes of the photographed person extracted from each of the plurality of reference images.
請求項1に記載の視線変換装置において、
前記画像補正器は、前記処理対象画像における前記特徴点で規定される目の形状を、前記参照画像における目の形状に、ワーピングにより変形させる
視線変換装置。
In the line-of-sight conversion device according to claim 1,
The image corrector is a line-of-sight conversion device that transforms the shape of eyes defined by the feature points in the image to be processed into the shape of eyes in the reference image by warping.
請求項2に記載の視線変換装置において、
前記画像補正器は、
前記ワーピングを行った後の前記特徴点で規定される目の領域を拡大し、拡大後の領域において、目の中央に近づくに従って前記処理対象画像に含まれる画像から前記参照画像に含まれる画像に徐々に変化するように、前記参照画像に含まれる画像を、前記処理対象画像に含まれる画像に重ねる
視線変換装置。
In the line-of-sight conversion device according to claim 2.
The image corrector is
The area of the eye defined by the feature point after the warping is enlarged, and in the enlarged area, the image included in the processed image is changed to the image included in the reference image as it approaches the center of the eye. A line-of-sight conversion device that superimposes an image included in the reference image on an image included in the image to be processed so as to gradually change.
被撮影者の顔の画像を処理対象画像としてカメラによって取得し、
撮影装置の方向に視線が向いた前記被撮影者の顔の複数の画像を参照画像として格納し、
複数の前記参照画像に基づいて、前記被撮影者の目の形状についての形状モデルを生成し、
前記処理対象画像における前記被撮影者の目の特徴点を抽出し、
前記形状モデルを用いて、前記特徴点の位置を補正し、
位置を補正された前記特徴点で規定される領域に、前記参照画像の対応する領域を転写して、前記被撮影者の視線が前記カメラの方向を向いているように見えるように、前記処理対象画像を補正し、
前記形状モデルを生成することは、前記複数の参照画像のそれぞれから抽出された前記被撮影者の目の特徴点に基づいて、主成分分析によって前記形状モデルを生成することを含む
視線変換方法。
The image of the photographed person's face is acquired by the camera as the image to be processed, and
A plurality of images of the subject's face with the line of sight facing the direction of the photographing device are stored as reference images.
Based on the plurality of reference images, a shape model for the eye shape of the photographed person is generated.
The feature points of the eyes of the photographed person in the image to be processed are extracted.
Using the shape model, the position of the feature point is corrected.
The processing is performed so that the corresponding region of the reference image is transferred to the region defined by the feature point whose position has been corrected so that the line of sight of the photographed person appears to be directed toward the camera. Correct the target image and
Generating the shape model is a line-of-sight conversion method including generating the shape model by principal component analysis based on the feature points of the eyes of the photographed person extracted from each of the plurality of reference images.
請求項4に記載の視線変換方法において、
前記処理対象画像を補正することは、前記処理対象画像における前記特徴点で規定される目の形状を、前記参照画像における目の形状に、ワーピングにより変形させることを含む
視線変換方法。
In the line-of-sight conversion method according to claim 4,
Correcting the processing target image is a line-of-sight conversion method including transforming the shape of the eyes defined by the feature points in the processing target image into the shape of the eyes in the reference image by warping.
請求項5に記載の視線変換方法において、
前記処理対象画像を補正することは、前記ワーピングを行った後の前記特徴点で規定される目の領域を拡大し、拡大後の領域において、目の中央に近づくに従って前記処理対象画像に含まれる画像から前記参照画像に含まれる画像に徐々に変化するように、前記参照画像に含まれる画像を、前記処理対象画像に含まれる画像に重ねることを含む
視線変換方法。
In the line-of-sight conversion method according to claim 5,
Correcting the processing target image is included in the processing target image as the area of the eye defined by the feature point after the warping is enlarged and the enlarged area approaches the center of the eye. A line-of-sight conversion method comprising superimposing an image included in the reference image on an image included in the processing target image so as to gradually change from an image to an image included in the reference image.
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