(57)【要約】      （修正有）【課題】視線ズレに起因する視覚負担を定量的に検出できる装置を提供する。【解決手段】視覚負担検出装置であって、眼球運動検出部１０と、頭部運動検出部２０と、眼球運動から注視状態を判定する注視判定部３０と、眼球運動と頭部運動とから視線軌跡を算出する視線軌跡算出部４０と、注視状態における視線軌跡から視線ズレを算出する視線ズレ算出部５０と、視線ズレを視力に換算する視覚負担定量部６０と、を備える。【選択図】図１
2019118429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視覚負担検出装置であって、
眼球運動検出部と、
頭部運動検出部と、
眼球運動から注視状態を判定する注視判定部と、
眼球運動と頭部運動とから視線軌跡を算出する視線軌跡算出部と、
注視状態における視線軌跡から視線ズレを算出する視線ズレ算出部と、
前記視線ズレを視力に換算する視覚負担定量部と、
を備える、装置。
【請求項２】
前記視線ズレ算出部は、前記注視状態における視線軌跡から得られる視線重心と、当該視線重心に対する前記視線軌跡の変位を視線のズレとして算出する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記視覚負担定量部は、前記視線ズレをログマー値に変換する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
車載用である、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
視覚負担定量方法であって、
注視状態における眼球運動と頭部運動とから算出した視線軌跡から視線ズレを算出する視線ズレ算出工程と、
前記視線ズレを視力に換算する視覚負担定量化工程と、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、視覚負担定量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトの眼球運動からそのヒトの疲労状態を推定する技術がある。例えば、眼球の特徴的な運動パターンと外部刺激のタイミングとの関係から、疲労などの内的状態を推定する装置が提供されている（特許文献１）。また、頭部運動と眼球運動の発生するタイミングを比較して、ヒトの内的状態を推定する装置も提供されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１５３８８７号公報
【特許文献２】特開２０１７−９４１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの方法は、眼球運動の特徴量とヒトの内的状態との関連性に基づいて提供されたものである。しかしながら、判定の基準となるのは、眼球運動のパターンと外部刺激のタイミングとの関係であり、頭部運動と眼球運動の発生するタイミングの比較など、定性的な状態判定に留まっていて、定量的な尺度とはなっていない。すなわち、現在までのところ、ヒトの内的状態について定量的な尺度を用いた推定方法が提供されていない。
【０００５】
また、通常、ドライバは常に前方車両や道路形状などの外観を注視しながら運転しなければならない。従って、見たいところを注視してクリアに見るために、視線を注視すべきところに正確に向ける必要がある。人間の視機能は、中心窩と呼ばれる網膜中心付近の狭い領域のみ高い視力を有するという特徴があるからである。
【０００６】
ところが、自動車の運転環境では種々の車両振動や運転操作等によりドライバの頭部が揺れて、見たい対象が中心窩から外れるという視線ズレが発生する。本発明者らによれば、こうした視線ズレが視覚負担の大きな要因であることがわかった。
【０００７】
本明細書は、視線ズレに起因する視覚負担を定量的に検出できる装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、注目対象が眼球の中心窩から外れてしまうときに生じる視線ズレに着目し、これを視角負担として定量化するために、注視時の視線軌跡を利用できるという知見を得た。さらに、本発明者らは、こうした視線軌跡の重心を基準（原点）として利用することで、当該視線軌跡における重心から視線の「隔たり」を視線ズレとし、当該視線ズレに対して視力という指標を適用することで、一層具体的に視覚負担を定量化できるという知見を得た。
【０００９】
本明細書が開示する視覚負担検出装置（以下、単に、本装置ともいう。）は、眼球運動検出部と、頭部運動検出部と、眼球運動から注視状態を判定する注視判定部と、眼球運動と頭部運動とから視線軌跡を算出する視線軌跡算出部と、注視状態における視線軌跡から視線ズレを算出する視線ズレ算出部と、前記視線ズレを視力に換算する視覚負担定量部と、を備えることができる。本装置によれば、視線ズレを定量的に把握して、視線ズレに基づく視覚負担を定量化して検出することができる。
【００１０】
また、本明細書が開示する視覚負担定量方法（以下、単に、本方法ともいう。）は、注視状態における眼球運動と頭部運動とから算出した視線軌跡から視線ズレを算出する視線ズレ算出工程と、前記視線ズレを視力に換算する視力換算工程と、を備えることができる。本方法によれば、視線ズレを定量的に把握して、視線ズレに基づく視覚負担を視力に換算して定量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本装置の一例である車載用の視覚負担検出装置の機能ブロック図の概要を示す図である。
【図２】本装置の一例である車載用の視覚負担検出装置の注視判定部による注視判定のためのフローチャートの一例を示す図である。
【図３】ピッチ方向における頭部の回転角と眼球の回転角の変位を示す図である。
【図４】ピッチ方向における頭部の回転角と眼球の回転角の変位から得られるピッチ方向における視線の角度（視角）の変位を示す図である。
【図５】ピッチ方向及び水平方向における視線の角度の変位から得られる視線軌跡を示す図である。
【図６】図５に示す視線軌跡の重心を原点として示す図である。
【図７】注視状態における視角負担（ピッチ方向）をログマー値で示す図である。
【図８】視角に対する視力分布図（水平方向）を示す図である。
【図９】視力分布図(水平方向)を間隔尺度であるログマー値に換算して示す図である。
【図１０】視角負担を定量化するためのフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書は、視覚負担検出装置及び視覚負担定量方法に関する。運転中などにおけるドライバの眼球の中心窩からの視線ズレに着目して当該視線ズレを視覚負担として定量化する。視覚負担が定量化できることで、視覚負担の程度を具体的にかつ正確に把握でき、視覚負担の発生要因の探索や視覚負担の軽減のための改善を行うことができるようになる。
【００１３】
本装置においては、視線ズレ算出部は、注視状態における視線軌跡から得られる視線重心と、当該視線重心に対する前記視線軌跡の変位を視線のズレとして算出することができる。こうすることで、被験者の注目領域に対する視線ズレを、視線軌跡に沿って得ることができる。また、視力負担定量部は、視線ズレをログマー値に変換するようにしてもよい。こうすることで、視覚負担を、間隔尺度を用いてわかりやすく定量化できる。また、本装置は、車載用としてもよい。車載用とすることでドライバの視覚負担を定量的に検出し、疲労等を予測したり、視覚負担を低減するための車両設計が可能となる。
【００１４】
本方法においては、視線ズレ算出工程を、注視状態における視線軌跡から得られる視線重心と、当該視線重心に対する前記視線軌跡の変位を視線のズレとして算出することができる。また、視力換算工程を、視線ズレをログマー値に変換する工程としてもよい。
【００１５】
以下、本装置及び本方法について、適宜図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、車載用の本装置の機能構成を示すブロック図の一態様を示している。図１に示すように、本装置は、眼球運動検出部１０、頭部運動検出部２０、注視判定部３０、視線軌跡算出部４０、視線ズレ算出部５０、視覚負担定量部７０を備えている。
【００１７】
眼球運動検出部１０は、眼球運動を検出する。眼球運動検出部１０は、ドライバの頭部に固定した眼球運動センサであって具体的にはアイカメラを備えている。アイカメラは、眼球の動きを撮影して、黒目の中心を検出する。眼球運動検出部１０は、画像データなどの眼球運動情報を必要に応じて適宜変換して適所に保存するか、画像データを注視判定部３０、視線軌跡算出部４０に出力するようになっている。
【００１８】
頭部運動検出部２０は、頭部の回転運動を検出する。頭部運動検出部２０は、ドライバの頭部に固定したジャイロセンサである。頭部運動検出部２０は、頭部回転角度などの頭部運動情報を必要に応じて適宜変換して適所に保存するか、視線軌跡算出部４０に出力するようになっている。頭部運動検出部２０は、眼球運動検出部３０と同時に頭部運動の検出を開始してもよいし、ドライバの注視状態が開始すると同時に、頭部運動の検出を開始してもよい。
【００１９】
注視判定部３０は、眼球運動検出部１０が取得した眼球運動情報を利用して、ドライバが注視状態にあるかどうか判定処理する。注視判定部３０における処理のフローチャートを図２に示す。図２に示すように、注視判定部３０は、眼球運動情報から黒目の中心（中心窩）を特定して頭部に対する眼球位置を検出し、この眼球位置の変化から眼球運動の速度を算出することを開始する（ステップＳ３０１）。眼球運動の速度は、典型的には回転速度として算出する。
【００２０】
次いで、注視判定部３０は、算出した眼球運動の速度が基準速度以下になったときに、ドライバの注視状態が開始したと判定し（ステップＳ３０２：ＹＥＳ、ステップＳ３０３）、基準速度を超えるとき、注視状態にないと判定する（ステップＳ３０２：ＮＯ）。基準速度は、例えば、１００ｄｅｇ／ｓｅｃとすることができる。注視状態にないと判定すると、引き続き、眼球運動の速度が基準速度以下か否かの判定を行う（ステップＳ３０２）。一方、注視判定部３０は、ドライバが注視状態を開始したと判定したとき、注視開始信号を視線軌跡算出部４０に出力する（ステップＳ３０３）。
【００２１】
また、注視判定部３０は、引き続き眼球運動速度を監視して、基準速度以下のときには、注視状態が継続しているものとし（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、基準速度を超えるとき、注視状態が終了したと判定し、注視終了信号を、視線軌跡算出部４０及び頭部運動検出部２０に出力する（ステップＳ３０４：ＮＯ、ステップＳ３０５）。
【００２２】
視線軌跡算出部４０は、眼球運動と頭部運動とから視線軌跡を算出する。視線軌跡算出部４０は、眼球の回転角度及び頭部の回転角度から視線の角度を算出することを経時的に行い、視線軌跡を算出する。一般に、眼球の中心窩の方向、すなわち、視線の方向は、頭部の方向と中心窩の方向との和となる。また、ヒトがなんらかのオブジェクトを注視しているとき、頭部が回転すると、前庭動眼反射の機能により頭部の回転とは反対方向に眼球が回転して、視線をある程度維持しようとする。したがって、頭部の回転角と眼球の回転角とからドライバの視線方向を規定する。
【００２３】
例えば、図３に、頭部と眼球の回転角（ピッチ方向）の時間変化の一例を示し、図４にこれらの回転角度から得られる視線の方向（視線の角度）（ピッチ方向）の時間変化の一例を示す。
【００２４】
視線軌跡算出部４０は、一定時間間隔で、ある時点における眼球運動のピッチ方向（垂直方向）（ドライバ身体の長軸に沿う方向）における回転角度と、頭部のピッチ方向における回転角度から、視線のピッチ方向における角度を算出する。
【００２５】
また、視線軌跡算出部４０は、同時点における眼球運動の水平方向（ドライバ身体の左右に沿う方向）における回転角度と、頭部の水平方向及び垂直方向における回転角度から、視線の水平方向における角度を算出する。これらの算出により、一定時間間隔で特定時点における眼球の中心窩の方向、すなわち、視線の方向（角度）を得ることができる。経時的に複数の時点において視線の方向を取得することで、視線軌跡を得ることができる。視線軌跡算出部４０が算出した視線軌跡の一例を図５に示す。視線軌跡算出部４０は、視線軌跡などの視線軌跡情報を必要に応じて適宜変換して適所に保存するか、視線ズレ算出部５０に出力するようになっている。
【００２６】
視線軌跡算出部４０は、視線軌跡算出フローを、注視判定部３０によってドライバの注視状態が開示されたという開始信号が入力されたときに開始し、注視判定部３０によってドライバの注視状態が終了したという終了信号が入力されたときに、終了する。
【００２７】
視線ズレ算出部５０は、注視状態における視線軌跡から視線ズレを算出する。視線ズレ算出部５０は、得られた視線軌跡の重心を求める。図５に示す視線軌跡について、重心を求めて座標変換した視線軌跡を図６に示す。
【００２８】
視線ズレ算出部５０は、例えば、軌跡上の特定の点における原点からの変位量（距離）を視線ズレとして算出する。この場合、当該変位量（距離）は、ピッチ方向及び水平方向とを統合した情報となる。また、視線ズレ算出部５０は、かかる変位量をピッチ方向距離と及び水平方向距離とに分解してそれぞれの方向における視線ズレとして算出してもよい。視線ズレ算出部５０は、さらに、こうした視線ズレを、視線軌跡から経時的に取得する。視線ズレ算出部４０は、視線ズレに関する視線ズレ情報を必要に応じて適宜変換して適所に保存するか、視覚負担定量部６０に出力するようになっている。
【００２９】
視覚負担定量部６０は、取得した視線ズレを視力に換算して定量化する。視角負担定量部６０は、視線ズレ算出部５０が注視状態の視線軌跡から経時的に取得した視線ズレを、ログマー値に変換して視覚負担として定量化する。一例として、視覚負担定量部６０が、視線軌跡から得られたピッチ方向について視線ズレを、ピッチ方向における視覚とログマー値視力分布に基づいて視覚負担を定量化して取得した視覚負担の経時変化を図７に示す。視覚負担定量部６０は、同様にして、水平方向における視覚負担の経時変化も取得することができる。
【００３０】
一般に、眼球の中心窩からの距離が遠くなるほど（角度が大きくなるほど）、小数視力（視力検査に用いられる視力の指標である。）は低下することが知られている。小数視力における視角(水平方向)に対する視力分布を図８に示す。視角が０ｄｅｇ（中心窩である）で注視する場合に比較して視線が周辺に変位するほど少数視力が低下する。このように、視線ズレにより少数視力が低下することは、本発明者らが見出したように、視線ズレが視角負担を増大することをサポートしている。
【００３１】
ここで、少数視力は順序尺度であって間隔尺度でないため、少数視力を間隔尺度に変換するために、以下に示す式によってログマー値に変換する。ログマー値としての視力分布図（水平方向）を図９に示す。
（ログマー値）＝−ｌｏｇ10（少数視力）
【００３２】
視覚負担定量部６０は、こうしたログマー値の分布図などの定量化用情報を利用して利用して視線ズレを視覚負担として定量化する。なお、中心窩からの視角に対する少数視力の分布情報や中心窩からの視角に対するログマー値の分布情報は、視覚負担定量部６０が内部に定量化用情報として保存している。
【００３３】
次に、本装置が実行する処理を、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本装置の処理のフローチャートである。本装置における処理は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）が、エンジンの駆動状態から運転中であることを検出したことで開示され、眼球運動検出部１０が、それぞれ眼球運動の画像の取得を開始する（ステップＳ７０１）。
【００３４】
また、同様にして、注視判定部３０が、眼球運動検出部１０からの眼球の回転速度に基づいてドライバが注視状態にあるか否かを判定する（ステップＳ７０２）。注視判定部３０による処理フローの詳細は、図２に示すとおりである。注視判定部３０は、眼球運動検出部１０から取得した眼球運動を撮影した画像から、黒目の中心を検出して、眼球の回転速度を検出し、この回転速度に基づいてドライバの注視状態を検出したら、注視状態開始信号を頭部運動検出部２０及び視線軌跡算出部４０に出力する。
【００３５】
次いで、頭部運動検出部２０がドライバの頭部の回転運動の検出を開始するとともに、視線軌跡算出部４０は、眼球運動検出部１０の眼球運動情報と頭部運動情報検出部２０の頭部運動情報とから、視線軌跡を算出する（ステップＳ７０３）。視線軌跡算出部４０は、既述のように図５に示す視線軌跡を算出する。視線軌跡の算出は、注視判定部３０が、注視状態が終了したと判定して、注視状態終了信号を視線軌跡算出部４０及び頭部運動検出部２０に送信するまで実行し、注視状態が終了しない間は継続する。
【００３６】
次に、ドライバの注視状態が終了したら、視線ズレ算出部５０は、注視状態における視線軌跡における視線ズレを算出する（ステップＳ７０４）すなわち、視線ズレ算出部５０は、図６に示すように、視線軌跡の重心を検出した上、視線軌跡における検出した重心を原点とする変位量（水平方向及びピッチ方向における角度）を取得する。この変位量は、注視状態における経時変化を伴う限定に対する視角の変位量である。
【００３７】
次いで、視覚負担定量部６０は、視線軌跡から得られた経時的な変位量を、定量化する（ステップＳ７０５）。すなわち、視覚負担定量部６０は、視線ズレとして取得した経時的変位量（ピッチ方向）を、視覚負担定量部６０が保存している視角（ピッチ方向）とログマー値に関する定量化用情報を用いて、図７に示すように、ピッチ方向におけるログマー値に変換して定量化する。同様にして、経時的変位量（水平方向）を、視角（水平方向）とログマー値に関する定量化用情報（例えば、図９等）を用いて、水平方向におけるログマー値に変換して定量化し、処理を終了する。視覚負担定量部６０は、必要に応じて定量化した視覚負担情報を出力する。
【００３８】
図７に示す注視状態におけるログマー値の経時変化は、注視状態中の視線ズレを、視力の間隔尺度としてのログマー値に変換して視覚負担として表示したものとなっている。
【００３９】
以上説明した本実施形態によれば、被験者、ここでは、ドライバの注視状態における視線軌跡の重心からの変位（角度）を取得し、この変位をログマー値に変換することで、視覚ズレ、すなわち、前庭動眼反射などによっても解消できない視線のズレを視覚負担として取得し、さらに定量化することができる。こうして定量化することで、視覚負担を定量的に評価できるとともに、被験者自身の他の状態や、被験者に対する外的要因（例えば、ドライバの場合には、車両振動や運転操作等）などによって、頭部が揺れるなどして視覚負担の増大程度や減少程度を定量的に評価することができるようになる。視覚負担の定量的評価は、視覚負担を抑制するための車両制御や構造設計を可能とする。
【００４０】
本実施形態では、視線軌跡の重心を基準とした変位を、視線ズレとして取得したので、単に、視線軌跡の範囲の領域を視線ずれとして取得するよりも精度の高いものとなっている。また、本実施形態では、視線ズレを、視線軌跡の重心を基準とする変位の経時変化として取得したので、経時変化を伴って視覚負担を評価できる。
【００４１】
また、本実施形態では、眼球回転速度を監視して眼球回転速度、注視状態の開始を検出後、終了を検出するまでの注視状態とし、当該注視状態にわたって視線軌跡を取得したので、確実に注視状態における視覚負担を定量できる。また、非注視状態での視線軌跡による悪影響を排除できる。
【００４２】
また、本実施形態は、視線軌跡を、ピッチ方向と水平方向とについて取得し、視線ズレも、ピッチ方向と水平方向における視線のズレを視線ズレとして取得した。このため、ピッチ方向と水平方向との沿う方向における視線ズレに基づいて、視覚負担を定量化でできる。
【００４３】
本実施形態では、被験者を車両のドライバとし、運転中の視覚負担を定量化することを目的とするため、安全運転のために視覚負担を低減した車両のエンジンや車両の制御やシートなどの構造の開発に有用である。
【００４４】
また、本実施形態では視覚負担定量装置を説明したが、本実施形態は、視覚負担定量方法として実施できることが明らかである。すなわち、視線ズレ算出部５０による視線ズレの算出は、本方法の注視状態における眼球運動と頭部運動とから算出した視線軌跡から視線ズレを算出する視線ズレ算出工程に相当し、視覚負担定量部６０による視覚負担の定量化は、前記視線ズレを視力に換算する視覚負担定量化工程視力換算工程に相当する。
【００４５】
なお、本装置は、上記した実施形態に開示される形態に限定されるものではなく、種々の態様で実施が可能である。本実施形態では、車載用の視覚負担定量装置について説明したが、いわゆる自動車などの種々の車両搭載用に限定するものではなく、車両以外の他の移動体の乗車時や運転時、さらには、なんらかの画像（ゲームなどのエンタテインメント画像や、モニタ画像等）を見ている状態における視覚負担定量装置に適用できる。
【００４６】
また、本実施形態では、視線軌跡の重心を基準とした変位を視線ズレとして取得して、視覚負担を定量化したが、これに限定するものではなく、例えば、単に、図５において示す視線軌跡の重心点と中心窩（ピッチ方向及び水平方向の原点）からの変位量（距離）を視覚負担として定量化することもできる。すなわち、本実施形態で説明した視覚負担検出装置において、視線ズレ算出部及び視線ズレを視力に換算する視覚負担定量部に替えて、視線軌跡の重心と中心窩（ピッチ方向及び水平方向の原点）からの変位量を視覚負担として定量化する視覚負担定量部を備えるようにしてもよい。こうした視覚負担は、単独でも、また、本実施形態で説明した視線ズレに基づく視覚負担と併せて用いることもできる。
【００４７】
また、視線軌跡の外延などによって規定される領域の大きさ（サイズや面積など）を、視覚負担として定量化することもできる。すなわち、本実施形態で説明した視覚負担検出装置において、視線ズレ算出部及び視線ズレを視力に換算する視覚負担定量部に替えて、視線軌跡の外延などから、視線軌跡の領域の大きさを視覚負担として定量化する視覚負担定量化部を備えるようにしてもよい。こうした視覚負担は、単独でも、また、本実施形態で説明した視線ズレに基づく視覚負担と併せて用いることもできる。
【００４８】
また、本実施形態においては、眼球運動検出部としてアイカメラを用いたが、これに限定するものではなく、他のセンサを適宜用いてもよい。例えば、生体電極等により眼電位を計測して眼球運動を検出してもよい。あるいは、頭部とともにカメラで撮影して、得られた画像を処理することによって、眼球運動及び頭部運動を検出してもよい。また、本実施形態では、頭部運動検出部として頭部に取り付けたジャイロセンサを用いたが、これに限定するものではなく、他のセンサを用いてもよいし、既述のようにカメラを用いてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、注視判定部は、眼球の回転速度に基づいて注視状態か否かを検出するものとしたが、これに限定するものではなく、他の指標を用いてもよい。また、本実施形態では、眼球回転速度が１００ｄｅｇ／秒以下を注視状態としたがこれに限定するものではなく、ドライバであってもドライバでなくても、目的に応じて異なる眼球回転速度を基準とすることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、注視判定部は、眼球の回転速度をモニタして、注視状態の開始と終了とを検出するものとしたが、これに限定するものではなく、一旦、注視状態を検出したら、一定時間のタイマを設定して視線軌跡の取得を終了するようにしてもよいし、注視状態が終了しなくても、一定期間経過したら視線軌跡の取得を終了するようにしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、眼球運動検出部及び頭部運動検出部は、検出方向として、ピッチ方向（身体の身長（体軸）方向）及び水平方向（体軸に直交する方向）で検出したが、これに限定するものではなく、ピッチ方向のみ又は水平方向のみとしてもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、視覚負担を、間隔尺度であるログマー値に変換して定量化したが、順序尺度としての少数視力であっても、定量的評価は可能である。
【図１】
2019118429.tif 000003
【図２】
2019118429.tif 000004
【図３】
2019118429.tif 000005
【図４】
2019118429.tif 000006
【図５】
2019118429.tif 000007
【図６】
2019118429.tif 000008
【図７】
2019118429.tif 000009
【図８】
2019118429.tif 000010
【図９】
2019118429.tif 000011
【図１０】
2019118429.tif 000012