(57)【要約】【課題】被験者の眼球を撮像して瞳孔を検出するにあたり、撮像部の撮像画像における瞳孔の配置位置を自動的に調節することで、正確かつ簡便な瞳孔の検出を行うことができる瞳孔検出装置を提供する。【解決手段】被験者の眼球Ｅを撮像する撮像部１を備える。撮像部１を移動させてその配置位置を変更する撮像部駆動部１６を備える。演算制御部３として、撮像部１による撮像画像２３における瞳孔Ｐに対応する領域の中心位置２１を導出し、前記導出された瞳孔Ｐの中心位置２１と、撮像画像２３における瞳孔Ｐの設定上の最適な中心位置２２との差を導出し、前記導出された差に基づき、撮像部１を、撮像画像２３における瞳孔Ｐの中心位置２１が設定上の最適な中心位置２２に配置されるように前記撮像部駆動部１６を駆動制御して撮像部１の配置位置を変更するものを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の眼球を撮像する撮像部と、撮像部を移動させてその配置位置を変更する撮像部駆動部とを備え、且つ演算制御部として、撮像部による撮像画像における瞳孔に対応する領域の中心位置を導出し、前記導出された瞳孔の中心位置と、撮像画像における瞳孔の設定上の最適な中心位置との差を導出し、前記導出された差に基づき、撮像部を、撮像画像における瞳孔の中心位置が設定上の最適な中心位置に配置されるように前記撮像部駆動部を駆動制御して撮像部の配置位置を変更するものを備えることを特徴とする瞳孔検出装置。
【請求項２】
映像を表示して被験者の眼球に向けて投影する映像表示手段と、映像表示手段を移動させてその配置位置を変更する映像表示手段駆動部とを備え、演算制御部として、撮像部駆動部による撮像部の移動と連動して、映像表示手段駆動部を駆動制御して映像表示手段の配置位置を変更するものを備え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】
映像を表示して被験者の眼球に向けて投影する映像表示手段を備え、演算制御部として、撮像部駆動部による撮像部の移動と連動して、映像表示手段にて表示される映像の、画面内における位置を変更するものを備え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４】
被験者の眼球を撮像部で撮像し、得られた撮像画像における瞳孔の中心位置を導出し、前記導出された瞳孔の中心位置と、撮像画像における瞳孔の設定上の最適な中心位置との差を導出し、前記導出された差に基づき、撮像画像における瞳孔の中心位置が設定上の最適な中心位置に配置されるように撮像部の配置位置を変更することを特徴とする瞳孔検出方法。
【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及び瞳孔検出方法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】
また、このような瞳孔検出装置としては、装置の小型化、測定の簡便化の要請から、ゴーグル型の測定装置を被験者の顔面に装着し、この測定装置により眼球の撮像を行うようにするものも提案されている。
【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】
ＣＣＤカメラ等の撮像部にて眼球を撮像する場合、その撮像画像の外縁側は、撮像画像の中央部よりもレンズのゆがみによる像のゆがみが大きくなり、また焦点合わせの際にも撮像画像の外縁側は焦点が合いにくい。このため、眼球の特に瞳孔を計測する場合には、瞳孔がＣＣＤカメラ等の撮像部の撮像画像の中央に位置していることが好ましい。
【０００６】
しかし、眼球の位置や二つの眼球間の幅などには個人差があるため、上記のように被験者の瞳孔を撮像部の撮像画像の中央部に正確に配置することは困難なものであった。また、特にゴーグル型の測定装置を用いる場合には、測定装置を装着した状態で測定装置の位置ずれが起こることにより、撮像部における瞳孔の位置がずれることも考えられる。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、被験者の眼球を撮像して瞳孔を検出するにあたり、撮像部の撮像画像における瞳孔の配置位置を自動的に調節することで、正確かつ簡便な瞳孔の検出を行うことができる瞳孔検出装置及び瞳孔検出方法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】
【０００８】
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、撮像部１を移動させてその配置位置を変更する撮像部駆動部１６とを備え、且つ演算制御部３として、撮像部１による撮像画像２３における瞳孔Ｐに対応する領域の中心位置２１を導出し、前記導出された瞳孔Ｐの中心位置２１と、撮像画像２３における瞳孔Ｐの設定上の最適な中心位置２２との差を導出し、前記導出された差に基づき、撮像部１を、撮像画像２３における瞳孔Ｐの中心位置２１が設定上の最適な中心位置２２に配置されるように前記撮像部駆動部１６を駆動制御して撮像部１の配置位置を変更するものを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
このようにすると、瞳孔Ｐが、撮像部１の視野の外縁に位置するなどして、瞳孔Ｐの正確な検出に支障をきたす場合に、自動的に撮像部１を適正な位置に移動させ、瞳孔Ｐの検出を正確に行えるようにすることができる。
【００１０】
また、映像２０を表示して被験者の眼球Ｅへ向けて投影する映像表示手段４と、映像表示手段４を移動させてその配置位置を変更する映像表示手段駆動部１８とを備え、演算制御部３として、撮像部駆動部１６による撮像部１の移動と連動して、映像表示手段駆動部１８を駆動制御して映像表示手段４の配置位置を変更するものを備えるようにしても良い。このようにすると、映像表示手段４による映像２０を眼振検査のための視標などとして利用することができ、またこの映像２０の位置ずれも、瞳孔Ｐの位置と同様に是正することができるものである。
【００１１】
また、映像２０を表示して被験者の眼球Ｅへ向けて投影する映像表示手段４を備え、演算制御部３として、撮像部駆動部１６による撮像部１の移動と連動して、映像表示手段４にて表示される映像２０の、画面内における位置を変更するものを備えるようにしても良い。このようにすると、映像表示手段４による映像２０を眼振検査のための視標などとして利用することができ、またこの映像２０の位置ずれも、瞳孔Ｐの位置と同様に是正することができるものである。また、映像表示手段４の配置位置を移動させるための駆動機構を設けることなく、映像２０の位置ずれを是正することができるものである。
【００１２】
また、本発明に係る瞳孔検出方法は、被験者の眼球Ｅを撮像部１で撮像し、得られた撮像画像２３における瞳孔Ｐの中心位置２１を導出し、前記導出された瞳孔Ｐの中心位置２１と、撮像画像２３における瞳孔Ｐの設定上の最適な中心位置２２との差を導出し、前記導出された差に基づき、撮像画像２３における瞳孔Ｐの中心位置２１が設定上の最適な中心位置２２に配置されるように撮像部１の配置位置を変更することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、眼振検査などのために眼球を撮像して瞳孔を検出するにあたり、自動制御により撮像部を駆動して撮像画像における瞳孔の配置位置を所定の位置に移動することができ、正確かつ簡便な瞳孔の検出を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】
【００１４】
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。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】
図１に示す実施の形態では、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、装置の動作制御を行う演算制御部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、図６に示すよう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】
ゴーグル型の測定装置１０は、後述する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。
【００１８】
また、表示部２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にて形成することができ、図７に示すように、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る。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。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。
【００１９】
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。本実施形態の瞳孔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。
【００２０】
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には、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。
【００２１】
撮像部１は、撮像部１の配置位置を移動させるための撮像部駆動部１６を備えており、それにより、撮像部１の受光方向と直交する方向の平面上でその配置位置を移動可能に形成されている。このとき、撮像部１は、例えば前記平面上で直交する二軸方向にスライドするように駆動可能に形成されている。ここで、例えば、撮像部駆動部１６は撮像部１を一軸方向にスライド移動可能に支持するスライド支持台１７を備え、撮像部１はステッピングモータ等にて構成されるアクチュエータからの駆動力を受けて前記軸方向に駆動可能に形成されている。また、スライド支持台１７は装置本体１１に対して前記軸方向と直交する他の軸方向にスライド移動可能に支持されており、スライド支持台１７はステッピングモータ等にて構成されるアクチュエータからの駆動力を受けて前記軸方向に駆動可能に形成されている。これにより、撮像部１は二軸方向（前後左右方向）に駆動可能に形成することができる。
【００２２】
このとき、撮像部１は、装置本体１１に対して駆動するように形成されており、このため装置本体１１内に固定して設けられているハーフミラー６及び凹面鏡５に対して駆動するように形成されている。
【００２３】
また、演算制御部３は、必要なソフトウェア、撮像画像２３の情報、演算結果の情報等を記憶するメモリ等の記憶手段、各種装置の動作制御や演算処理などを行うＣＰＵ等で構成される制御手段など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、撮像部駆動部１６、映像提示手段駆動部１８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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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２０を表示する。映像２０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。
【００２７】
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。
【００２８】
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中に実線矢印で示すように瞳孔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。
【００２９】
演算制御部３は、上記撮像部１にて撮像された、図５（ａ）に示されるような眼球Ｅの撮像画像２３から、適宜の画像処理の手法により、瞳孔Ｐに対応する領域を抽出すると共に、前記領域の中心位置２１を導出する。瞳孔Ｐに対応する領域の抽出は、適宜の画像処理技術を適用して行うようにすることができるが、例えば撮像画像２３を二値化処理することにより撮像画像２３から瞳孔Ｐに対応する領域を抽出することができる。また、前記領域の中心位置２１の導出は、例えば瞳孔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を瞳孔の中心位置２１として導出したり、或いは抽出された瞳孔Ｐの領域の重心位置を導出して、この重心位置を瞳孔Ｐの中心位置２１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Ｐの領域が真円ではなかったり、瞳孔Ｐの領域の輪郭にがたつきが生じたりしていても、瞳孔Ｐの中心位置２１を迅速且つ簡便に導出することができる。
【００３０】
上記のように瞳孔Ｐの中心位置２１が計測されたら、予め設定されている瞳孔Ｐの最適な中心位置２２と、前記計測された実際の瞳孔Ｐの中心位置２１との差を導出する。この差は、予め設定されている平面座標系における二軸の各座標の値の差（Δｘ、Δｙ）として導出することができる。
【００３１】
そして、上記で得られた差の値に基づいて、撮像部１の移動量を導出し、撮像部駆動部１６により撮像部１を駆動する（図２参照）。これにより、撮像画像２３中における瞳孔中心の設定上の配置位置に、実際の瞳孔Ｐの中心位置２１が配置されるようにするものである（図５（ｂ）参照）。
【００３２】
上記のように撮像部１を移動させる場合は、例えば本実施形態において撮像部１を前後方向に移動する場合のように、眼球Ｅから撮像部１への光路長が変化することがある。この場合には、撮像部１を撮像部１への光の入射方向に沿って駆動自在に形成したり、レンズ調整可能に形成したりして、焦点合わせが可能に形成することが好ましく、特に自動焦点合わせ機能を有する撮像部１を用いることが好ましい。
【００３３】
また、このように撮像部１を、撮像画像２３における瞳孔Ｐの中心位置２１を調整するために駆動してその配置位置を変更する場合には、それに伴って映像表示手段３の配置位置も変更することが好ましい。すなわち、撮像画像２３中における瞳孔Ｐの中心位置２１が設定位置からずれている場合には、同時に映像表示手段３から眼球Ｅに向けて投影される映像の位置もずれることとなり、このような位置ずれを是正するために、映像表示手段３を移動させるものである。
【００３４】
このとき映像表示手段３は、撮像部１と同様に、映像表示手段駆動部１８を備え、これにより例えば前記平面上で直交する二軸方向にスライドするように駆動可能に形成することができる。ここで、例えば、映像表示手段駆動部１８は映像表示手段３を一軸方向にスライド移動可能に支持するスライド支持台１９を備え、映像表示手段３はステッピングモータ等にて構成されるアクチュエータからの駆動力を受けて前記軸方向に駆動可能に形成されている。また、スライド支持台１９は装置本体１１に対して前記軸方向と直交する他の軸方向にスライド移動可能に支持されており、スライド支持台１９はステッピングモータ等にて構成されるアクチュエータからの駆動力を受けて前記軸方向に駆動可能に形成されている。これにより、映像表示手段３は二軸方向（前後左右方向）に駆動可能に形成することができる。このように映像表示手段３を駆動することで、映像表示手段３に表示される映像２０の配置位置を変更することができる（図３参照）。
【００３５】
映像表示手段３の移動量は、撮像部１の場合と同様に、瞳孔中心の設定上の配置位置と、前記計測された実際の瞳孔Ｐの中心位置２１との差に基づいて導出される。
【００３６】
また、映像表示手段３を移動させずに、映像表示手段３に表示される映像２０の、画面内における表示位置を移動させるようにしても良いものであり、この場合は映像表示手段３を駆動させるための駆動機構を必要とすることなく、眼球Ｅに投影される映像２０の位置を是正することができる。この場合の映像２０の移動量は、瞳孔中心の設定上の配置位置と、前記計測された実際の瞳孔Ｐの中心位置２１との差に基づいて導出される（図４参照）。
【００３７】
このようにして撮像画像２３における瞳孔Ｐの中心の配置位置を調整し、或いは更に映像表示手段３にて表示される映像２０の位置の調整をした後、映像表示手段３にて表示される視標、例えば複数本の縦線を有する縞模様を、時間経過とともに移動させるようにして、眼球運動を誘発し、この状態で、瞳孔Ｐの中心位置の変化を計測する。瞳孔Ｐの中心位置の計測は上記の場合と同様に適宜の画像処理の手法により行うことができるものであり、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Ｐの中心位置２１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できる。
【００３８】
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。
【００３９】
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】
【００４０】
【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】同上の動作を示す概略構成図である。
【図３】同上の他の動作を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態の他例を示す概略構成図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は撮像部により眼球Ｐを撮像した撮像画像を示す概略図である。
【図６】測定装置の外観の一例を示す斜視図である。
【図７】制御装置の外観の一例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  撮像部
３  演算制御部
４    映像表示手段
１６  撮像部駆動部
１８  映像表示手段駆動部
２０  映像
２１  中心位置
２２  中心位置
２３  撮像画像
Ｅ  眼球
Ｐ  瞳孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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