DE4039145A1

DE4039145A1 - Verfahren zum erfassen der blickrichtung des menschlichen auges

Info

Publication number: DE4039145A1
Application number: DE4039145A
Authority: DE
Inventors: Osamu Shindo
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1991-06-13
Anticipated expiration: 2010-12-08
Also published as: JPH03177827A; US5485404A; DE4039145C2; JP2787491B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Erfassen der Blickrichtung bekannt, die mit einem Liniensen sor arbeitet. Dieser ist eine photoleitfähige Anordnung von Bitelementen, auf die paralleles Licht fällt, welches auf den Augapfel gerichtet ist und daran reflektiert wird. Das Ausgangssignal des Liniensensors dient zum Erfassen der Blickrichtung. Das an dem Augapfel reflektierte Licht ent hält ein Spitzensignal (d. h. das erste Purkinje-Bild), das die Spitzenposition entsprechend der Blickrichtung ändert. Ferner enthält es ein Signal (erster Signalpegel) entspre chend dem an der Iris reflektierten Licht und ein Signal (zweiter Signalpegel) entsprechend dem am Augenhintergrund reflektierten Licht. Der Änderungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Signalpegel ergibt eine Information über die Position der Innenkante der Iris und entsprechend dem Rand der Pupille. Die Blickrichtung kann damit aus der Informa tion der Position des Pupillenrandes und der Position des Spitzensignals abgeleitet werden.

Bei diesem bekannten Erfassungsverfahren kann die Position des Spitzensignals relativ leicht und genau festgestellt werden, jedoch ist es sehr schwierig, den Änderungspunkt (Grenze) zwischen dem ersten Signalpegel und dem zweiten Signalpegel festzustellen, da diese ein Rauschen enthalten. Die ungenaue Erfassung des Pupillenrandes führt zu einer entsprechend ungenauen Bestimmung der Blickrichtung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erfassen der Blickrichtung anzugeben, mit dem der Änderungs punkt zwischen zwei Signalanteilen genau festzustellen ist, die auf einen Lichtanteil durch Reflexion am Augapfel bzw. an der Iris und auf einen Lichtanteil durch Reflexion am Augenhintergrund zurückgehen und ein Rauschen enthalten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem Verfahren nach der Erfindung wird der Änderungs punkt in zwei Schritten erfaßt. Bei dem ersten Schritt wird er provisorisch und beim zweiten Schritt genau aufgrund von Daten erfaßt, die die Position des provisorisch bestimmten Änderungspunktes angeben. Wenn der Liniensensor im zweiten Erfassungsschritt kein Ausgangssignal abgibt, werden die Positionsdaten des provisorisch bestimmten Änderungspunktes dazu benutzt, ihn und damit die Blickrichtung zu bestimmen.

Dabei kann so vorgegangen werden, daß nach dem ersten Schritt festgestellt wird, ob Positionsdaten über den Ände rungspunkt aus den Positionsdaten des provisorisch ermittel ten Änderungspunktes erhalten wurden, worauf dann in einem weiteren Schritt die endgültigen Positionsdaten des Ände rungspunktes ermittelt werden. Sollten diese endgültigen Daten nicht verfügbar sein, so werden die Daten des proviso risch ermittelten Änderungspunktes als endgültige Daten verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine diagrammartige Darstellung eines Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Hauptteile eines optischen Systems zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Sucher bildes einer einäugigen Spiegelreflexkamera, die mit einer Blickrichtungserfassung ausge rüstet ist,

Fig. 4 eine beispielsweise Darstellung eines ersten Purkinje-Bildes, das unter Verwendung einer Blickrichtungserfassung nach der Erfindung erzeugt wird,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 zum Erklären des Verfahrensablaufs zum Ableiten der Posi tion eines Spitzenwertes (Spitzenposition) in einer Signalverarbeitungsschaltung nach Fig. 2 durch Interpolation,

Fig. 6 das Diagramm eines Verfahrens zum Entfernen einer Spitzenkomponente aus einem Signalver lauf einer photoelektrischen Anordnung,

Fig. 7 eine Musterkurve für das Signal einer photo elektrischen Anordnung,

Fig. 8 das Ausgangssignal einer photoelektrischen Anordnung bei der Erfindung und

Fig. 9 bis 12 Flußdiagramme des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die folgende Beschreibung betrifft ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in dem Autofokus-System einer einäugigen Spiegelreflexkamera eingesetzt wird.

Fig. 3 zeigt das Sucherbild einer einäugigen Spiegelreflex kamera mit drei Scharfstellzonen 11, 12 und 13. Der Abstand zwischen den Mitten dieser Scharfstellzonen 11, 12 und 13 beträgt in der Praxis etwa 9 mm. Eine einäugige Spiegelre flexkamera hat nicht dargestellte optische Autofokussysteme entsprechend den Scharfstellzonen 11, 12 und 13. Diese Sy steme haben Scharfstellzonen (nicht dargestellt) entspre chend den Zonen 11, 12 und 13 an Positionen, die zu den Scharfstellzonen 11, 12 und 13 konjugiert sind. Die opti schen Autofokussysteme entsprechend den Scharfstellzonen 11, 12 und 13 haben, wie Fig. 2 zeigt, CCD-Elemente 14, 15 und 16. Auf diesen werden Objektbilder 17, 18 und 19 mit zwei Separatorlinsen (nicht dargestellt) erzeugt, die jeweils einen Teil eines optischen Autofokussystems bilden.

Die CCD-Elemente 14, 15 und 16 werden wahlweise entsprechend einem Ausgangssignal einer Prozessorschaltung 20 einer Ein richtung zum Erfassen der Blickrichtung angesteuert, die noch erläutert wird.

Die folgende Beschreibung betrifft den allgemeinen Aufbau eines optischen Systems der Einrichtung zum Erfassen der Blickrichtung.

In Fig. 2 sind ein Pentaprisma 21, eine Okularlinse 22, ein Kamera-Gehäuserahmen 23, ein Lichtübertragungssystem 24 zum Erfassen der Blickrichtung, ein Lichtempfangssystem 25 zum Erfassen der Blickrichtung und ein Bildteiler 26 darge stellt. Das Lichtübertragungssystem 24 hat eine Lichtquelle 27′ und ein Kompensationsprisma 28′. Die Lichtquelle 27′ gibt Infrarotlicht ab, das über das Kompensationsprisma 28′ und das Pentaprisma 21 auf die Okularlinse 22 gerichtet wird, so daß es damit parallel gebündelt wird. Das parallele Infrarotlicht wird einem Sucherfenster 28 über den Bildtei ler 26 zugeführt. Wenn der Kamerabenutzer mit seinem Auge 29 das Sucherfenster 28 betrachtet, so kann er die Objekte 17, 18 und 19 (Fig. 3) sehen. Gleichzeitig fällt das parallele Infrarotlicht zum Erfassen der Blickrichtung auf sein Auge.

Durch die Projektion des parallelen Infrarotlichts wird ein erstes Purkinje-Bild PI auf der Hornhaut 30 des Auges 29 erzeugt, das in Fig. 4 gezeigt ist. Ein Teil des Infrarot lichts erreicht den Augenhintergrund durch die Hornhaut 30 hindurch. Bekanntlich ändert sich die Position des ersten Purkinje-Bildes PI mit der Drehung des Augapfels, die die Blickrichtung ändert. Entsprechend kann der Drehwinkel des Augapfels durch die Positionsbeziehung des ersten Purkinje- Bildes PI und der Mitte 32 (oder des Randes) der Pupille 31 bestimmt werden. Das am Augenhintergrund und das an der Hornhaut 30 reflektierte Licht fallen wiederum durch das Sucherfenster 28 auf den Bildteiler 26. Dadurch werden beide Lichtanteile durch den Bildteiler 26 zu dem Lichtempfangs system 25 reflektiert. Dieses enthält eine Kondensorlinse 33, einen Spiegel 34, eine Bilderzeugungslinse 35 und einen ersten Dimensions-Liniensensor (CCD) 36, der eine große Zahl photoleitfähiger Bitelemente vorbestimmter Breite hat. Das Bild des am Augenhintergrund reflektierten Lichts und das erste Purkinje-Bild PI mit dem an der Hornhaut 30 reflek tierten Licht werden in dem ersten Dimensions-Liniensensor 36 erzeugt. Dieser gibt ein photoelektrisches Signal ent sprechend diesen Bildern ab. Die Kurve 3 dieses Signals enthält eine Spitzenkomponente 1 entsprechend dem ersten Purkinje-Bild PI, eine Signalkomponente 2 entsprechend dem am Augenhintergrund reflektierten Licht und eine Signalkom ponente 4 entsprechend dem an der Iris reflektierten Licht, wie Fig. 6 und 7 zeigen. Das die Kurve 3 bildende photoelek trische Signal wird der Prozessorschaltung 20 zugeführt.

Fig. 6 und 7 zeigen ein ideales Muster der photoelektrischen Signalkurve 3. Nimmt man an, daß der Teil 4 entsprechend dem an der Iris reflektierten Licht der erste Signalpegel und der Teil 2 entsprechend dem am Augenhintergrund reflektier ten Licht der zweite Signalpegel ist, so gibt es einen kla ren Unterschied zwischen den beiden Teilen 4 und 2, der auf unterschiedliche Reflexionsfähigkeit zurückzuführen ist. Die Grenzen (Änderungspunkte) 5 zwischen den beiden Signalpegeln bestimmen zwei diametral einander gegenüberliegende Punkte 37 der Pupille. Die Blickrichtung wird entsprechend der relativen Positionsbeziehung zwischen der Spitzenkomponente 1 aus dem ersten Purkinje-Bild PI und der Pupille (d. h. der Mitte zwischen den beiden Punkten 37) bestimmt. Es ist sehr wichtig, die Änderungspunkte 5 genau zu bestimmen, damit sich die genaue Blickrichtung ergibt.

Es ist nicht schwierig, die Änderungspunkte 5 in Fig. 6 und 7 zu erfassen, in denen die Punkte 5 klar auftreten. Die Kurve 3 des photoelektrischen Signals hat in der Praxis jedoch nicht derart klare Änderungspunkte.

Um diese Änderungspunkte dennoch zu bestimmen, führt die Signalprozessorschaltung 20 die folgenden Operationen ent sprechend einem vorbestimmten arithmetischen Programm durch.

1. Erfassen der Position des ersten Purkinje-Bildes PI:

1.1 Erfassen eines Bitelements entsprechend dem Spitzenwert der Kurve 3 des photoelektrischen Signals. In diesem Schritt wird zum Erhalten eines Maximalwertes nach einem an sich bekannten Verfahren ein Anfangswert Vmax=0 (Schritt 1 in Fig. 9) in einen Maximalwertspei cher (nicht dargestellt) als provisorischer Maximalwert Vmax eingesetzt. Die Bitelemente des ersten Dimensions Liniensensors, deren Zahl N ist, werden nacheinander von links nach rechts erhalten, um ein Bitelement zu finden, das einen über den provisorischen Maximalwert Vmax hinausgehenden Wert abgibt. Das so erfaßte Bitele ment wird erneuert als ein Bitelement mit einem zweiten provisorischen Maximalwert Vmax, so daß die Adresse Imax des Bitelements entsprechend dem zweiten proviso rischen Maximalwert Vmax in einem Bitadressenspeicher (nicht dargestellt) gespeichert wird.

Mit anderen Worten: Der zweite provisorische Maximal wert Vmax wird mit dem Ausgangssignal V(I) des Bitele ments Nr. I in Schritt S2 verglichen. Wenn V(I) ≧ Vmax, so werden in Schritt S3 Vmax=V(I) und Imax=I gesetzt. Wenn andererseits V(I)<Vmax, so wird die Adresse des Bitelements in Schritt S4 um 1 erhöht und die Operation des Schritts S2 wiederholt.

Die vorstehend erläuterten Operationen der Schritte S1 bis S4 werden wiederholt, bis I=N, die vorstehenden Operationen werden also für das letztgültige Bitelement (N-tes Bitelement) durchgeführt. Entsprechend wird ein realer Maximalwert (Spitzenwert) Vmax in dem Maximal wertspeicher gespeichert, und die Adresse Imax des ent sprechenden Bitelements wird in dem Bitadressenspeicher gespeichert.

1.2 Erfassen der Position des ersten Purkinje-Bildes PI als eine Interpolationskoordinate Xpeak unter Verwendung des Bitelements, welches den Maximalwert abgibt (Fig. 5 und 9). In diesem Schritt werden die Zahl Imax des Bitelements und der reale Maximalwert Vmax aus dem Bitadressenspeicher bzw. dem Maximalwertspeicher gele sen. Danach wird die Zahl Imax-1 des nächsten, links von Imax liegenden Bitelements aus dem Bitadressenspei cher gelesen, so daß der Ausgangswert V(Imax-1) des Bitelements Imax-1 als V_-1 in dem Maximalwertspeicher gespeichert wird.

Ferner wird die Zahl Imax+1 des nächsten Bitelements rechts von Imax aus dem Bitadressenspeicher gelesen, so daß der Ausgangswert V(Imax+1) des Bitelements Imax-1 als V₊₁ in dem Maximalwertspeicher gespeichert wird (Schritt S5).

Danach wird in Schritt S6 geprüft, ob V_-1 V₊₁ ist. Dann geht die Steuerung zu Schritt S7 oder S8, um die Interpolationskoordinate Xpeak zu erhalten.

Wenn das Ausgangssignal V_-1 des Bitelements Imax-1 gleich dem Ausgangssignal V₊₁ des Bitelements Imax+1 ist, so kann davon ausgegangen werden, daß der Spitzen wert an der zentralen Position des Bitelements Imax gegeben ist. Da aber das Ausgangssignal V_-1 normaler weise nicht gleich dem Ausgangssignal V₊₁ ist und da das Bitelement eine gewisse Breite hat, wird der Wert Xpeak durch Interpolation abgeleitet.

Wenn in Schritt S6 V_-1 V₊₁ festgestellt wird, so er gibt sich ein Schnittpunkt der Linien A und B (Fig. 5) in Schritt S8 durch die folgende Gleichung, die mathe matisch die Steigung einer Linie angibt:

Xpeak = Imax + 1 - [{2 · Vmax - (V_-1 + V₊₁)}/2 · (Vmax - V_-1)]

Wenn in Schritt S6 V_-1<V₊₁ festgestellt wird, so wird in Schritt S7 stattdessen die folgende Gleichung angewendet:

Xpeak = Imax - 1 + [{2 · Vmax - (V_-1 + V₊₁)}/2 · (Vmax - V_-1)]

Somit kann die Position des ersten Purkinje-Bildes PI als die Interpolationskoordinate Xpeak erhalten werden aus dem Bitelement, das einen Spitzenwert ergibt, und zwei weiteren Bitelementen beiderseits dieses Bitele ments.

2. Entfernen von Bitelementen des ersten Purkinje-Bildes PI aus dem zu bearbeitenden Objekt.

In diesem Verfahren werden die Bitelemente entsprechend der Spitzenkomponente 1 (Fig. 6) aus der Operation entfernt. Dies kann erreicht werden, indem die Aus gangssignale der Bitelemente rechts und links des Bit elements Imax nicht gelesen werden. In Fig. 6 werden die Bitelemente in einem Bereich C aus dem zu bearbei tenden Objekt entfernt.

Die Zahl der zu entfernenden Bitelemente hängt von den optischen Eigenschaften der Einrichtung zur Blickrich tungserfassung und von der Breite der Bitelemente des ersten Dimensions-Liniensensors 36 ab. Vorzugsweise wird sie anhand der Wellenform der Kurve 3 des photo elektrischen Signals bestimmt, die auf einem Bildschirm dargestellt werden kann.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Bit elemente zwischen den vierten Bitelementen (Imax-4) und Imax+4), gezählt von dem den realen Maximalwert Vmax abgebenden Bitelement in beiden Richtungen entfernt.

Danach ergeben sich zur Bestimmung von Schwellwerten der Bitelemente rechts und links der entfernten Bit elemente das rechte Endelement I_R der Kurve 40 auf der linken Seite und das linke Endelement I_L der Kurve 41 auf der rechten Seite nach Erfassen der diametral ein ander gegenüberliegenden Punkte 37 der Pupille (Iris) folgendermaßen. Das Bitelement Imax-5 wird in dem Teil des Speichers gespeichert, der dem rechten Endelement I_R entspricht. Danach wird das Bitelement Imax+5 in dem Teil des Speichers gespeichert, der dem linken Endele ment IL entspricht (Schritt S9).

3. Erfassen der diametral einander gegenüberliegenden Punkte 37 der Pupille (Iris). Die Ausgangssignale der Bitelemente mit entfernten Bitelementen, die die Spit zenkomponente 1 abgeben, werden zum Erfassen der Ände rungspunkte 5 für die linke und rechte Kurve 40 und 41 verwendet. Da die Operation für die rechte Kurve 41 symmetrisch derjenigen für die linke Kurve 40 bezüglich der Spitzenkomponente 1 ist, wird im folgenden nur die Operation für die linke Kurve 40 beschrieben.

3.1 Ein Schwellwert SL, der unter dem Ausgangswert V(I_R) des rechten Endelements I_R (I_R=Imax-5) der rechten Kur ve 40 liegt, wird, wie in Fig. 1 gezeigt, eingestellt. Vorzugsweise ist der Schwellwert SL etwa der halbe Ausgangswert V(I_R) des Bitelements I_R. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist SL_L=V(I_R)/2 (Schritt S101 in Fig. 9).

In Schritt S102 wird geprüft, ob die Ausgangssignale V(I) und V(I₊₁) der beiden benachbarten Bitelemente unter oder über dem Schwellwert SL_L liegen. Dies wird von I=1 bis I=I_R wiederholt (Schritt 102′). Wenn die beiden benachbarten Bitelemente gefunden sind, welche die vorstehende Bedingung erfüllen, werden sie in dem Speicher als I₁ und I₂ (Fig. 1) gespeichert (Schritt S103).

3.2 Eine erste Linie K1 zum Erfassen des Änderungspunktes 5 nach dem Newton-Verfahren wird erhalten.

Zunächst werden das zweite Bitelement I₁+2 (=I₃) ausge hend von dem Bitelement I₁ nach rechts und das zweite Bitelement I₁-2 (=I₄) ausgehend von dem Bitelement I₁ nach links erhalten und in den Teilen I_UP und I_LO des Speichers gespeichert (Schritt S104). Ferner wird D=4 gespeichert. "D" bedeutet die Bitzahlen zwischen I₃ und I₄. Danach geht die Steuerung zu Schritt S105, um die arithmetische Operation zum Bestimmen der ersten Linie K1 durchzuführen. Die erste Linie K1 ergibt sich näm lich durch Verbinden der Ausgangswerte V₃ und V₄ ent sprechend I₃ und I₄. Es kann davon ausgegangen werden, daß die Ausgangssignale der Bitelemente I₁ und I₂ sowie der danebenliegenden Bitelemente längs der ersten Linie K1 oder nahe dieser Linie liegen. Die Linie K1 hat einen Steigungswinkel A₁ und einen Abschnitt (Ausgangs pegel bei Referenzbit) B₁, die durch die folgenden Gleichungen angegeben werden:

A = {V(I_UP) - V(I_LO)}/D
B = {I_UP × V(I_LO - I_LO × V(I_UP)}/D

3.3 Ein Schnittpunkt X₁, an dem die erste Linie K1 den Nullpegel (vorbestimmter Pegel) schneidet, wird erhal ten. Danach wird ein Bitelement, das dem Punkt X₁ links am nächsten liegt, als Nulldurchgangs-Bitelement (I₅) gesetzt. Dies kann durch Speichern des Wertes (-B₁ DIV A₁) in dem Speicherteil I_UP geschehen.

B₁ DIV A₁ wird durch die folgende Gleichung gegeben:

B₁ DIV A₁ = SGN(B/A) · INT(ABS(B/A)).

Dabei ist ABS(B/A) ein Absolutwert von B/A, INT eine ganze Zahl von B/A, die auf die nächst kleinere ganze Zahl abgerundet ist, und SGN ein Vorzeichen zum Unter scheiden des negativen und positiven Wertes. Somit wird das Nulldurchgangs-Bitelement erhalten.

Danach wird das vierte Bitelement I_UP-4 (=I₆) ausgehend von dem Nulldurchgangs-Bitelement I₅ nach links in dem Speicherteil I_LO gespeichert (Schritt S106). Danach geht die Steuerung zu Schritt S107 (Fig. 10), um die arithmetische Operation für die Ableitung der zweiten Linie K2 durchzuführen, die in Fig. 12 gezeigt ist. Die zweite Linie K2 ergibt sich durch Verbinden des Aus gangswertes V₆ des Bitelements I₆ und des Ausgangswer tes V₅ des Nulldurchgangs-Bitelements I₅. Es ist davon auszugehen, daß die Ausgangssignale der Bitelemente I₅ und I₆ sowie der benachbarten Bitelemente auf der zwei ten Linie K2 oder in deren Nachbarschaft liegen. Die zweite Linie K2 hat einen Steigungswinkel A₂, der klei ner als derjenige der ersten Linie K1 ist. Der Stei gungswinkel A₂ und ein Abschnitt B₂ können ähnlich wie bei der ersten Linie K1 abgeleitet werden.

3.4 Ein Schnittpunkt X₂ der ersten Linie K1 und der zweiten Linie K2 sind mathematisch durch die folgende Formel gegeben und werden in Schritt S108 erhalten:

X₂=(B₁-B₂)/(A₂-A₁).

Der so erhaltene Schnittpunkt X₂ ist ein provisorischer Änderungspunkt 5 der Kurve 3 des photoelektrischen Signals.

Um den Änderungspunkt 5 mit höherer Genauigkeit zu erfassen, wird eine dritte Linie K3 in noch zu beschreibender Weise ausgewertet, für die der Schnitt punkt X₂ verwendet wird. Die dritte Linie K3, deren Steigungswinkel (Absolutwert) größer als derjenige der ersten Linie K1 ist, ergibt sich aus den Bitelementen in der Nachbarschaft des Schnittpunktes X₂, was noch beschrieben wird. Der Änderungspunkt 5 ist durch einen Schnittpunkt der zweiten Linie K2 und der dritten Linie K3 gegeben.

3.5 Ein Bitelement I_X2, das dem Schnittpunkt X₂ links am nächsten liegt, ergibt sich durch die folgende Formel:
I_X2=X₂ DIV 1.

Die dritte Linie K3 ergibt sich durch Verbinden des Ausgangswertes V₇ des zweiten Bitelements I₇, gezählt von dem Bitelement I_X2 nach rechts, und des Ausgangs wertes V₈ des vierten Bitelements I₈ (das in diesem Ausführungsbeispiel identisch mit I₂ ist), gezählt von dem Bitelement I₇. Der Wert (X₂+2) wird in dem Spei cherteil I_LO gespeichert, und der Wert (I_LO+4) wird in dem Speicherteil I_UP gespeichert, um das zu verwendende Bitelement zu bezeichnen (Schritt S109). Danach geht die Steuerung zu Schritt S110, um die Operation nach Fig. 12 durchzuführen, die zu der dritten Linie K3, zu deren Steigungswinkel A₃ und zu dem Abschnitt B₃ führt. Es ist davon auszugehen, daß die Ausgangssignale der Bitelemente I₂ und I₇ sowie der benachbarten Bitelemen te auf der dritten Linie K3 oder in deren Nachbarschaft liegen. Die Linie K3 gibt die Ausgangssignale dieser Bitelemente mit höherer Genauigkeit an als die erste Linie K1. Der Steigungswinkel A₃ und der Abschnitt B₃ können ähnlich wie bei der ersten Linie K1 erhalten werden.

3.6 Der so erhaltene Schnittpunkt Xedge entspricht dem Änderungspunkt 5, welcher einen der diametral einander gegenüberliegenden Punkte 37 der Pupille angibt.

Die vorstehend genannten Operationen werden für die rechte Kurve 41 durchgeführt, um den anderen diametra len Punkt 37 der Pupille zu erhalten. Das Zentrum der Pupille kann durch einen Mittelwert der Koordinaten der beiden diametralen Punkte 37 erhalten werden.

In Schritt S111 wird geprüft, ob der Steigungswinkel A₂ der zweiten Linie K2 identisch mit dem Steigungswinkel A₃ der dritten Linie K3 ist, um zu beurteilen, ob der Schnittpunkt Xedge durch die zweite Linie K2 und die dritte Linie K3 zu erhalten ist.

Ist A₃ nicht identisch mit A₂, so wird der Schnittpunkt Xedge durch die folgende Gleichung erhalten, indem die zweite Linie K2 und die dritte Linie K3 angewendet werden (Schritt S112):

Xedge=(B₃-B₂)/(A₂-A₃).

Danach wird in Schritt S113 geprüft, ob der Wert Xedge über einem bestimmten Grenzwert TL liegt. Wenn der Grenzwert TL über Xedge liegt, wird dieser Wert auf TL gesetzt (Xedge=TL), um die Operation für die rechte Kurve 41 durchzuführen (Schritt S11). Wenn andererseits der Grenzwert TL gleich oder kleiner als Xedge ist, so geht die Steuerung direkt auf die Operation für die rechte Kurve über (Schritt S11 in Fig. 11). Gleicharti ge Operationen werden für die rechte Kurve durchge führt.

Wenn die Operation für die rechte Kurve abgeschlossen ist, ergibt sich ein Mittelwert Xmean der Schnittpunkte Xedge (linke und rechte Seite) zum Erfassen der Pupil lenmitte (Schritt S12). Danach ergibt sich die Position Xobj der X-Koordinate durch die folgende Formel, indem der Mittelwert Xmean und die Interpolationskoordinate Xpeak zum Feststellen der Blickrichtung verwendet wer den (Schritt S13):

Xobj=C×(Xmean-Xpeak).

Der Koeffizient C ist dabei ein Wert, der sich aus dem Prinzip der Blickrichtungserfassung ergibt. Dieser Wert kann 2,467 betragen.

3.7 Wenn der Schnittpunkt Xedge mit der zweiten Linie K2 und der dritten Linie K3 nicht erhalten werden kann, so wird der Schnittpunkt X₂ der ersten Linie K1 und der zweiten Linie K2 provisorisch als Änderungspunkt 5 angenommen. Ergibt sich in Schritt S111 (Fig. 10), daß der Steigungswinkel A₂ der zweiten Linie K2 mit dem Steigungswinkel A₃ der dritten Linie K3 übereinstimmt, so geht die Steuerung zu Schritt S115, um Xedge mit X₂ gleichzusetzen (Xedge=X₂). Danach geht die Steuerung zu Schritt S113.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel der Kurve 3 des photoelektrischen Signals für das geschlossene Augenlid. Wenn die vorstehend genannten Operationen bei Schritt S115 für die Kurve 3 nach Fig. 8 durchgeführt werden, ergibt sich die Pupillenmitte, und der Mittelpunkt fällt mit einem Bitelement Imax zusam men, das den echten Maximalwert angibt. Dadurch wird die mittlere Scharfstellzone 12 ausgewählt und das entsprechende CCD-Element 15 angesteuert.

Obwohl bestimmte Bitelemente ausgehend von einem Referenz element gewählt werden, um die erste, zweite und dritte Linie K1, K1′, K2, K2′ und K3 zu bestimmen, hängt die Aus wahl der photoleitfähigen Bitelemente des Liniensensors von dessen Größe oder den optischen Eigenschaften der zu ver arbeitenden photoelektrischen Signale usw. ab.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen der Blickrichtung des mensch lichen Auges, bei dem am Auge reflektiertes Licht auf einen Liniensensor aus photoleitfähigen Bitelementen fällt, der Ausgangssignale mit einem ersten Signalpegel entsprechend dem an der Iris reflektierten Licht und einem zweiten Signalpegel entsprechend dem am Augen hintergrund reflektierten Licht erzeugt, wobei Informa tionen über einen Änderungspunkt zwischen dem ersten Signalpegel und dem zweiten Signalpegel zum Erfassen der Blickrichtung dienen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Setzen eines Schwellenpegels zwischen dem ersten Sig nalpegel und dem zweiten Signalpegel,
Erfassen zweier Bitelemente, die Ausgangssignale unter bzw. über dem Schwellenpegel abgeben,
Bestimmen einer ersten Linie aus den Ausgangssignalen der beiden Bitelemente oder eines Paares von Bitelemen ten, die eine vorbestimmte Beziehung zu den beiden Bitelementen haben,
Bestimmen eines Nulldurchgangs-Bitelements, das an einem Schnittpunkt der ersten Linie mit einem vorbe stimmten Ausgangspegel liegt,
Bestimmen einer zweiten Linie, deren Absolutwert der Steigung kleiner als derjenige der ersten Linie ist, aus den Ausgangssignalen des Nulldurchgangs-Bitelements und eines Bitelements mit einer bestimmten Beziehung zu dem Nulldurchgangs-Bitelement oder aus den Ausgangs signalen eines Paares von Bitelementen, die eine be stimmte Beziehung zu dem Nulldurchgangs-Bitelement haben,
Bestimmen einer dritten Linie, deren Absolutwert der Steigung größer als derjenige der ersten Linie, bezogen auf das Nulldurchgangs-Bitelement, ist,
Feststellen, ob der Steigungswinkel der zweiten Linie im wesentlichen mit demjenigen der dritten Linie über einstimmt, und
Bestimmen des Änderungspunktes durch den Schnittpunkt der zweiten Linie mit der dritten Linie, wenn die Stei gungswinkel der zweiten und der dritten Linie nicht im wesentlichen übereinstimmen, und durch den Schnittpunkt der ersten Linie mit der zweiten Linie, wenn die Stei gungswinkel der zweiten und der dritten Linie im we sentlichen übereinstimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blickrichtung entsprechend einer relativen Posi tionsbeziehung zwischen dem Änderungspunkt und einem Spitzenwert der durch ein erstes Purkinje-Bild erzeug ten photoelektrischen Signale bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Schwellenpegel annähernd ein Mittelwert des ersten und des zweiten Signalpegels ist.