(57)【要約】【課題】被験者の状況に影響されることなく、目の位置を高精度に検出する。【解決手段】ＣＰＵは、顔画像から上向き横エッジ及び下向き横エッジを検出し（ステップＳ３）、それぞれの横方向投影ヒストグラムを作成する（ステップＳ４）。そして、下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムの各ピークの１つを上まぶた候補位置に設定し、さらに、上向き横エッジの横方向投影ヒストグラムの隣り合う２つのピークであって、上まぶた候補位置を挟むような位置にある２つのピークを顔部品下位置候補として設定する（ステップＳ５）。さらに、設定されたすべての組み合わせについて、それぞれ目の上下位置の検定量Scoreを計算し（ステップＳ６）、計算された検定量Scoreの中で、最小検定量Scoreの上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補を用いて、目の位置（上まぶた位置、下まぶた位置）を決定する（ステップＳ７）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の顔が映った画像を入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段により入力された画像に基づいて顔の左端位置及び右端位置を検出する顔左右位置検出手段と、
前記画像入力手段により入力された画像に基づいて上向き横エッジ及び下向き横エッジを検出する横エッジ検出手段と、
前記顔左右位置検出手段により検出された左端位置及び右端位置の範囲内で、前記横エッジ検出手段により検出された上向き横エッジを横方向に投影した第１のヒストグラムと、前記横エッジ検出手段により検出された下向き横エッジを横方向に投影した第２のヒストグラムと、を作成するヒストグラム作成手段と、
前記ヒストグラム作成手段により生成された第１のヒストグラムの隣り合う２つのピークと、前記ヒストグラム作成手段により生成された第２のヒストグラムの１つのピークであって前記２つのピークの間に存在するピークと、の組み合わせを抽出し、抽出した組み合わせ毎に、各ピークの位置の確からしさを示す検定量を計算する検定量計算手段と、
前記検定量計算手段により計算された組み合わせ毎の検定量のうち、最も確からしい検定量の組み合わせに基づいて目の上下方向の位置を検出する上下位置検出手段と、
前記顔左右位置検出手段により検出された左端位置及び右端位置に基づいて、目の左右方向の位置を検出する左右方向検出手段と、
を備えた目の位置検出装置。
【請求項２】
顔中心位置を中心とする所定範囲内の下向き横エッジを横方向に投影した第３のヒストグラムを作成する第２のヒストグラム作成手段と、
前記ヒストグラム作成手段により作成された第２のヒストグラムと、前記第２のヒストグラム作成手段により作成された第３のヒストグラムと、の各々のピークを比較して、ピーク値の差が所定値以下となるピークのうち最も上にあるピークの位置を探索範囲下限として設定する探索範囲下限設定手段と、を更に備え、
前記検定量計算手段は、前記探索範囲下限設定手段により設定された探索範囲下限より上に存在するピークの組み合わせを抽出し、抽出した組み合わせ毎に、各ピークの位置の確からしさを示す検定量を計算する
請求項１に記載の目の位置検出装置。
【請求項３】
前記検定量計算手段は、各ピーク値が大きくなるに従って又は第１のヒストグラムのピークと第２のヒストグラムのピークとの距離が小さくなるに従って各ピークの位置が確からしいことを示す検定量を計算する
請求項１または２に記載の目の位置検出装置。
【請求項４】
被験者の顔が映った画像に基づいて顔の左端位置及び右端位置を検出し、
前記画像に基づいて上向き横エッジ及び下向き横エッジを検出し、
前記検出された左端位置及び右端位置の範囲内で、前記検出された上向き横エッジを横方向に投影した第１のヒストグラムと、前記検出された下向き横エッジを横方向に投影した第２のヒストグラムと、を作成し、
前記作成された第１のヒストグラムの隣り合う２つのピークと、前記生成された第２のヒストグラムの１つのピークであって前記２つのピークの間に存在するピークと、の組み合わせを抽出し、抽出した組み合わせ毎に、各ピークの位置の確からしさを示す検定量を計算し、
前記計算された組み合わせ毎の検定量のうち、最も確からしい検定量の組み合わせに基づいて目の上下方向の位置を検出し、
前記検出された左端位置及び右端位置に基づいて、目の左右方向の位置を検出する
目の位置検出方法。
【請求項５】
コンピュータを、
被験者の顔が映った画像に基づいて顔の左端位置及び右端位置を検出する顔左右位置検出手段、
前記画像に基づいて上向き横エッジ及び下向き横エッジを検出する横エッジ検出手段、
前記顔左右位置検出手段により検出された左端位置及び右端位置の範囲内で、前記横エッジ検出手段により検出された上向き横エッジを横方向に投影した第１のヒストグラムと、前記横エッジ検出手段により検出された下向き横エッジを横方向に投影した第２のヒストグラムと、を作成するヒストグラム作成手段、
前記ヒストグラム作成手段により生成された第１のヒストグラムの隣り合う２つのピークと、前記ヒストグラム作成手段により生成された第２のヒストグラムの１つのピークであって前記２つのピークの間に存在するピークと、の組み合わせを抽出し、抽出した組み合わせ毎に、各ピークの位置の確からしさを示す検定量を計算する検定量計算手段、
前記検定量計算手段により計算された組み合わせ毎の検定量のうち、最も確からしい検定量の組み合わせに基づいて目の上下方向の位置を検出する上下位置検出手段、
前記顔左右位置検出手段により検出された左端位置及び右端位置に基づいて、目の左右方向の位置を検出する左右方向検出手段、
として機能させる目の位置検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目の位置検出装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顔の中の濃淡やエッジのパターンを利用して目の位置を検出する技術が提案されている。
【０００３】
顔の中の濃淡を利用するものとしては、濃淡の黒い部分を横方向に投影してヒストグラムを作成し、そのヒストグラムの形状から目や眉の位置を決定する技術が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
また、エッジのパターンを利用するものとしては、縦エッジヒストグラムから顔の中心を推定し、顔中心の位置から顔の両端を推定し、推定された顔両端の範囲内で、横エッジや縦横エッジを横方向に投影してヒストグラムを作成すると、目・眉のところにピークが現れ、それにより目や眉が検出できる技術が提案されている（特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３０７９２３号公報
【特許文献２】特開２０００−３３９４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１及び２のいずれの場合であっても、被験者が眼鏡をかけている場合には、目の周辺に目や眉とは異なるヒストグラムのピークが現れる。また濃淡画像を利用する場合には、顔に陰が写りこんだ場合にも同様の問題が発生する。したがって、このような場合には、正確に目の位置を検出できない問題がある。
【０００６】
また、特許文献１及び２の技術は、顔の位置をほぼ特定できなければ、目の位置を検出できない。よって、顔の位置がずれている場合は、背景によってヒストグラムに余分なピークが現れたりして、正確な目の位置の検出ができなくなる。さらに、特許文献１の技術は、顔の位置を特定するために鼻孔を検出しなければならないため、マスクで鼻が隠されている場合は、目の位置を検出できない問題がある。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するものであり、被験者の状況に影響されることなく、目の位置を精度良く検出することができる目の位置検出装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る目の位置検出装置は、被験者の顔が映った画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段により入力された画像に基づいて顔の左端位置及び右端位置を検出する顔左右位置検出手段と、前記画像入力手段により入力された画像に基づいて上向き横エッジ及び下向き横エッジを検出する横エッジ検出手段と、前記顔左右位置検出手段により検出された左端位置及び右端位置の範囲内で、前記横エッジ検出手段により検出された上向き横エッジを横方向に投影した第１のヒストグラムと、前記横エッジ検出手段により検出された下向き横エッジを横方向に投影した第２のヒストグラムと、を作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラム作成手段により生成された第１のヒストグラムの隣り合う２つのピークと、前記ヒストグラム作成手段により生成された第２のヒストグラムの１つのピークであって前記２つのピークの間に存在するピークと、の組み合わせを抽出し、抽出した組み合わせ毎に、各ピークの位置の確からしさを示す検定量を計算する検定量計算手段と、前記検定量計算手段により計算された組み合わせ毎の検定量のうち、最も確からしい検定量の組み合わせに基づいて目の上下方向の位置を検出する上下位置検出手段と、前記顔左右位置検出手段により検出された左端位置及び右端位置に基づいて、目の左右方向の位置を検出する左右方向検出手段と、を備えている。
【０００９】
本発明に係る目の位置検出方法は、被験者の顔が映った画像に基づいて顔の左端位置及び右端位置を検出し、前記画像に基づいて上向き横エッジ及び下向き横エッジを検出し、前記検出された左端位置及び右端位置の範囲内で、前記検出された上向き横エッジを横方向に投影した第１のヒストグラムと、前記検出された下向き横エッジを横方向に投影した第２のヒストグラムと、を作成し、前記作成された第１のヒストグラムの隣り合う２つのピークと、前記生成された第２のヒストグラムの１つのピークであって前記２つのピークの間に存在するピークと、の組み合わせを抽出し、抽出した組み合わせ毎に、各ピークの位置の確からしさを示す検定量を計算し、前記計算された組み合わせ毎の検定量のうち、最も確からしい検定量の組み合わせに基づいて目の上下方向の位置を検出する。
【００１０】
本発明に係る目の位置検出プログラムは、コンピュータを、被験者の顔が映った画像に基づいて顔の左端位置及び右端位置を検出する顔左右位置検出手段、前記画像に基づいて上向き横エッジ及び下向き横エッジを検出する横エッジ検出手段、前記顔左右位置検出手段により検出された左端位置及び右端位置の範囲内で、前記横エッジ検出手段により検出された上向き横エッジを横方向に投影した第１のヒストグラムと、前記横エッジ検出手段により検出された下向き横エッジを横方向に投影した第２のヒストグラムと、を作成するヒストグラム作成手段、前記ヒストグラム作成手段により生成された第１のヒストグラムの隣り合う２つのピークと、前記ヒストグラム作成手段により生成された第２のヒストグラムの１つのピークであって前記２つのピークの間に存在するピークと、の組み合わせを抽出し、抽出した組み合わせ毎に、各ピークの位置の確からしさを示す検定量を計算する検定量計算手段、前記検定量計算手段により計算された組み合わせ毎の検定量のうち、最も確からしい検定量の組み合わせに基づいて目の上下方向の位置を検出する上下位置検出手段、前記顔左右位置検出手段により検出された左端位置及び右端位置に基づいて、目の左右方向の位置を検出する左右方向検出手段、として機能させる。
【００１１】
上記発明によれば、ヒストグラム作成手段は、上向き横エッジを横方向に投影した第１のヒストグラムと、下向き横エッジを横方向に投影した第２のヒストグラムと、を作成する。これらのヒストグラムは、被験者の顔が少し傾いてもあまり影響が生じない。
【００１２】
検定量計算手段は、作成された第１のヒストグラムの隣り合う２つのピークと、生成された第２のヒストグラムの１つのピークであって２つのピークの間に存在するピークと、の組み合わせを抽出する。これらのピークは、目の位置及びその周辺にある顔部品の候補となる。よって、鼻や口に関する候補ではない。
【００１３】
さらに、検定量計算手段は、抽出した組み合わせ毎に、各ピークの位置の確からしさを示す検定量を計算する。そして、上下位置検出手段は、計算された組み合わせ毎の検定量のうち、最も確からしい検定量の組み合わせに基づいて目の上下方向の位置を検出する。よって、上記発明は、被験者の状況に影響されることなく、目の位置を高精度に検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る目の位置検出装置、方法及びプログラムは、被験者の状況に影響されることなく、目の位置を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る目の位置検出装置の構成を示すブロック図である。目の位置検出装置は、被験者の顔を撮影して被験者の顔が映った画像（顔画像）を生成するカメラ１０と、カメラ１０で生成された顔画像に基づいて被験者の目の位置を検出するコンピュータ２０と、を備えている。
【００１７】
コンピュータ２０は、演算処理を行うＣＰＵ２１、データのワークエリアであるＲＡＭ２２、目の位置検出ルーチンのプログラムが記憶されているＲＯＭ２３を備えている。
【００１８】
以上のように構成された目の位置検出装置は、次のルーチンを実行することによって、被験者の目の位置を検出する。図２は、目の位置検出ルーチンを示すフローチャートである。
【００１９】
ステップＳ１では、ＣＰＵ２１は、カメラ１０で生成された顔画像を入力して、ＲＡＭ２２に格納する。
【００２０】
ステップＳ２では、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２２に格納された顔画像を用いて被験者の顔の左端及び右端のそれぞれの位置である顔左右位置を検出する。なお、顔左右位置の検出手法は、特に限定されるものではなく、例えば、特開２００４−３１０３９６号公報、特開２００６−６５６４０号公報に記載された技術が用いられる。
【００２１】
ステップＳ３では、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１で入力された顔画像から上向き横エッジ及び下向き横エッジをそれぞれ検出する。ここで、上向き横エッジとは、顔画像を上から下にスキャンしたときに、画素が黒から白に変化する横エッジをいう。下向き横エッジとは、顔画像を上から下にスキャンしたときに、画素が白から黒に変化する横エッジをいう。
【００２２】
ステップＳ４では、ＣＰＵ２１は、ステップＳ２で検出された顔の左右位置が示す顔幅において、上向き横エッジ及び下向き横エッジを横方向に投影した横方向投影ヒストグラムをそれぞれ作成する。
【００２３】
図３は、上向き横エッジ及び下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムを示す図である。同図に示すように、上向き横エッジの横方向投影ヒストグラムは、眉毛の下、下まぶた、鼻孔の下、下唇の下でそれぞれピークをもつ。なお、被験者が眼鏡をかけている場合、色が濃く、太いフレームであれば、上側でも下側でもフレームの下でピークをもつ。下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムは、眉毛の上、上まぶた、鼻孔の上、上唇の上でそれぞれピークをもつ。
【００２４】
ステップＳ５では、ＣＰＵ２１は、下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムの各ピークの１つを上まぶた候補位置に設定し、さらに、上向き横エッジの横方向投影ヒストグラムの隣り合う２つのピークであって、上まぶた候補位置を挟むような位置にある２つのピークを顔部品下位置候補として設定する。そして、ＣＰＵ２１は、可能な限り、上述のような上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補の組み合わせを設定する。なお、顔部品下位置候補の上側のピークは、眉毛の下（または上側もしくは下側眼鏡フレームの下）の候補位置である。顔部品下位置候補の下側のピークは、下まぶたの位置候補である。
【００２５】
ステップＳ６では、ＣＰＵ２１は、ステップＳ５で設定されたすべての組み合わせについて、それぞれ目の上下位置の検定量Scoreを計算する。検定量Scoreは、上まぶた位置候補を基準とし、その真上と真下のそれぞれの顔部品位置候補の相対位置とピーク値とから求められる。
【００２６】
図４は、検定量の計算を説明するための図である。本実施形態では、ＣＰＵ２１は、例えば次のような検定量Scoreを計算する。
Score＝ｗ１ｄ１＋ｗ２ｄ２−ｗ３ａ１−ｗ４ａ２−ｗ５ａ３
ここで、
ａ１：顔部品下位置候補の上側のピーク値
ａ２：顔部品下位置候補の下側のピーク値
ａ３：上まぶた候補位置のピーク値
ｄ１：顔部品下位置候補の上側のピークから
上まぶた候補位置のピークまでの上下方向の距離（画素数）
ｄ２：上まぶた候補位置のピークから
顔部品下位置候補の下側のピークまでの上下方向の距離（画素数）
ｗ１〜ｗ５：重み係数
である。
【００２７】
検定量Scoreは、上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補が正しい位置又は誤った位置に設定されているかを表している。ａが大きな値になるに従って、ｄが小さな値になるに従って、上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補が正しい位置に設定されていると考えられ、このとき検定量Scoreは小さな値になる。よって、検定量Scoreが最小となったときの上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補が、最も正しい位置にあると考えられる。
【００２８】
ステップＳ７では、ＣＰＵ２１は、上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補のすべての組み合わせについて計算された検定量Scoreの中で、最小検定量Scoreを選択し、その最小検定量Scoreの上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補を用いて、目の位置（上まぶた位置、下まぶた位置）を決定する。この結果、目の上下方向の位置が検出される。
【００２９】
また、ＣＰＵ２１は、上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補のすべての組み合わせについて計算された検定量Scoreの中で、最小検定量Scoreを選択し、その次に大きい検定量Scoreを選択してもよい。このとき、ＣＰＵ２１は、２つの検定量Scoreの上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補の組み合わせのうち、相対的に下の位置にある組み合わせの上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補を抽出し、抽出した組み合わせの上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補から目の位置を検出すればよい。相対的に上の位置にある組み合わせは、眉毛の可能性が高いからである。
【００３０】
ステップＳ８では、ＣＰＵ２１は、ステップＳ２で検出された顔の左右位置から顔幅を求め、顔幅から所定の比率で両目の横方向の位置（両目の左端及び右端の位置）を決定して、本ルーチンを終了する。
【００３１】
以上のように、第１の実施形態に係る目の位置検出装置は、上向き横エッジ及び下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムをそれぞれ作成し、それぞれのピーク値から、上まぶた、下まぶた、眉毛の下（又は上側もしくは下側眼鏡フレームの下）の候補位置を設定し、最も確からしい候補位置から目の位置を高精度に検出する。
【００３２】
したがって、目の位置検出装置は、被験者が眼鏡をかけている場合であっても、上側もしくは下側眼鏡フレームの下を検出するので、目の位置を検出することができる。また、目の位置検出装置は、鼻や口を検出する必要がないので、被験者がマスクをして鼻や口が見えていない場合でも、目の位置を検出することができる。
【００３３】
さらに、目の位置検出装置は、被験者の顔が多少傾いた場合であっても、上向き横エッジ及び下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムに大きな影響が生じないので、目の位置を検出することができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３５】
第２の実施形態に係る目の位置検出装置は、鼻又は口の位置の候補を検出することで目の探索範囲の下限を設定する。具体的には、第１の実施形態の目の位置検出ルーチンに所定のステップが追加される。
【００３６】
図５は、第２の実施形態に係る目の位置検出ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、図２に示した目の位置検出ルーチンのステップＳ５及びステップＳ６の間に、ステップＳ１１からステップＳ１３を追加したものである。なお、ステップＳ１１からステップＳ１３は、ステップＳ５とステップＳ６の間でなくてもよく、ステップＳ４、Ｓ５と同時に並行して行ってもよい。このため、各ステップの順序は特に限定されるものではない。
【００３７】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ２１は、ステップＳ２で検出された顔の左端位置及び右端位置から横方向の顔中心位置を計算し、図６に示すように、顔中心位置から所定範囲内の下向き横エッジを横方向に投影し、投影の範囲内の下向き横エッジについての第２の横方向投影ヒストグラムを作成する。
【００３８】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ２１は、第２の横方向投影ヒストグラムの中からピークになっている箇所を１つ以上検出する。そして、ＣＰＵ２１は、検出したすべてのピークについて、そのピーク値と、当該ピークと同じ位置であってステップＳ４で作成された下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムのピーク値と、を比較し、差が所定値以下となる位置を鼻口位置候補として設定する。なお、差が所定値以下となる位置を抽出するのは、鼻や口の横方向投影ヒストグラムは、顔の中心付近でも、顔幅全体であっても大きな差が生じないからである。
【００３９】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ２１は、設定された鼻口位置候補の中から一番上にある鼻口位置候補の位置を、目の位置探索範囲の下限に設定する。
【００４０】
そして、ステップＳ６では、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１３で設定された下限より上にある、上まぶた候補位置及び顔部品下位置候補の組み合わせについて検定量Scoreを計算する。
【００４１】
以上のように、第２の実施形態に係る目の位置検出装置は、鼻口位置を検出し、鼻口位置を位置探索範囲の下限に設定して目の位置を検出することにより、高速かつ確実に目の位置を検出することができる。
【００４２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る目の位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】目の位置検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】上向き横エッジ及び下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムを示す図である。
【図４】検定量の計算を説明するための図である。
【図５】第２の実施形態に係る目の位置検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】顔中心位置から所定範囲の下向き横エッジの横方向投影ヒストグラムを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  カメラ
２０  コンピュータ
２１  ＣＰＵ
２２  ＲＡＭ
２３  ＲＯＭ
【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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