(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞳孔を含む所定の空間領域を撮像し受光面に形成された瞳孔の像を通る複数本の走査線上での受光量に対応したアナログ信号を連続的に出力する撮像装置と、撮像装置から出力されるアナログ信号を規定の閾値と比較することにより瞳孔およびノイズと他の部位とを判別した２値信号を出力する白黒判定部と、撮像装置から出力される同期信号に基づいて上記各走査線上での走査の開始時点を検出する同期分離部と、各走査線上での走査の開始時点に同期するクロック信号であって１本の走査線上で走査を行なっている期間に当該走査線上で走査の開始時点からの位置を求めるためのクロック信号を発生するクロック発生部と、１本の走査線上での走査の開始時点からクロック信号の計数を開始し白黒判定部の出力値の変化点のうち着目する変化方向の変化点が生じるたびに計数を順次停止させる複数個のカウンタと、１本前の走査線の上で検出した瞳孔の端点のうち着目する変化方向の端点についてその走査線上での走査の開始時点から端点に至るまでのクロック信号の計数値を格納したバッファと、各カウンタの計数値とバッファの格納値との差をそれぞれ求める複数個の減算部と、減算部の出力値のうち絶対値が最小になる出力値が得られている減算部に対応したセレクト信号を出力する比較部と、セレクト信号に基づいて出力値の絶対値が最小である減算部に対応したカウンタの出力値を外部出力するセレクタとを備えることを特徴とする瞳孔計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、瞳孔の画像を用いて瞳孔の位置、形状、大きさ（直径や面積）などを計測する瞳孔計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特開平８−１４５６４４号公報に記載されたもののように、ＣＣＤカメラを用いて瞳孔を撮像することにより得た画像に基づいて瞳孔の位置、大きさを計測する技術が提案されている。この種の計測技術では、ＣＣＤカメラにより撮像した画像を計算機に取り込んでメモリに格納し、メモリに格納した画像に適宜のソフトウェアによる画像処理を施して目的の計測値を求めたり、画像内のノイズを除去したりしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、画像を計算機に取り込んでメモリに格納した後に画像処理を施すものでは、画像信号にＡ／Ｄ変換を施してデジタル信号化する必要があるから、高速な処理には高速なＡ／Ｄ変換器が必要になる。また、画像の全画素をメモリに格納するものであるから、時々変化する瞳孔の動きを追跡しつつノイズを除去しようとすれば大容量のメモリが必要であって、必要費用が大きくなる。必要費用を低減するには、ＣＣＤカメラにより撮像した画像をビデオテープのような画像記憶装置に一旦格納した後に、この画像を再生してノイズを除去するように画像処理を施すことが考えられるが、リアルタイムに処理することができないという問題が生じる。
【０００４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、瞳孔の画像からノイズを除去し、瞳孔の端点に関する情報のみをリアルタイムに抽出することができるようにした瞳孔計測装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、瞳孔を含む所定の空間領域を撮像し受光面に形成された瞳孔の像を通る複数本の走査線上での受光量に対応したアナログ信号を連続的に出力する撮像装置と、撮像装置から出力されるアナログ信号を規定の閾値と比較することにより瞳孔およびノイズと他の部位とを判別した２値信号を出力する白黒判定部と、撮像装置から出力される同期信号に基づいて上記各走査線上での走査の開始時点を検出する同期分離部と、各走査線上での走査の開始時点に同期するクロック信号であって１本の走査線上で走査を行なっている期間に当該走査線上で走査の開始時点からの位置を求めるためのクロック信号を発生するクロック発生部と、１本の走査線上での走査の開始時点からクロック信号の計数を開始し白黒判定部の出力値の変化点のうち着目する変化方向の変化点が生じるたびに計数を順次停止させる複数個のカウンタと、１本前の走査線の上で検出した瞳孔の端点のうち着目する変化方向の端点についてその走査線上での走査の開始時点から端点に至るまでのクロック信号の計数値を格納したバッファと、各カウンタの計数値とバッファの格納値との差をそれぞれ求める複数個の減算部と、減算部の出力値のうち絶対値が最小になる出力値が得られている減算部に対応したセレクト信号を出力する比較部と、セレクト信号に基づいて出力値の絶対値が最小である減算部に対応したカウンタの出力値を外部出力するセレクタとを備えるものである。
【０００６】
この構成によって、撮像装置から出力されるアナログ信号にＡ／Ｄ変換を施すことなくノイズを除去して瞳孔の端点を求めることができる。したがって、画像全体を記憶するメモリも不要であり、瞳孔の端点の位置に対応するセレクタの出力値を記憶する程度のメモリ容量があれば瞳孔に関する必要な情報を記憶することができ、結果的にメモリ容量を大幅に低減することができる。しかも、撮像装置からのアナログ信号をカウンタを用いてデジタル値に変換しているから、Ａ／Ｄ変換器を用いていないにもかかわらず出力値はデジタル値であって、別途にＡ／Ｄ変換器を用いることなく他のデジタル装置での処理が可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、ＣＣＤカメラのようなＴＶカメラよりなるモノクロの撮像装置により撮像した画像において、図２に示すように、瞳孔Ｐの左側にノイズＮ（異物の付着などによる）が存在している場合を例示するが、本実施形態の説明によって、瞳孔ＰとノイズＮとの位置関係が本実施形態とは異なる場合の構成もわずかな変形で容易に実現できるものである。また、本実施形態の撮像装置はＮＴＳＣビデオ信号を出力するものとし、受光面での受光量に応じたレベルを有する信号とともに水平同期信号および垂直同期信号を含んでいるものである。
【０００８】
いま、眼球に適宜の照明を与えることにより撮像装置より出力される画像において瞳孔ＰとノイズＮとの濃度が他の部位よりも高くなるようにしているものとする。つまり、撮像装置により撮像した画像を２値化したときに瞳孔ＰとノイズＮとが白領域になり他の部位が黒領域になるものとする。また、ノイズＮは一般に瞳孔Ｐよりも面積が小さくなると仮定している。なお、瞳孔Ｐから離れた位置のノイズＮについては瞳孔Ｐの周囲に検査領域Ｄを設定することで除去することができるから、本実施形態では検査領域Ｄ内のノイズＮを除去する技術について説明する。
【０００９】
瞳孔Ｐの位置や大きさを計測するには瞳孔Ｐの端点（輪郭線上の点）を求める必要があるが、図２のように瞳孔Ｐの左側にノイズＮが存在していると、瞳孔Ｐの左側の端点を正確に求めることができないものである。そこで、以下のようにして瞳孔ＰとノイズＮとを識別する。
図２に矢印で示すように、画像内を左から右にラスタ走査するものとすれば（一般にＮＴＳＣビデオ信号ではこのような走査になる）、走査線ｎの上にはノイズＮが存在しないから、画像を２値化したときに濃度値が変化する２箇所の点を瞳孔Ｐの端点として抽出することができる。一方、走査線ｎ＋１の上ではノイズＮと瞳孔Ｐとが存在しており、画像を２値化したときに濃度値が変化する点は４箇所になる。ここで、各走査線と瞳孔Ｐとの交点である端点は１本の走査線に対して２箇所であり、いま瞳孔Ｐの端点のうちの左側の端点を決定しようとしているのであるから（つまり左側にノイズＮが存在している）、画像を２値化したときに黒領域から白領域に変化する点を求めることになる。つまり、４点のうちでＡ点とＢ点とのどちらが瞳孔Ｐの端点になるかを決定することが必要である。
【００１０】
この瞳孔Ｐの端点を決めるために、次の特性を利用する。つまり、瞳孔Ｐは円状ないし楕円状であるから、走査線ｎ＋１の上の瞳孔Ｐの端点は走査線ｎの上の瞳孔Ｐの端点Ｃに近い位置に存在すると考えられる。そこで、走査方向において、走査線ｎ＋１の上の４箇所の点のうち走査線ｎの上での瞳孔Ｐの端点Ｃにもっとも近い位置に存在する点Ｂが瞳孔Ｐの端点であるとみなすのである。この方法によって、走査線ｎ＋１の上での瞳孔Ｐの左側の端点を点Ｂに決定することができる。また、走査線ｎ＋１の上での瞳孔Ｐの右側の端点は点Ｂよりも右側に存在し、かつ白領域から黒領域に変化する点として決定することができる。
【００１１】
上記処理を実現するために、本実施形態では図１に示す構成を採用している。撮像装置からのアナログ信号であるビデオ信号は白黒判定部１に入力される。白黒判定部１はビデオ信号のレベルをあらかじめ設定した閾値と比較することにより白領域か黒領域かを判別する。つまり、コンパレータによって実現される。また、ビデオ信号には水平同期信号および垂直同期信号が含まれているから、同期分離部２ではこれらの同期信号を用いて各種タイミングを決定する。図１のクロック発生部３は同期分離部２から水平同期信号に基づいて発生するタイミング信号に同期する一定周期のクロック信号を発生する。クロック信号の周期は１本の走査線が開始点から終点まで走査するまでの期間よりも十分に短く設定されている。
【００１２】
図２に示した例では検査領域ＤにノイズＮが１個だけ含まれているから、図１の構成では２個のカウンタ４ａ，４ｂを設けている。各カウンタ４ａ，４ｂは、水平同期信号に基づいて同期分離部２から発生するタイミング信号によって各走査線の左端位置でリセットされる。また、クロック発生部３からのクロック信号を計数し、白黒判定部１の出力の変化点で計数を停止する。ただし、カウンタ４ａは白黒判定部１の出力の１回目の変化時に計数を停止し、カウンタ４ｂは白黒判定部１の出力の２回目の変化時に計数を停止する。
【００１３】
この構成から明らかなように、カウンタ４ａは走査線の左端から１回目に白領域に変化するまでのクロック数を計数し、カウンタ４ｂは走査線の左端から２回目に白領域に変化するまでのクロック数を計数することになる。したがって、図２における走査線ｎ＋１について着目すれば、カウンタ４ａでは図２（ｃ）の矢印▲１▼の長さに相当する出力値が得られ、カウンタ４ｂでは図２（ｃ）の矢印▲２▼の長さに相当する出力値が得られることになる。ここで、瞳孔Ｐの左側の端点である点Ｂを抽出しようとしているのであるから、カウンタ４ｂの出力値を選択しなければならない。
【００１４】
両カウンタ４ａ，４ｂの出力値のうちのどちらを採用するかはセレクタ５によって選択され、このセレクタ５は、走査線ｎについて求めた瞳孔Ｐの端点である点Ｃと、各カウンタ４ａ，４ｂの出力値とのそれぞれの差に基づいて一方のカウンタ４ａ，４ｂの出力値を選択する。つまり、バッファ６は１本上の走査線（ここでは図２の走査線ｎ）についてセレクタ５から出力された値（図２（ｂ）における矢印▲３▼に相当）を記憶保持しており、各減算部７ａ，７ｂでは各カウンタ４ａ，４ｂの出力値からバッファ６に格納されている値をそれぞれ減算する。各減算部７ａ，７ｂの出力値は比較部８に入力され、比較部８では各減算部７ａ，７ｂの出力値の絶対値の大小を比較し、絶対値が小さくなるほうのカウンタ４ａ，４ｂ（ここでは４ｂ）の出力値が選択されるようにセレクト信号をセレクタ５に与えてセレクタ５を切り換える。このような動作によって、セレクタ５の出力値は図２の走査線ｎ＋１の左端から点Ｂまでの距離に相当する値になる。
【００１５】
いま、カウンタ４ａ，４ｂからの出力値をそれぞれ５０、１１０とし、バッファ６の格納値が１００であるものとする（図２とは異なる位置関係である）。つまり、着目する走査線の上でノイズＮの左側の端点Ａに対応するカウンタ４ａの計数値が５０、瞳孔Ｐの左側の端点Ｂに対応するカウンタ４ｂの計数値が１１０、着目する走査線よりも１本上の走査線の上での瞳孔Ｐの左側の端点Ｃに対応するバッファ６の格納値が１００ということになる。このとき、各減算部７ａ，７ｂの出力値はそれぞれ−５０、１０になる。絶対値は減算部７ｂの出力値のほうが小さいから、計数値が１１０であるカウンタ４ｂの出力を選択するようにセレクタ５を切り換えるのである。つまり、ノイズＮが除去されて瞳孔Ｐの端点の位置を求めることができる。
【００１６】
以上の構成によって、各走査線の上での瞳孔Ｐの左側の端点に相当する値をセレクタ５からの出力値として得ることができる。セレクタ５の出力値はその走査線上での瞳孔Ｐの左側の端点の位置としてバッファ６に格納され、次の走査線上での瞳孔Ｐの端点の位置を求めるために用いられる。また、この出力値はカウンタ４ａ，４ｂからの出力値であるからデジタル値であって、Ａ／Ｄ変換を施すことなくコンピュータ装置に取り込むことができ、しかも瞳孔Ｐの端点に相当する値のみであるから画像全体を記憶する場合に比較するとデータ量が大幅に低減しており、必要とするメモリ容量も大幅に低減される。なお、白黒判定部１は白領域から黒領域への反転も検出することができるから、別途のカウンタを用いると瞳孔Ｐの右端の位置を検出することも可能である。
【００１７】
上述の説明から明らかなように、ノイズＮが複数個存在すると考えられる場合には、カウンタ４ａ，４ｂと同様の機能を有する他のカウンタを設け、各カウンタの出力値とバッファ６の格納値との差を求める減算部をカウンタの個数分だけ設け、比較部８では出力値の絶対値が最も小さい減算部に対応したカウンタの出力値がセレクタ５から出力されるように、セレクタ５を切り換えるのである。ここで、各カウンタは白黒判定部１の出力値の何回目の変化点で計数を停止するかが異なるように構成されるのはもちろんのことである。また、同期分離部２から出力される走査線毎のタイミング信号はセレクタ５を通して外部出力され、セレクタ５から出力されている端点がどの走査線上のものかがわかるようにしてある。つまり、走査線の位置と走査線の開始点から瞳孔Ｐの端点までの距離とがわかることによって、画像内での瞳孔Ｐの端点の座標位置を知ることができるのである。
【００１８】
また、瞳孔Ｐの右側に存在するノイズＮを除去するときには、瞳孔Ｐの右側の既知の端点と走査線上での白領域から黒領域への変化点との距離が最小となるものを瞳孔Ｐの端点とする。なお、本実施形態の構成では当然のことながら、ノイズＮを通る走査線よりも上にノイズＮを含まない走査線を設定する必要があり、そのような位置関係においてのみ適用することができる。したがって、そのような位置関係にないときには撮像装置の位置関係を調節する必要がある。また、瞳孔ＰとノイズＮとが重複している場合には両者を分離することができない。このように本発明は、瞳孔ＰとノイズＮとが特定の位置関係である場合についてのみ適用可能であるが、このような位置関係は他の位置関係に比較しても十分に高い確率で生じるから、本発明の有効性は損なわれない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、瞳孔を含む所定の空間領域を撮像し受光面に形成された瞳孔の像を通る複数本の走査線上での受光量に対応したアナログ信号を連続的に出力する撮像装置と、撮像装置から出力されるアナログ信号を規定の閾値と比較することにより瞳孔およびノイズと他の部位とを判別した２値信号を出力する白黒判定部と、撮像装置から出力される同期信号に基づいて上記各走査線上での走査の開始時点を検出する同期分離部と、各走査線上での走査の開始時点に同期するクロック信号であって１本の走査線上で走査を行なっている期間に当該走査線上で走査の開始時点からの位置を求めるためのクロック信号を発生するクロック発生部と、１本の走査線上での走査の開始時点からクロック信号の計数を開始し白黒判定部の出力値の変化点のうち着目する変化方向の変化点が生じるたびに計数を順次停止させる複数個のカウンタと、１本前の走査線の上で検出した瞳孔の端点のうち着目する変化方向の端点についてその走査線上での走査の開始時点から端点に至るまでのクロック信号の計数値を格納したバッファと、各カウンタの計数値とバッファの格納値との差をそれぞれ求める複数個の減算部と、減算部の出力値のうち絶対値が最小になる出力値が得られている減算部に対応したセレクト信号を出力する比較部と、セレクト信号に基づいて出力値の絶対値が最小である減算部に対応したカウンタの出力値を外部出力するセレクタとを備えるものであり、撮像装置から出力されるアナログ信号にＡ／Ｄ変換を施すことなくノイズを除去して瞳孔の端点を求めることができるものである。したがって、画像全体を記憶するメモリも不要であり、瞳孔の端点の位置に対応するセレクタの出力値を記憶する程度のメモリ容量があれば瞳孔に関する必要な情報を記憶することができ、結果的にメモリ容量を大幅に低減することができるという利点がある。しかも、撮像装置からのアナログ信号をカウンタを用いてデジタル値に変換しているから、Ａ／Ｄ変換器を用いていないにもかかわらず出力値はデジタル値であって、別途にＡ／Ｄ変換器を用いることなく他のデジタル装置での処理が可能になるという利点がある。さらに、Ａ／Ｄ変換が不要であるとともに画像をメモリに格納する必要がないから、それらを用いる場合よりも高速な処理が可能であり、撮像装置からのアナログ信号を取り込みながらリアルタイムで瞳孔の端点を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の原理説明図である。
【符号の説明】
１  白黒判定部
２  同期分離部
３  クロック発生部
４ａ，４ｂ  カウンタ
５  セレクタ
６  バッファ
７ａ，７ｂ  減算部
８  比較部
【図１】
0003574883.tif 000002
【図２】
0003574883.tif 000003