(57)【要約】【課題】眼球の撮像画像から瞳孔に対応する領域を自動的に抽出することができ、且つ、黒子、睫毛、シミ等のように撮像画像中の暗い領域が瞳孔と共に抽出されるようなこともなく、瞳孔の検出を正確且つ簡便に行うことができる瞳孔検出装置を提供する。【解決手段】眼球Ｅを撮像する撮像部１を具備する。前記撮像部１による撮像画像を表示する表示部２を具備する。前記表示部２に表示された撮像画像における任意の位置を選択する選択手段と、撮像画像の情報と選択手段による選択位置の位置情報とに基づき、前記選択位置が撮像画像中の瞳孔に対応する場合に前記撮像画像の情報から瞳孔に対応する領域のみを抽出する演算制御部３とを具備する。【選択図】図１
2006087832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼球を撮像する撮像部と、撮像画像を表示する表示部と、表示部に表示された撮像画像における任意の位置を選択する選択手段と、撮像画像の情報と選択手段による選択位置の位置情報とに基づき、前記選択位置が撮像画像中の瞳孔に対応する場合に前記撮像画像の情報から瞳孔に対応する領域のみを抽出する演算制御部とを具備することを特徴とする瞳孔検出装置。
【請求項２】
上記演算制御部は、撮像画像における選択手段による選択位置に対応する画素と連結する画素の濃度値が所定の範囲を超えて変化する位置を、瞳孔に対応する領域の境界と判断し、この境界の内側を瞳孔に対応する領域として抽出するものであることを特徴とする請求項１に記載の瞳孔検出装置。
【請求項３】
上記演算制御部が、抽出された瞳孔に対応する領域の中心位置を導出するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の瞳孔検出装置。
【請求項４】
上記演算制御部が、抽出された瞳孔に対応する領域を内接する円を導出して、この円の中心位置を、瞳孔に対応する領域の中心位置として導出するものであることを特徴とする請求項３に記載の瞳孔検出装置。
【請求項５】
上記演算制御部が、抽出された瞳孔に対応する領域の重心を導出して、この円の重心位置を瞳孔に対応する領域の中心位置として導出するものであることを特徴とする請求項３に記載の瞳孔検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼球を撮像した撮像画像から瞳孔に対応する領域を抽出することにより瞳孔を検出する瞳孔検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被験者の眼球を撮像して得た画像に画像処理を施して各種の計測を行う装置として、ＣＣＤカメラ等を用いて眼球を撮像することにより得た画像に基づいて瞳孔径や瞳孔の大きさなどを計測したり、瞳孔の運動を計測することで眼振検査を行ったりするものが提案されている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
このような瞳孔検出装置では、眼球を撮像した画像に二値化処理を施すことで撮像画像から瞳孔に対応する領域を抽出し、これに基づいて瞳孔の位置や大きさ等を計測し、或いは更に瞳孔の中心位置を検出している。
【０００４】
撮像画像から瞳孔に対応する領域を抽出する手法としては、種々検討されているが、通常は二値化処理による抽出が行われている。この場合、操作者の設定動作により閾値を変更するための操作スイッチ等の操作部を設けておき、操作者が二値化処理後の画像をモニタ等で確認しながら手動により閾値を変更するようにしていた。この閾値の設定を自動制御で行うことも考えられるが、瞳孔と虹彩が区別されるような、あるいは黒子、睫毛、シミ等のように撮像画像中の暗い領域が瞳孔と共に抽出されないような、適正な閾値を設定することは困難であった。
【特許文献１】特開２００１−１７８６７９号公報
【特許文献２】特開２００３−１０２１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に眼振検査の場合では、瞳孔の位置を正確に検出することが重要となり、また検出を行う場合の操作性の向上や測定の迅速化のためには、撮像画像に基づき自動的に瞳孔に対応する領域を抽出することが望まれる。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、眼球の撮像画像から瞳孔に対応する領域を自動的に抽出することができ、且つ、黒子、睫毛、シミ等のように撮像画像中の暗い領域が瞳孔と共に抽出されるようなこともなく、瞳孔の検出を正確且つ簡便に行うことができる瞳孔検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る瞳孔検出装置は、眼球Ｅを撮像する撮像部１と、撮像画像を表示する表示部２と、表示部２に表示された撮像画像における任意の位置を選択する選択手段と、撮像画像の情報と選択手段による選択位置の位置情報とに基づき、前記選択位置が撮像画像中の瞳孔Ｐに対応する場合に前記撮像画像の情報から瞳孔Ｐに対応する領域のみを抽出する演算制御部３とを具備することを特徴とするものである。
【０００８】
上記演算制御部３は、撮像画像における選択手段による選択位置に対応する画素と連結する画素の濃度値が所定の範囲を超えて変化する位置を、瞳孔に対応する領域の境界と判断し、この境界の内側を瞳孔に対応する領域として抽出するものであることが望ましい。
【０００９】
また、上記演算制御部３は、抽出された瞳孔Ｐに対応する領域の中心位置を導出するものであることも望ましい。
【００１０】
また、上記演算制御部３が、抽出された瞳孔Ｐに対応する領域を内接する円を導出して、この円の中心位置を、瞳孔Ｐに対応する領域の中心位置として導出するものであることが望ましい。
【００１１】
また、上記演算制御部３が、抽出された瞳孔Ｐに対応する領域の重心を導出して、この円の重心位置を瞳孔Ｐに対応する領域の中心位置として導出するものであることも望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮像部により得られた撮像画像から瞳孔に対応する領域を抽出する際に、外部からの閾値の設定動作を必要とすることなく、撮像画像から瞳孔に対応する領域を抽出することができ、且つ、このとき瞳孔に対応しない領域が誤って抽出されることを防止することができる。これにより瞳孔の検出を正確且つ簡便に行うことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をその実施をするための最良の形態に基づいて説明する。
【００１４】
本発明に係る瞳孔検出装置は、被験者の瞳孔Ｐの位置、形状、或いはこの瞳孔Ｐの中心位置を正確且つ簡便に測定するものであり、各種検査に利用することができるが、特に眼振検査に利用することができる。以下に説明するのは、本発明に係る瞳孔検出装置を、眼振検査装置として形成した場合の一例である。
【００１５】
本発明に係る瞳孔検出装置は、被験者の眼球Ｅを撮像する撮像部１と、撮像された画像を表示する表示部２と、表示部２に表示された画像における任意の部位を選択する選択手段と、撮像部１にて撮像された画像情報と選択手段により選択された部位の位置情報に基づき、前記選択された部位が画像中の瞳孔Ｐに対応する部位である場合に前記画像情報から瞳孔Ｐに対応する領域を抽出し、或いは更にこの領域の中心を導出することにより瞳孔Ｐの中心位置を検出する演算制御部３とを具備する。
【００１６】
撮像部１は、被験者が顔面に装着可能なゴーグル型の測定装置１０に内装することができる。この撮像部１としては、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳセンサなどにより構成されるものを設けることができる。
【００１７】
図１は、測定装置１０における撮像部１を含む光学系の構成の一例を示すものである。本実施形態の眼球Ｅ検出装置の光学系は、図示のように、被験者が測定装置１０を装着した場合に眼球Ｅと対向するように配置される凹面鏡５と、眼球Ｅと凹面鏡５との間に配置されるハーフミラー６とを備えている。ハーフミラー６は、眼球Ｅと凹面鏡５とを結ぶ線と直交する方向の軸を中心に傾斜している。また、ハーフミラー６を挟んで配置される小型液晶パネル等の映像提示手段４とＣＣＤカメラ等の撮像部１を備えており、このとき映像提示手段４と撮像部１を結ぶ線は、眼球Ｅと凹面鏡５とを結ぶ線及びハーフミラー６の傾斜軸に共に直交するようになっている。また、ハーフミラー６の一面は眼球Ｅ及び撮像部１に向けて傾斜した状態で対向しており、ハーフミラー６の他面は映像提示手段４及び凹面鏡５に向けて傾斜した状態で対向している。本実施形態では、このような光学系が、被験者の両眼にそれぞれ対応するように二つ設けられている。
【００１８】
さらに、本実施形態では、被験者の眼球Ｅ付近に位置し被験者の眼球Ｅへ赤外光を照射する赤外光発光ダイオード等の赤外光照射手段９を備え、また撮像部１は赤外線透過型のフィルタ８を備えていて、赤外線に対して感度を有する。また、ハーフミラー６は、撮像部１側の面にコーティングにより形成され赤外光を反射する波長選択層７が設けられている。
【００１９】
ゴーグル型の測定装置１０は、上記のような光学系のユニットを二組保持する本体部１１に、ベルト等の保持部材１２を設けて構成される。この測定装置１０を被験者が装着する際は、例えば本体部１１を被験者の眼前に位置させた状態でベルト等の保持部材１２を被験者の頭部に巻くなどして、本体部１１を保持固定するものである（図２参照））。
【００２０】
また、表示部２は、上記測定装置１０とは別体の制御装置１３に設けることができ、また演算制御部３もこの制御装置１３に設けることができる（図３参照）。測定装置１０と制御装置１３との間の情報のやり取りは、装置間を接続するケーブル１５などで行うことができる。
【００２１】
表示部２としては、液晶表示パネル、ＣＲＴディスプレイ、その他適宜の映像表示装置を用いることができる。また、このような表示部２の画面における、撮像画像の瞳孔Ｐの部分に対応する領域中の任意の位置を選択するためには、任意の方式の選択手段を採用することができるが、例えば表示部２の画面としてタッチパネル式のディスプレイを採用し、操作者は手指やスタイラス等で表示部２の画面における、撮像画像の瞳孔Ｐ部分に対応する領域の任意の位置を選択するようにすることができる。タッチパネルとしては、抵抗膜式、静電容量式、電磁誘導式、超音波式、赤外線式、感圧センサ式等の適宜の方式のものを採用することができる。
【００２２】
また、演算制御部３は、必要なソフトウェア、撮像画像の情報、選択手段による選択情報、演算結果の情報等を記憶するメモリ等の記憶手段、ＣＰＵ等の制御手段等から構成することができる。この演算制御部３は、撮像部１で撮像された撮像画像の画像処理、映像提示手段４に提示する映像の生成等の動作制御を行うものであり、本発明に係る瞳孔検出装置全体の動作制御を行う。具体的な動作制御の例は後述する。
【００２３】
また、瞳孔検出装置には、必要に応じて各種機能を付加することができ、例えば眼振検査装置として用いる場合には、計測された眼球Ｅの動きの時系列データからリズムゆらぎ解析を行う解析機能、眼振が被験者の身体の末梢系疾患に起因した異常であるか中枢系疾患に起因した異常であるかを推定する推定機能、前記解析結果や推定結果を例えば診断支援データとして表示する表示機能等を付加することができる。解析機能や推定機能などは、上記演算制御部３に具備させることができ、或いは別途の装置を設けることができる。また、表示機能を具備させるためには、例えば、プリンタなどの印刷装置や、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイなどの表示装置１４を設けることができる。
【００２４】
以下に、上記のような瞳孔検出装置の動作について説明する。
【００２５】
まず、被験者が測定装置１０を装着した状態で、映像表示手段３が映像を表示する。映像としては、被験者の眼球Ｅの往復運動を誘発させるための視標、例えば複数本の縦線を有する縞模様が時間経過とともに移動するものなどを表示する。
【００２６】
映像表示手段から出た光の一部は図１中に実線の矢印で示すように、ハーフミラー６で凹面鏡５側に反射された後、さらに凹面鏡５で反射され、凹面鏡５で反射された光の一部はハーフミラー６を透過し、被験者の眼球Ｅに入射する。このとき、被験者は、拡大された虚像を見ることになる。
【００２７】
また、赤外光照射手段９から被験者の眼球Ｅに向けて照射された赤外光は眼球Ｅの瞳孔Ｐでは透過するが、図１中に破線で示すように瞳孔Ｐ以外の部位では反射され、その反射光のほとんどがハーフミラー６で反射されて撮像部１で受光され、これにより眼球Ｅの画像が撮像される。
【００２８】
撮像部１による撮像画像は、表示部２に表示される。装置を操作する者は、この表示部２における表示結果に基づき、選択手段により表示部２の画面における、撮像画像の瞳孔Ｐ部分に対応する領域中の任意の位置を選択する。
【００２９】
演算制御部３は、上記選択がなされた場合に、まず表示部２の画面における上記選択された位置に対応する撮像画像中の画素を抽出する。
【００３０】
そして、この抽出された画素と連結する画素の濃度値が大きく変化する位置を、瞳孔領域の境界と判断して、この境界の内側を瞳孔領域として抽出するものである。
【００３１】
具体的には、例えば、図４に示すように、まず上記選択動作により抽出された画素を通過する基準線（例えば水平走査線Ｌ、図４（ａ）参照）に沿った画素の濃度値の変化の波形（図４（ｂ）参照）において、最初に抽出された画素を起点とした画素の濃度値の変化が予め設定されている所定範囲内に収まっている場合には、瞳孔領域と判断し、瞳孔領域のすぐ外側の領域（虹彩Ｉに相当する領域）に到達して画素の濃度値が前記所定範囲を超えて大きく変化した場合に、瞳孔領域の境界の外側に達したと判断する。そして、瞳孔領域の画素の濃度値と、その境界の外側に達した際の画素の濃度値との間の値（例えば前記各濃度値の中間値）を、閾値Ｂとして選択する。そして、このような閾値Ｂにより二値化を行い、瞳孔領域を構成する画素を抽出するのである。
【００３２】
ここで、上記閾値により瞳孔領域を構成する画素を抽出する際には、上記選択動作により抽出された画素との間に連結性を有する複数の画素にて構成される、連続した一つの領域のみを選択して抽出する。例えば前記選択動作により抽出された画素を起点として撮像画像を走査し、上記閾値を超える画素を抽出して瞳孔領域を構成する画素としてラベリングするものであり、このとき最初に選択動作により抽出された画素との間に連結性を有する画素のみを抽出するものである。これにより、瞳孔領域を抽出する際に、瞳孔領域以外の濃度値の低い部分（例えば黒子、まつげ、シミ等）が抽出されることがなくなる。
【００３３】
このようにして抽出された瞳孔領域から瞳孔中心位置を導出するにあたっては、公知の適宜の方式を採用することができるが、例えば抽出された瞳孔Ｐ部分の領域を内接する円を導出してこの円の中心を瞳孔中心位置として導出したり、或いは抽出された瞳孔Ｐ部分の領域の重心位置を導出して、この重心位置を瞳孔中心位置として導出したりすることができる。この場合、抽出された瞳孔領域が真円ではなかったり、瞳孔領域の輪郭にがたつきが生じたりしていても、瞳孔中心位置を迅速且つ簡便に導出することができる。
【００３４】
上記のようにして瞳孔中心位置を導出した後、更に連続して繰り返し瞳孔中心位置の導出を行うこともできる。このようにすると、眼球Ｅが動いた場合に瞳孔中心位置の変位をモニターすることにより眼球Ｅの運動を測定することができ、眼振検査に利用することができる。
【００３５】
瞳孔中心位置の導出を連続して繰り返し行う場合には、上記のような処理を繰り返し行うようにすることができる。
【００３６】
また、上記のように瞳孔領域の抽出と瞳孔中心位置の導出とを行った場合には、瞳孔領域の抽出に用いた閾値、瞳孔領域の形状、瞳孔領域に対する瞳孔中心位置の位置関係を記憶しておき、これらを利用したパターンマッチング処理により、二回目以降の瞳孔中心位置の導出を行うこともできる。
【００３７】
すなわち、例えば一回目の瞳孔中心位置の導出が終了した後、一定時間経過後に、まず眼球Ｅの映像を撮像部１により撮像し、得られた撮像画像に上記閾値にて二値化処理を施す。このとき二値化処理により瞳孔領域が抽出されるが、瞳孔領域以外の濃度値の低い部分（例えば黒子、まつげ、シミ等）も同時に抽出されるおそれがある。
【００３８】
次に、予め記憶しておいた一回目の瞳孔中心位置の導出時における瞳孔領域形状に基づき、パターンマッチング処理を施すことにより、上記二値化処理により抽出された領域から、瞳孔領域のみを抽出する。これにより、上記二値化処理時に瞳孔領域以外の領域（例えば黒子、まつげ、シミ等）が抽出されていた場合でも、これらを排除して瞳孔領域のみを抽出することができる。またこのパターンマッチングの際に部分的な一致を許容するようにすれば、瞳孔Ｐの一部が目蓋に隠れた場合などにも瞳孔領域を抽出することができる。
【００３９】
次に、一回目の瞳孔中心位置の導出時における瞳孔領域に対する瞳孔中心位置の位置関係に基づき、上記パターンマッチングにより抽出された瞳孔領域から、瞳孔中心位置を導出する。
【００４０】
このような処理を繰り返し行うことにより、眼球運動に基づく瞳孔中心位置の経時的変化を検知することができ、これにより眼球Ｅの動きを計測することがことができる。
【００４１】
そして、眼振検査を行う場合には、この計測された眼球Ｅの動きの時系列データからリズムゆらぎ解析を行い、その結果をプリンタなどの印刷装置や、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイなどの表示装置１４で表示することができる。また、眼振が被験者の身体の末梢系疾患に起因した異常であるか中枢系疾患に起因した異常であるかを推定し、その結果を前記と同様に表示するようにしても良い。
【００４２】
本発明に係る瞳孔検出装置は、上述のように眼振検査に好適に適用することができるが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】同上の測定装置の外観を示す斜視図である。
【図３】同上の制御装置の外観を示す正面図である。
【図４】（ａ）は表示部に撮像画像が表示されている様子の一例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の撮像画像における水平走査線に沿った画素の濃度値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  撮像部
２  表示部
３  演算制御部
Ｅ  眼球
Ｐ  瞳孔
【図１】
2006087832.tif 000003
【図２】
2006087832.tif 000004
【図３】
2006087832.tif 000005
【図４】
2006087832.tif 000006