JP4267555B2 - Eyeball control device, eyeball control method, and eyeball control program - Google Patents
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Description
本発明は、眼球の動きを制御する眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムに関する。 The present invention relates to an eyeball control device, an eyeball control method, and an eyeball control program that control the movement of an eyeball.
従来より、ロボットの動きをより人間の動きに近づけるための研究が進められている。手足の動きだけでなく、眼球の動きを制御することができるロボットが開発されている(特許文献1〜4参照)。このようなロボットでは、球形の眼球がその中心を軸として回転運動するように構成されている。
Conventionally, research has been carried out to make the movement of a robot closer to that of a human. Robots that can control not only limb movement but also eye movement have been developed (see
一方、コンピュータグラフィックス技術により作成される人物またはロボットの顔画像においては、球形の眼球がその中心を軸として回転運動するように眼の瞳の位置および形状が表現される。それにより、顔画像の眼の動きが人間の眼の動きに模して表現される。
しかしながら、従来のロボットの眼球の動きは不自然であり、ロボットと対面して会話する際に違和感がある。同様に、コンピュータグラフィックス技術により作成される顔画像においても、眼の動きに違和感がある。 However, the movement of the eyeball of the conventional robot is unnatural, and there is a sense of incongruity when talking face-to-face with the robot. Similarly, even in a face image created by computer graphics technology, the eye movement is uncomfortable.
本発明の目的は、眼球の回転運動を人間の眼の動きにより近似するように正確に制御することができる眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムを提供することである。 An object of the present invention is to provide an eyeball control device, an eyeball control method, and an eyeball control program capable of accurately controlling the rotational movement of the eyeball so as to approximate the movement of the human eye.
本発明者は、種々の実験および検討を重ねた結果、人間の眼球はその中心ではなく中心からずれた位置で回転することを見出し、以下の発明を案出した。 As a result of repeated various experiments and examinations, the present inventor has found that the human eyeball rotates not at its center but at a position deviated from the center, and has devised the following invention.
第1の発明に係る眼球制御装置は、観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転運動を制御する眼球制御装置であって、眼球の回転方向および回転角度を取得する取得手段と、眼球の回転中心を眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定する設定手段と、取得手段により取得された回転方向および回転角度ならびに設定手段により設定された回転中心に基づいて眼球を回転させる制御手段とを備えたものである。 An eyeball control device according to a first aspect of the present invention is an eyeball control device that controls the rotational movement of an eyeball provided on a head facing an observer, the acquisition means for acquiring the rotation direction and rotation angle of the eyeball, and the eyeball Setting means for setting the center of rotation of the eyeball at a position shifted by a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction in the eyeball, and the rotation direction and rotation angle acquired by the acquisition means and the setting means And a control means for rotating the eyeball based on the rotation center.
本発明に係る眼球制御装置においては、取得手段により眼球の回転方向および回転角度が取得される。また、設定手段により眼球の回転中心が眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定される。さらに、取得された回転方向および回転角度ならびに設定された回転中心に基づいて制御手段により眼球が回転される。 In the eyeball control device according to the present invention, the rotation direction and rotation angle of the eyeball are acquired by the acquisition means. Further, the setting means sets the center of rotation of the eyeball to a position within the eyeball that is shifted by a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction. Further, the eyeball is rotated by the control means based on the acquired rotation direction and rotation angle and the set rotation center.
このようにして、眼球をその眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置を回転中心として回転させることにより、眼球の回転運動を人間の目の動きにより近似するように正確に制御することができる。 In this way, by rotating the eyeball around the center of the eyeball in a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction within the eyeball, the eyeball is rotated about the movement of the human eye. Can be accurately controlled to approximate.
頭部は、ロボットの頭部であり、眼球は、ロボットの眼球であってもよい。この場合、ロボットの眼球が眼球内においてその眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置を回転中心として回転運動する。それにより、ロボットの眼球の回転運動が人間の目の動きにより近似する。 The head may be a robot head, and the eyeball may be a robot eyeball. In this case, the eyeball of the robot rotates in the eyeball with the position shifted by a predetermined distance from the midpoint of the length in the front-rear direction of the eyeball as the center of rotation. Thereby, the rotational movement of the robot's eyeball approximates to the movement of the human eye.
頭部は、頭部の画像であり、眼球は、眼球の画像であってもよい。この場合、眼球の画像がその眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置を回転中心として回転運動する。それにより、眼球の画像の回転運動が人間の目の動きにより近似する。 The head may be an image of the head, and the eyeball may be an image of the eyeball. In this case, the image of the eyeball rotates within the eyeball with the position shifted by a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction as the center of rotation. Thereby, the rotational movement of the image of the eyeball approximates the movement of the human eye.
第2の発明に係る眼球制御方法は、観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転運動を制御する眼球制御方法であって、眼球の回転方向および回転角度を取得するステップと、眼球の回転中心を眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定するステップと、取得された回転方向および回転角度ならびに設定された回転中心に基づいて眼球を回転させるステップとを備えたものである。 An eyeball control method according to a second invention is an eyeball control method for controlling a rotational movement of an eyeball provided on a head facing an observer, the step of acquiring a rotation direction and a rotation angle of the eyeball, A step of setting the rotation center in the eyeball at a position displaced by a predetermined distance from the midpoint of the length in the front-rear direction of the eyeball , and the eyeball based on the obtained rotation direction and angle and the set rotation center And a step of rotating the.
本発明に係る眼球制御方法においては、眼球の回転方向および回転角度が取得される。また、眼球の回転中心が眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定される。さらに、取得された回転方向および回転角度ならびに設定された回転中心に基づいて眼球が回転される。 In the eyeball control method according to the present invention, the rotation direction and rotation angle of the eyeball are acquired. In addition, the center of rotation of the eyeball is set to a position within the eyeball that is shifted by a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction. Further, the eyeball is rotated based on the acquired rotation direction and rotation angle and the set rotation center.
このようにして、眼球をその眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置を回転中心として回転させることにより、眼球の回転運動を人間の目の動きにより近似するように正確に制御することができる。 In this way, by rotating the eyeball around the center of the eyeball in a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction within the eyeball, the eyeball is rotated about the movement of the human eye. Can be accurately controlled to approximate.
第3の発明に係る眼球制御プログラムは、観察者に対面する頭部に設けられる眼球の回転運動を制御するためにコンピュータにより実行可能な眼球制御プログラムであって、眼球の回転方向および回転角度を取得する処理と、眼球の回転中心を眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定する処理と、取得された回転方向および回転角度ならびに設定された回転中心に基づいて眼球を回転させる処理とを、コンピュータに実行させるものである。 An eyeball control program according to a third aspect of the invention is an eyeball control program that can be executed by a computer to control the rotational movement of the eyeball provided on the head facing the observer, and the rotation direction and rotation angle of the eyeball are determined. Processing to acquire, processing to set the center of rotation of the eyeball at a position shifted by a predetermined distance from the midpoint of the length in the front-rear direction of the eyeball in the eyeball, and the acquired rotation direction and rotation angle, and set. The computer executes the process of rotating the eyeball based on the rotation center.
本発明に係る眼球制御プログラムにおいては、眼球の回転方向および回転角度が取得される。また、眼球の回転中心が眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定される。さらに、取得された回転方向および回転角度ならびに設定された回転中心に基づいて眼球が回転される。 In the eyeball control program according to the present invention, the rotation direction and rotation angle of the eyeball are acquired. In addition, the center of rotation of the eyeball is set to a position within the eyeball that is shifted by a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction. Further, the eyeball is rotated based on the acquired rotation direction and rotation angle and the set rotation center.
このようにして、眼球をその眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置を回転中心として回転させることにより、眼球の回転運動を人間の目の動きにより近似するように正確に制御することができる。 In this way, by rotating the eyeball around the center of the eyeball in a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction within the eyeball, the eyeball is rotated about the movement of the human eye. Can be accurately controlled to approximate.
本発明によれば、眼球をその眼球内において眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置を回転中心として回転させることにより、眼球の回転運動を人間の目の動きにより近似するように正確に制御することができる。 According to the present invention, by rotating the rotation center position displaced a predetermined distance to the rear side than the midpoint of the longitudinal length of the eyeball within its eye eyeball, the rotational movement of the eyeball of the human eye It can be accurately controlled to approximate by movement.
(1)第1の実施の形態
まず、本発明に係る眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムをロボットに適用した場合について説明する。
(1) First Embodiment First, the case where the eyeball control device, the eyeball control method, and the eyeball control program according to the present invention are applied to a robot will be described.
図1は本発明の第1の実施の形態に係る眼球制御装置を備えたロボットの正面図である。図2は図1のロボットの頭部の横断面図である。図3は図1のロボットの縦断面図である。図4は図1のロボットの制御系を示すブロック図である。 FIG. 1 is a front view of a robot provided with an eyeball control device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the head of the robot shown in FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the robot of FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a control system of the robot shown in FIG.
図1に示すように、ロボット1は、頭部10、頸部20および胴部21を備える。胴部21上に頸部20を介して頭部10が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
頭部10の前面には、右の眼球11Rおよび左の眼球11Lが設けられている。眼球11R,11Lには、角膜および水晶体に相当するレンズ12R,12Lを有する。
On the front surface of the
図2に示すように、右の眼球11Rは、右眼回転駆動装置14Rにより鉛直軸の周りで左右に回転駆動される。左の眼球11Lは、左眼回転駆動装置14Lにより鉛直軸の周りで左右に回転駆動される。
As shown in FIG. 2, the
右眼回転中心位置調整装置16Rにより右の眼球11Rの回転中心の位置が前後に調整される。左眼回転中心位置調整装置16Lにより左の眼球11Lの回転中心の位置が前後に調整される。
The position of the rotation center of the
図3に示すように、頭部10内の上部には、CPU(中央演算処理装置)、メモリ等からなる制御装置15が設けられている。
As shown in FIG. 3, a
図4に示すように、制御装置15は、右眼回転駆動装置14R、左眼回転駆動装置14L、右眼回転中心位置調整装置16Rおよび左眼回転中心位置調整装置16Lを制御する。制御装置15は、ロボット制御プログラムに従って動作する。ロボット制御プログラムは、眼球制御プログラムを含む。
As shown in FIG. 4, the
図5は左の眼球11Lを側方から見た模式的縦断面図、図6は左の眼球11Lを上方から見た模式的横断面図、図7は左の眼球11Lを前方から見た模式的縦断面図である。
5 is a schematic longitudinal sectional view of the
図5〜図7において、左眼回転中心位置調整装置16Lは、図1の頭部10に固定されている。左眼回転駆動装置14Lは、前後方向に移動可能に眼球11Lに取り付けられる。また、左眼回転駆動装置14Lは、鉛直方向に延びる回転軸140を有する。左眼回転駆動装置14Lの回転軸140は、前後方向に移動可能に左眼回転中心位置調整装置16Lに取り付けられる。
5-7, the left-eye rotation center
左眼回転中心位置調整装置16Lは頭部10に固定されているので、左眼回転駆動装置14Lが回転軸140を回転させると、左眼回転駆動装置14Lが眼球11Lとともに左右に回転する。この場合、回転軸140が回転中心Pとなる。
Since the left-eye rotation center
また、左眼回転中心位置調整装置16Lが左眼回転駆動装置14Lの回転軸140を前後方向に移動させることにより眼球11Lの回転中心Pの位置を前後に調整することができる。
The left eye rotation center
右の眼球11Rの構成および動作は、左の眼球11Lの構成および動作と同様である。
The configuration and operation of the
次に、図8を参照しながら第1の実施の形態に係るロボットにおける眼球制御動作について説明する。図8は第1の実施の形態に係るロボットにおける眼球制御動作の原理を説明するための図である。 Next, an eyeball control operation in the robot according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of the eyeball control operation in the robot according to the first embodiment.
図8において、眼球11Lの中心およびレンズ12Lの中心を通る直線を長軸L1とする。長軸L1とレンズ12Lの前面との交点をp1とし、長軸L1と眼球11Lの背面(奥側の面)との交点をp2とする。この場合、眼球11Lの前後方向の長さDは、レンズ12Lの前面の点p1と眼球11Lの背面の点p2との間の距離で定義される。
In FIG. 8, a long axis L1 is a straight line passing through the center of the
眼球11Lの前後方向の長さDの中点をMとすると、眼球11Lの回転中心Pは、長軸L1上で中点Mから所定距離dだけ奥側(背面側)にずれた位置に設定される。中点Mからの回転中心Pのずれの距離dについては後述する。ずれの距離dは、後述の実験の結果、2.5mmに設定される。本実施の形態では、左眼回転中心位置調整装置16Lにより回転中心Pの位置を前後に調整することができる。
Assuming that the midpoint of the length D of the
右の眼球11Rの回転中心も、右眼回転中心位置調整装置16Rにより左の眼球11Lの回転中心Pと同様に調整することができる。
The rotation center of the
なお、眼球11R,11Lがレンズ12R,12Lの前方にプラスチックカバーを有する場合には、眼球11R.11Lの前後方向の長さDは、プラスチックカバーの前面と眼球11R,11Lの背面との間の距離で定義される。また、眼球11R,11Lがレンズ12R,12Lの代わりにプラスチックカバーを有する場合には、眼球11R,11Lの前後方向の長さDは、プラスチックカバーの前面と眼球11R,11Lの背面との間の距離で定義される。すなわち、眼球11R,11Lの前後方向の長さDは、眼球11R,11Lの外形における前面から背面までの長さで定義される。
If the
次に、第1の実施の形態に係るロボットの眼球制御動作について説明する。図9は第1の実施の形態に係るロボットの眼球制御動作を示すフローチャートである。 Next, the eyeball control operation of the robot according to the first embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the eyeball control operation of the robot according to the first embodiment.
まず、制御装置15は、右の眼球11Rおよび左の眼球11Lの回転方向を決定する(ステップS1)。次に、制御装置15は、右の眼球11Rおよび左の眼球11Lの回転角度を決定する(ステップS2)。本実施の形態では、眼球11R,11Lの回転角度の限界値を±15°とする。
First, the
次いで、制御装置15は、右の眼球11Rおよび左の眼球11Lの回転中心Pの位置を決定する(ステップS3)。本実施の形態では、右の眼球11Rおよび左の眼球11Lの回転中心Pがそれぞれ右および左の眼球11R,11Lの前後方向の長さDの中点Mよりも所定距離d奥側に決定される。
Next, the
さらに、制御装置15は、右眼回転中心位置調整装置16Rおよび左眼回転中心位置調整装置16Lによりそれぞれ右の眼球11Rおよび左の眼球11Lの回転中心Pの位置を調整する(ステップS4)。本実施の形態では、右の眼球11Rおよび左の眼球11Lの回転中心Pがそれぞれ右および左の眼球11R,11Lの前後方向の長さDの中点Mよりも所定距離d奥側に調整される。
Further, the
次いで、制御装置15は、右眼回転駆動装置14Rおよび左眼回転駆動装置14Lにより右の眼球11Rおよび左の眼球11Lをそれぞれ回転させる(ステップS5)。
Next, the
本実施の形態に係るロボット1においては、右および左の眼球11R,11Lの回転中心Pがそれぞれ眼球11R,11Lの前後方向の長さDの中点Mよりも奥側に所定距離dずれた位置に設定される。それにより、右および左の眼球11R,11Lの回転運動が人間の眼の動きにより近似する。
In the
本実施の形態では、制御装置15が取得手段に相当し、右眼回転中心位置調整装置16Rおよび左眼回転中心位置調整装置16Lが設定手段に相当し、右眼回転駆動装置14Rおよび左眼回転駆動装置14Lが制御手段に相当する。
In the present embodiment, the
(2)第2の実施の形態
次に、本発明に係る眼球制御装置、眼球制御方法および眼球制御プログラムを画像作成装置に適用した場合について説明する。
(2) Second Embodiment Next, a case where the eyeball control device, the eyeball control method, and the eyeball control program according to the present invention are applied to an image creation device will be described.
図10は本発明の第2の実施の形態の係る画像作成装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an image creating apparatus according to the second embodiment of the present invention.
画像作成装置50は、CPU(中央演算処理装置)501、ROM(リードオンリメモリ)502、RAM(ランダムアクセスメモリ)503、入力装置504、表示装置505、外部記憶装置506、記録媒体駆動装置507および入出力インタフェース508を含む。この画像作成装置50は、コンピュータグラフィックス画像(以下、CG画像と呼ぶ)を作成する。
The
入力装置504は、キーボード、マウス等からなり、各種指令および各種データを入力するために用いられる。ROM502にはシステムプログラムが記憶される。記録媒体駆動装置507は、CD−ROMドライブ、DVD(デジタルバーサタイルディスク)ドライブ、フレキシブルディスクドライブ等からなり、CD−ROM、DVD、フレキシブルディスク等の記録媒体509に対してデータの読み書きを行う。
The input device 504 includes a keyboard, a mouse, and the like, and is used for inputting various commands and various data. The
記録媒体509には、画像作成プログラムが記録されている。画像作成プログラムは、眼球制御プログラムを含む。外部記憶装置506は、ハードディスク装置等からなり、記録媒体駆動装置507を介して記録媒体509から読み込まれた画像作成プログラムおよび各種データを記憶する。CPU501は、外部記憶装置506に記憶された画像作成プログラムをRAM503上で実行する。
An image creation program is recorded on the recording medium 509. The image creation program includes an eyeball control program. The
表示装置505は、液晶表示パネル、CRT(陰極線管)等からなり、各種画像を表示する。入出力インタフェース508には、デジタルカメラ、イメージスキャナ、プリンタ等の外部機器を接続することができる。入出力インタフェース508は、デジタルカメラ、イメージスキャナ等の外部機器により画像データとして与えられる画像を外部記憶装置506に転送するとともに、画像作成プログラムにより作成された画像をプリンタ等の外部機器に転送する。
The
なお、画像作成プログラムを記録する記録媒体509として、ROM等の半導体メモリ、ハードディスク等の種々の記録媒体を用いることができる。また、画像作成プログラムを通信回線等の通信媒体を介して外部記憶装置506にダウンロードし、RAM503上で実行してもよい。
As the recording medium 509 for recording the image creation program, various recording media such as a semiconductor memory such as a ROM and a hard disk can be used. The image creation program may be downloaded to the
図11は図10の画像作成装置の動作を示すフローチャートである。この画像作成装置の動作は、画像作成プログラムに従ってCPU501により制御される。
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the image creating apparatus of FIG. The operation of this image creation apparatus is controlled by the
まず、CPU501は、右および左の眼球の回転方向を決定する(ステップS11)。次に、CPU501は、右および左の眼球の回転角度を決定する(ステップS12)。
First, the
続いて、CPU501は、右および左の眼球の回転中心の位置を決定する(ステップS13)。本実施の形態では、右および左の眼球の回転中心がそれぞれ右および左の眼球の前後方向の長さの中点よりも所定距離d奥側に決定される。
Subsequently, the
次いで、CPU501は、右および左の眼球の回転方向、回転角度および回転中心の位置に基づいて眼球内の瞳の位置を決定する(ステップS14)。眼球内の瞳の位置の決定方法については後述する。
Next, the
最後に、CPU501は、眼球内の瞳の位置に基づいて右眼および左眼の画像を作成する(ステップS15)。
Finally, the
図12は眼球内の瞳の位置の決定方法を説明するための模式図であり、(a)は眼球を上から見た図を示し、(b)は眼の画像を示す。 12A and 12B are schematic diagrams for explaining a method for determining the position of the pupil in the eyeball. FIG. 12A shows a view of the eyeball from above, and FIG. 12B shows an eye image.
図12(a)に示すように、まず、点線で示すように、眼球81および角膜部分82を描画し、眼球81の中心および角膜部分82の中心を通る長軸L1を観察者の方向に作図する。ここでは、観察者が表示装置の正面から画面を見ることを想定し、長軸L1は、画面に垂直な方向に設定する。
As shown in FIG. 12A, first, as shown by the dotted line, the
長軸L1と角膜部分82の前面との交点をp1とし、長軸L1と眼球81の背面(奥側の面)との交点をp2とする。眼球81の前後方向の長さDは、角膜部分82の前面の点p1と眼球81の背面の点p2との間の距離で定義される。
The intersection point between the long axis L1 and the front surface of the
眼球81の前後方向の長さDの中点をMとすると、眼球81の回転中心Pを長軸L1上で中点Mから所定距離dだけ奥側(背面側)にずれた位置に設定する。ずれの距離dは、後述の実験の結果、2.5mmに設定される。
Assuming that the middle point of the length D of the
次に、回転中心Pを中心として眼球81を所定角度回転させ、実線で示すように、回転後の長軸L1を作図する。また、実線で示すように、回転後の長軸L1を中心として角膜部分82を作図する。
Next, the
次いで、図12(b)に示すように、眼61の外形を描画し、眼61内に図12(a)の長軸L1と角膜部分82との交点を投影することにより瞳孔62を描画し、さらに虹彩63を描画する。このようにして、回転中心Pを中心として回転運動する眼の画像が作成される。
Next, as shown in FIG. 12B, the outer shape of the
図13は第2の実施の形態に係る画像作成装置により作成されたCG画像の一例を示す図である。図13のCG画像においては、図12に示した方法により右および左の眼が作成されている。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a CG image created by the image creating apparatus according to the second embodiment. In the CG image of FIG. 13, the right and left eyes are created by the method shown in FIG.
本実施の形態に係る画像作成装置50においては、右および左の眼球の回転中心Pがそれぞれ眼球の前後方向の長さDの中点Mよりも奥側に所定距離dずれた位置に設定される。それにより、右および左の眼球の回転運動が人間の眼の動きにより近似する。
In the
本実施の形態においては、CPU501が取得手段、設定手段および制御手段に相当する。
In the present embodiment, the
(眼球の回転中心位置の導出実験)
人間の眼球の回転中心の位置を導き出すためにMRI(核磁気共鳴画像)による次のような実験を行った。
(Derivation experiment of the rotation center position of the eyeball)
In order to derive the position of the rotation center of the human eyeball, the following experiment using MRI (nuclear magnetic resonance imaging) was performed.
図14は回転中心位置導出実験の方法を示す模式図である。MRI装置300内に被験者200が入り、MRI装置300内の被験者200の前方の壁面に視線方向提示用紙400を貼り付けた。被験者200としては、健常な視力を有する日本人の女性の合計3名を採用した。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a method for deriving the rotation center position. The subject 200 entered the
社団法人人間生活工学研究センターの2003年の日本人の人体計測データによると、成人日本女性の瞳孔間距離の平均値は62.3cmであり、本実験の3名の被験者200の瞳孔間距離の平均値は62.0cmであった。
According to the human anthropometric data in 2003 of the Human Life Engineering Research Center, the average interpupillary distance of adult Japanese women is 62.3 cm, and the interpupillary distances of the three
MRI装置300の壁面と被験者200の両眼間の中心(鼻の上部)との間の直線距離は、3名の平均値で約25cmであった。
The straight line distance between the wall surface of the
図15は回転中心位置導出実験に用いた視線方向提示用紙400を示す図である。視線方向提示用紙400には、被験者200の両眼間の中心の前方の位置を中心として水平方向、垂直方向および斜め45度方向にそれぞれ5cm間隔で複数の点が描画されている。
FIG. 15 is a diagram showing the line-of-
視線方向提示用紙400の符号TおよびBは、被験者200の視野の上および下を示し、符号LおよびRは左および右を示し、符号LTおよびLBは左上および左下を示し、符号RTおよびRBは右上および右下を示す。
The signs T and B of the line-of-
水平方向には、中心の点「0」から左右にそれぞれ点「7」までが付され、垂直方向には、中心の点「0」から上下にそれぞれ点「4」までが付され、斜め方向には、中心の点「0」から左上、左下、右上および右下にそれぞれ点「3」までが付されている。 From the center point “0” to the left and right points “7” are added in the horizontal direction, and from the center point “0” to the top and bottom points “4”, respectively, from the center point “0”. Are assigned up to the point “3” from the center point “0” to the upper left, lower left, upper right, and lower right.
被験者200の眼球のすべてを撮像できるようにMRI装置300の条件を設定した。被験者200は1点当たり約30秒の注視を行い、このときの被験者200の頭部の断面をMRI装置300により撮像した。
The conditions of the
被験者200の視線の移動時に、眼球の回転している様子を効率的に調べるために以下のような走査を行った。
The following scan was performed in order to efficiently examine the state of rotation of the eyeball when the subject's
まず、水平方向の視線移動時には、両眼のMRIを同時に取得した。被験者200が中心の点「0」から左右の可視点まで左方向および右方向に1点ずつ注視し、各点の注視ごとに被験者200の両眼のMRIを取得した。また、2名の被験者200の左右可視点は点「7」であり、1名の被験者200の左右可視点は点「5」であった。なお、被験者200の視線が最大限右向きおよび左向きとなる場合の両眼のMRIを取得した。
First, when moving the line of sight in the horizontal direction, MRI of both eyes was acquired simultaneously. The subject 200 gazes one point leftward and rightward from the central point “0” to the left and right visible points, and MRI of both eyes of the subject 200 was obtained for each gaze at each point. Further, the left and right visible points of the two
次に、垂直方向の視線移動時には、片眼ずつMRIを取得した。被験者200が中心の点「0」から点「2」および点「4」を上方向および下方向に順に注視し、各点の注視ごとに片眼ずつMRIを取得した。また、被験者200の視線が最大限上向きおよび下向きとなる場合のMRIを片眼ずつ取得した。 Next, MRI was acquired for each eye when moving the line of sight in the vertical direction. The subject 200 gazes from the center point “0” to the point “2” and the point “4” in order upward and downward, and acquires an MRI for each eye at each point. In addition, MRI was obtained for each eye when the subject's line of sight was upward and downward to the maximum.
さらに、斜め45度方向の視線移動時にも、片眼ずつMRIを取得した。被験者200が中心の点「0」、点「1」および点「2」を順に左上方向、左下方向、右上方向および右下方向に注視し、各点の注視ごとに片眼ずつMRIを取得した。また、被験者200の視線が最大限上向きおよび下向きとなる場合のMRIを片眼ずつ取得した。 Furthermore, MRI was acquired for each eye even when the line of sight moved in a 45-degree direction. The subject 200 gazes at the center point “0”, the point “1”, and the point “2” in the order of the upper left direction, the lower left direction, the upper right direction, and the lower right direction, and acquires an MRI for each eye at each point. . In addition, MRI was obtained for each eye when the subject's line of sight was upward and downward to the maximum.
図16は水平方向の視線移動時においてMRI装置により取得されたMRIを示す図である。図17は垂直方向の視線移動時においてMRI装置により取得されたMRIを示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing the MRI acquired by the MRI apparatus when moving the line of sight in the horizontal direction. FIG. 17 is a diagram showing the MRI acquired by the MRI apparatus when moving the line of sight in the vertical direction.
視線方向が異なるすべての画像において、楕円形の水晶体の形状が明瞭に得られた。図16および図17に実線で示すように、水晶体の長軸を求め、その長軸の中心点を通る垂線を作図した。この垂線と角膜の前面との交点から垂線と網膜との交点までを眼球の前後方向の長軸として求めた。前後方向の長軸の長さを眼球の前後方向の長さと定義した。 In all the images with different line-of-sight directions, an elliptical crystalline lens shape was clearly obtained. As shown by a solid line in FIGS. 16 and 17, the major axis of the crystalline lens was obtained, and a perpendicular passing through the center point of the major axis was drawn. From the intersection of the perpendicular and the front of the cornea to the intersection of the perpendicular and the retina was determined as the long axis in the front-rear direction of the eyeball. The length of the long axis in the anteroposterior direction was defined as the length of the eyeball in the anteroposterior direction.
図18はMRI装置により取得されたMRIから眼球の回転中心位置を導出する方法を説明するための図である。 FIG. 18 is a diagram for explaining a method of deriving the rotation center position of the eyeball from the MRI acquired by the MRI apparatus.
上記のように、複数のMRIにおいて眼球110R,110Lの前後方向の長軸L1を作図した後、各MRIの頭部100全体の形状に基づいて複数のMRIを正規化する。そして、水平方向の視線移動時に得られた少なくとも2枚のMRIを重ね合わせる。重ね合わされた複数のMRIの長軸L1の交点を回転中心Pとして求める。
As described above, after drawing the longitudinal axis L1 of the
同様にして、垂直方向の視線移動時に得られた少なくとも2枚のMRIを重ね合わせる。重ね合わされた複数のMRIの長軸L1の交点を回転中心Pとして求める。また、斜め45度方向の視線移動時に得られた少なくとも2枚のMRIを重ね合わせる。重ね合わされた複数のMRIの長軸L1の交点を回転中心Pとして求める。 Similarly, at least two MRI obtained at the time of vertical line-of-sight movement are superimposed. The intersection point of the major axes L1 of the plurality of superimposed MRIs is obtained as the rotation center P. In addition, at least two MRIs obtained when moving the line of sight in an oblique 45 degree direction are superimposed. The intersection point of the major axes L1 of the plurality of superimposed MRIs is obtained as the rotation center P.
以上の結果、眼球の回転中心は、眼球の前後方向の長軸の中点から奥側に2.5mmずれた位置となった。 As a result, the center of rotation of the eyeball was shifted by 2.5 mm from the midpoint of the long axis in the front-rear direction of the eyeball to the back side.
図19はMRI装置により取得されたMRIから眼球の最大回転角度を導出する方法を説明するための図である。 FIG. 19 is a diagram for explaining a method of deriving the maximum rotation angle of the eyeball from the MRI acquired by the MRI apparatus.
図19に示すように、被験者200が点「0」を注視したときの正規化されたMRIと被験者200の視線が最大限右向きになる場合の正規化されたMRIとを重ね合わせる。そして、重ね合わされた2枚のMRIにおいて、右および左の眼球の長軸L1がなす角度をそれぞれ右方向視線移動時の右および左の眼球の最大回転角度として求める。同様にして、左方向視線移動時の右および左の眼球の最大回転角度を求める。 As shown in FIG. 19, the normalized MRI when the subject 200 gazes at the point “0” and the normalized MRI when the subject's 200 line of sight is directed to the right are overlapped. Then, in the two superposed MRIs, the angles formed by the major axes L1 of the right and left eyeballs are respectively determined as the maximum rotation angles of the right and left eyeballs when moving in the right direction. Similarly, the maximum rotation angles of the right and left eyeballs when moving in the left direction are obtained.
また、被験者200が点「0」を注視したときの正規化されたMRIと被験者200の視線が最大上向きになる場合の正規化されたMRIとを重ね合わせることにより、上方向視線移動時の右および左の眼球の最大回転角度を求める。同様にして、下方向視線移動時の右および左の眼球の最大回転角度を求める。 In addition, by superimposing the normalized MRI when the subject 200 gazes at the point “0” and the normalized MRI when the subject's 200's line of sight is maximum upward, the right when moving the upward line of sight And obtain the maximum rotation angle of the left eyeball. Similarly, the maximum rotation angles of the right and left eyeballs when the downward line of sight is moved are obtained.
以上の結果、右方向視線移動時の右の眼球および左の眼球の最大回転角度は、それぞれ約53度および約48度となり、左方向視線移動時の右の眼球および左の眼球の最大回転角度は、それぞれ約48度および約53度となった。 As a result, the maximum rotation angles of the right eyeball and the left eyeball when moving in the rightward direction are about 53 degrees and about 48 degrees, respectively, and the maximum rotation angle of the right eyeball and the left eyeball when moving in the leftward direction Were about 48 degrees and about 53 degrees, respectively.
また、上方向視線移動時の右の眼球および左の眼球の最大回転角度は、共に約40度となり、下方向視線移動時の右の眼球および左の眼球の最大回転角度は、共に約53度となった。 Further, the maximum rotation angle of the right eyeball and the left eyeball when moving in the upward line of sight is both about 40 degrees, and the maximum rotation angle of the right eyeball and left eyeball when moving in the downward direction is both about 53 degrees. It became.
本発明は、ロボット、画像作成等に利用することができる。 The present invention can be used for robots, image creation, and the like.
1 ロボット
10,100 頭部
11R 右の眼球
11L 左の眼球
12R,12L レンズ
14R 右眼回転駆動装置
14L 左眼回転駆動装置
15 制御装置
16R 右眼回転中心調整装置
16L 左眼回転中心調整装置
20 頸部
21 胴部
50 画像作成装置
61 眼
81,110R,110L 眼球
82 水晶体
140 回転軸
200 被験者
300 MRI総値
400 視線方向提示用紙
501 CPU
502 ROM
503 RAM
504 入力装置
505 表示装置
506 外部記憶装置
507 記録媒体駆動装置
508 入出力インタフェース
509 記録媒体
P 回転中心
DESCRIPTION OF
502 ROM
503 RAM
504
Claims (5)
前記眼球の回転方向および回転角度を取得する取得手段と、
前記眼球の回転中心を前記眼球内において前記眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定する設定手段と、
前記取得手段により取得された回転方向および回転角度ならびに前記設定手段により設定された回転中心に基づいて前記眼球を回転させる制御手段とを備えたことを特徴とする眼球制御装置。 An eyeball control device that controls the rotational movement of the eyeball provided on the head facing the observer,
Obtaining means for obtaining a rotation direction and a rotation angle of the eyeball;
Setting means for setting the center of rotation of the eyeball at a position shifted a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction within the eyeball;
An eyeball control device comprising: control means for rotating the eyeball based on the rotation direction and rotation angle acquired by the acquisition means and the rotation center set by the setting means.
前記眼球の回転方向および回転角度を取得するステップと、
前記眼球の回転中心を前記眼球内において前記眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定するステップと、
前記取得された回転方向および回転角度ならびに前記設定された回転中心に基づいて前記眼球を回転させるステップとを備えたことを特徴とする眼球制御方法。 An eyeball control method for controlling the rotational movement of an eyeball provided on a head facing an observer,
Obtaining a rotation direction and a rotation angle of the eyeball;
Setting the center of rotation of the eyeball to a position within the eyeball that is shifted a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction;
And a step of rotating the eyeball based on the acquired rotation direction and rotation angle and the set rotation center.
前記眼球の回転方向および回転角度を取得する処理と、
前記眼球の回転中心を前記眼球内において前記眼球の前後方向の長さの中点よりも奥側に所定距離ずれた位置に設定する処理と、
前記取得された回転方向および回転角度ならびに前記設定された回転中心に基づいて前記眼球を回転させる処理とを、前記コンピュータに実行させることを特徴とする眼球制御プログラム。 An eyeball control program that can be executed by a computer to control the rotational movement of the eyeball provided on the head facing the observer,
Processing for obtaining a rotation direction and a rotation angle of the eyeball;
A process of setting the center of rotation of the eyeball at a position shifted a predetermined distance from the midpoint of the length of the eyeball in the front-rear direction within the eyeball;
An eyeball control program that causes the computer to execute a process of rotating the eyeball based on the acquired rotation direction and rotation angle and the set rotation center.
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