影像擷取模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種影像擷取模塊，用以擷取眼睛的虹膜影像。影像擷取模塊包括載架、光源及影像感測單元。光源設(shè)置于載架上，用以發(fā)射一光束至眼睛，影像感測單元設(shè)置于載架上，并利用從眼睛所反射的光束來擷取虹膜影像，其中載架用于將影像感測單元與光源固定在眼睛的前方，而影像感測單元與光源分別設(shè)置于通過眼睛的中心的縱向基準(zhǔn)面的不同側(cè)。
【專利說明】影像撤取模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型關(guān)于一種眼球追蹤裝置及其組件，特別是指一種眼球追蹤裝置及使用于此眼球追蹤裝置的影像擷取模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]眼球追蹤(Eye-tracking)技術(shù)可偵測眼球的運動，以感測被偵測者的凝視點(Point of gaze)。此項技術(shù)已被應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、眼動儀(eye tracker)、視動鼠標(biāo)(eyemouse)及頭戴式顯不器(Head Mounted Display, HMD)。
[0003]一般眼球追蹤裝置通常具有多個發(fā)光源及攝影機(jī)，而各發(fā)光源發(fā)出光線照射于個別的眼睛，攝影機(jī)接收由眼睛所反射的光線，并擷取瞳孔(Pupil)與虹膜(iris)的影像。利用影像處理技術(shù)，可判斷虹膜的位置，進(jìn)一步偵測眼球的運動。
[0004]然而，由于不同受測對象的虹膜顏色并不一定相同。若受測者的虹膜顏色較淺，在進(jìn)行影像處理時，虹膜外緣(outer edge of the iris)影像的灰階會接近鞏膜(sclera)影像的灰階，以至于眼球追蹤裝置擷取到的虹膜外緣較模糊(blurry)的影像，造成眼球追蹤裝置可能會不易精確地判斷眼球的運動。 實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型提供一種眼球追蹤裝置，其利用光源和影像感測單元的位置設(shè)置(arrangement),來得到較銳利(sharp)的虹膜影像。
[0006]本實用新型提供一種影像擷取模塊，其應(yīng)用于上述眼球追蹤裝置。
[0007]本實用新型提出一種影像擷取模塊，用以擷取眼睛的虹膜影像。影像擷取模塊包括載架、光源及影像感測單元。光源設(shè)置于載架上，用以發(fā)射一光束至眼睛，影像感測單元設(shè)置于載架上，并利用從眼睛所反射的光束來擷取虹膜影像，其中載架用于將影像感測單元與光源固定在眼睛的前方，而影像感測單元與光源分別設(shè)置于通過眼睛中心的縱向基準(zhǔn)面的不同側(cè)。
[0008]本實用新型還提出一種眼球追蹤裝置，其用以感測眼睛的虹膜的移動。眼球追蹤裝置包括前述的影像擷取模塊及處理單元，用以接收并處理影像擷取模塊中的影像感測單元所傳遞的信號，以辨識虹膜的影像。
[0009]優(yōu)選地，該光源的一第一光軸與該縱向基準(zhǔn)面形成一第一夾角Θ 1，而該影像感測單元的一第二光軸與該縱向基準(zhǔn)面形成一第二夾角Θ 2，該第一夾角Θ I及該第二夾角Θ2滿足下列關(guān)系式:90° > Θ I≥Θ 2。
[0010]優(yōu)選地，該第一夾角Θ I滿足下列關(guān)系式:0°〈 Θ I < 70°，且該第二夾角Θ 2滿足下列關(guān)系式:0°〈 Θ I≤70°。
[0011]優(yōu)選地，該光源的一第一光軸與該縱向基準(zhǔn)面形成一第一夾角Θ 1，而該影像感測單元的一第二光軸與該縱向基準(zhǔn)面形成一第二夾角Θ 2，其中該第一夾角Θ I與該第二夾角Θ 2滿足下列關(guān)系式:Θ 2 = Θ 1 + 20°。[0012]優(yōu)選地，該縱向基準(zhǔn)面是根據(jù)該眼睛的一橫斷面所定義，該縱向基準(zhǔn)面位于該眼睛的一內(nèi)眼角與一外眼角之間，并垂直于該橫斷面。該影像感測單元及該光源可以設(shè)置于該橫斷面的相同側(cè)或不同側(cè)。
[0013]優(yōu)選地，該影像感測單元及該光源都設(shè)置于該橫斷面以下。
[0014]優(yōu)選地，該影像感測單元及該光源都設(shè)置于該橫斷面以上。
[0015]優(yōu)選地，該光束為不可見光。
[0016]優(yōu)選地，該光源為紅外光發(fā)光二極管。
[0017]優(yōu)選地，該處理單元為一數(shù)字信號處理器。
[0018]優(yōu)選地，該載架為一鏡架。
[0019]本實用新型的有益效果是光源及影像感測單元分別設(shè)置于縱向基準(zhǔn)面的不同側(cè)，因此相較于公知技術(shù)而言，眼球追蹤裝置可以擷取到較為銳利的虹膜影像。即使是擷取虹膜顏色較淺的眼睛影像，上述眼球追蹤裝置也能擷取到較為銳利的清晰虹膜影像。如此，當(dāng)處理單元對影像感測單元所擷取到的影像進(jìn)行處理，以判定使用者的視線移動方向時，本實用新型除了可簡化后續(xù)處理單元所執(zhí)行的處理程序之外，也可降低因虹膜與鞏膜之間的對比度偏低所造成的誤差，從而有助于準(zhǔn)確地偵測眼睛的運動。 [0020]為了能更進(jìn)一步了解本實用新型的技術(shù)，請參閱以下詳細(xì)說明與圖式，相信本實用新型的特征，當(dāng)可由此得以具體了解。然而，所附圖式與附件僅提供參考與說明用，并非用來對本實用新型加以限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1顯示本實用新型實施例的眼球追蹤裝置的前視示意圖。
[0022]圖2A顯示本實用新型實施例的眼球追蹤裝置位于眼睛前方的示意圖。
[0023]圖2B顯示圖2A沿線A-A剖面所繪示的眼球追蹤裝置及眼睛的剖面示意圖。
[0024]圖3顯示本實用新型的眼球追蹤裝置與公知眼球追蹤裝置兩者所擷取的虹膜影像的灰階值變化示意圖。
[0025]圖4A及圖4B顯示本實用新型實施例的眼球追蹤裝置的局部示意圖。
[0026]圖5A及圖5B顯示本實用新型實施例的眼球追蹤裝置的局部示意圖。
[0027]附圖標(biāo)記
[0028]眼球追蹤裝置 I
[0029]影像擷取模塊10
[0030]處理單元11
[0031]載架100
[0032]光源110
[0033]光束LI
[0034]第一光軸01
[0035]第一夾角Θ I
[0036]影像感測單元120
[0037]反射光束L2
[0038]第二光軸02[0039]第二夾角Θ 2
[0040]鏡框102
[0041]鏡腳103
[0042]眼睛El
[0043]眼球球心EO
[0044]內(nèi)眼角Cl
[0045]外眼角C2
[0046]瞳孔Pl
[0047]虹膜Il
[0048]鞏膜SI
[0049]橫斷面Fl
[0050]縱向基準(zhǔn)面 F2
[0051]眼睛影像30
[0052]曲線3a、3b
【具體實施方式】
[0053]圖1是本實用新型實施例的眼球追蹤裝置的前視示意圖。眼球追蹤裝置I包括影像擷取模塊10及處理單元11。影像擷取模塊10包括載架100、光源110及影像感測單元120。光源110與影像感測單元120皆裝設(shè)于載架100上，而光源110與影像感測單元120可以利用膠黏(adhesive)、螺絲鎖固(screwing)或機(jī)械卡合的方式裝設(shè)于載架100。
[0054]本實用新型的眼球追蹤裝置I可應(yīng)用于眼鏡型顯示器或頭戴式顯示器等電子裝置。當(dāng)使用者使用上述電子裝置時，載架100用以使光源110與影像感測單元120配置在使用者的眼睛El前方。在本實用新型實施例中，載架100可為鏡架，并包括至少一個鏡框(frame) 102與一固定部。所述的固定部在本實施例中為一對鏡腳(temple) 103，并讓載架100能配戴在臉上，以使光源110與影像感測單元120配置在使用者的面前。
[0055]此外，在圖1的實施例中，載架100包括一對鏡框102，但在其它實施例中，載架100所包括的鏡框102的數(shù)量可以僅為一個。鏡腳103連接鏡框102。例如，鏡腳103可樞接鏡框102，以使鏡腳103能相對于鏡框102轉(zhuǎn)動。此外，鏡腳103也可以固定于鏡框102，即鏡腳103整體上不會與鏡框102相對轉(zhuǎn)動?；蛘呤牵R框102與鏡腳103可以采用一體成型之設(shè)計。
[0056]上述關(guān)于載架100的描述僅為舉例說明，但不以此為限。舉例而言，在其它實施例中，本實用新型的眼球追蹤裝置I也能應(yīng)用于頭戴式顯示器，而前述固定部可以是一根支撐桿，并使鏡框102能夠懸掛于使用者眼前。
[0057]處理單 元11為一數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor, DSP),其用以針對影像感測單元120所擷取的影像作影像處理，以得知眼睛El的運動。根據(jù)對眼睛El運動的分析，處理單元11能得知使用者視線的移動方向。舉例而言，處理單元11透過影像感測單元120取得影像后，可利用輪廓比對方式從上述影像來分析出虹膜外緣和眼眶之間的相對距離，進(jìn)一步判定使用者視線移動的方向。以下先針對眼球追蹤裝置I位于一眼睛前方的情況說明如下。[0058]請參照圖2A及圖2B。圖2A顯示本實用新型實施例的眼球追蹤裝置位于眼睛前方的示意圖。圖2B顯示圖2A沿線A-A之眼球追蹤裝置及眼睛的剖面示意圖。眼睛El具有一橫斷面Fl與一縱向基準(zhǔn)面F2，其中橫斷面Fl與縱向基準(zhǔn)面F2垂直。在本實用新型實施例中，橫斷面Fl與縱向基準(zhǔn)面F2皆通過眼睛El的中心，而縱向基準(zhǔn)面F2是位于眼睛El的內(nèi)眼角Cl與外眼角C2之間。
[0059]詳細(xì)而言，前述眼睛El的中心實際上是指當(dāng)眼睛El正視前方時，瞳孔Pl的中心位置。在本實用新型實施例中，線A-A通過眼睛的中心，且前述的橫斷面Fl是通過線A-A。而并且，線A-A與縱向基準(zhǔn)面F2的法線方向平行，而線B-B與橫斷面Fl的法線方向平行。此外，橫斷面Fl與縱向基準(zhǔn)面F2也都通過眼睛El的眼球球心EO。
[0060]光源110用以發(fā)出光束LI至眼睛E1，而光束LI照射到眼睛El上。光源110在一實施例中可為發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED),而光源110所產(chǎn)生的光束LI可以是可見光(visible light)或不可見光(invisible light),其中此不可見光例如是紅外光(infrared light)。具體而言,光源110可為紅外光發(fā)光二極管。
[0061 ] 在本實施例中(如圖2A與圖2B所示)，眼球追蹤裝置I對單一顆眼睛El只發(fā)出一條光束LI，但在其它實施例中，眼球追蹤裝置I能發(fā)出多條光束LI照射于單一顆眼睛El，并于此顆眼睛El上形成多個亮點(glint，未繪示)，其中眼球追蹤裝置I可以包括多個光源110來對單一顆眼睛EI發(fā)出這些光束LI。在這些亮點當(dāng)中，其中至少部分亮點可位于瞳孔Pl以外的區(qū)域。[0062]影像感測單元120利用從眼睛El所反射的光束L2來擷取虹膜Il的影像，所以影像感測單元120能擷取波長范圍與光束LI相同或相似的光線所形成的影像，意即影像感測單元120可為可見光影像傳感器或紅外線影像傳感器(IR image sensor)。另外,在一實施例中，影像感測單元120可為互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體感測組件(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor Sensor, CMOS Sensor)或電荷稱合組件(Charge-CoupledDevice, CCD)。
[0063]請參照圖2B，在本實用新型實施例中，就單一顆眼睛El而言，影像感測單元120與光源110分別設(shè)置于縱向基準(zhǔn)面F2的不同側(cè)。換言之，光源110與影像感測單元120分別設(shè)置于眼睛El的內(nèi)眼角Cl的一側(cè)及外眼角C2的一側(cè)。
[0064]具體而言，光源110的第一光軸01與縱向基準(zhǔn)面F2形成第一夾角Θ 1，而影像感測單元120的第二光軸02與縱向基準(zhǔn)面F2形成第二夾角Θ2，其中第一夾角Θ I與第二夾角Θ 2為銳角，并且第一夾角Θ I大于或等于第二夾角Θ2。換言之，第一夾角Θ1與第二夾角Θ 2將滿足關(guān)系式:90° > Θ I≤Θ 2。
[0065]進(jìn)一步而言，第一光軸01與第二光軸02在縱向基準(zhǔn)面F2分別形成一第一正投影向量及一第二正投影向量，而所述的第一夾角Θ I是指第一光軸01和第一正投影向量之間的夾角。相似地，第二夾角Θ 2是指第二光軸02和第二正投影向量之間的夾角。
[0066]在一實施例中，第一夾角Θ I與第二夾角Θ 2為銳角，并且滿足關(guān)系式:Θ I =Θ2±20°，意即第一角度Θ I也可以小于第二角度Θ2。此外，在其它實施例中，第一夾角Θ1可滿足關(guān)系式:0°〈Θ1≤70°，且第二夾角Θ2也可滿足關(guān)系式:0°〈Θ2≤70°。藉由前述的設(shè)置關(guān)系，可避開光源110與影像感測單元120較難入射眼睛及接收反射光束L2成像的位置。[0067]基于上述，當(dāng)光源110發(fā)出光束LI，而光束LI從縱向基準(zhǔn)面F2的一側(cè)入射至眼睛El時，光束LI能被眼睛El反射成光束L2，而反射光束L2會從縱向基準(zhǔn)面F2的另一側(cè)出射。由于影像感測單元120與光源110分別設(shè)置于同一顆眼睛El的縱向基準(zhǔn)面F2不同偵牝因此反射光束L2位于影像感測單元120處的照度會偏高，使得影像感測單元120能有效地接收反射光束L2，從而擷取虹膜Il的影像。
[0068]請參照圖3，顯示本實用新型的眼球追蹤裝置與公知眼球追蹤裝置兩者所擷取的虹膜影像的灰階值變化示意圖，其中圖3所示的曲線3a與曲線3b代表圖3中沿線A-A的灰階值變化。
[0069]曲線3a與曲線3b都是針對同一使用者的同一只眼睛所量測的結(jié)果。前述的使用者為白種人，并且其用來測試的眼睛的虹膜顏色較淺。曲線3a所示為使用本實用新型的眼球追蹤裝置I所擷取之虹膜Il影像沿線A-A的灰階值變化。由曲線3a可看出虹膜Il與鞏膜SI之間的灰階值落差較大，而使影像感測單元120所擷取到的虹膜Il影像具有較銳利(sharp)的邊緣。也就是說，當(dāng)處理單元11接收到影像感測單元120所傳遞的信號，并進(jìn)行影像處理時，處理單元11不需要進(jìn)行太復(fù)雜的處理程序，例如調(diào)整對比度或者是過濾噪聲等處理程序，即可分辨虹膜Il外緣所在的位置。
[0070]而曲線3b為采用公知眼球追蹤裝置所測得結(jié)果。由曲線3b看出，影像感測單元120所擷取到的虹膜Il影像邊緣較模糊(blurry)。因此，影像感測單元120所擷取到的影像，須要由處理單元11進(jìn)行較復(fù)雜的影像處理技術(shù)，才能辨別虹膜Ii與鞏膜Si之間的界線。因此，相較于公知光源Iio和影像感測單元120設(shè)置于縱向基準(zhǔn)面F2同側(cè)的情況而言，當(dāng)使用者的虹膜Il顏色較淺，且光源110和影像感測單元120分別設(shè)置于縱向基準(zhǔn)面F2的不同側(cè)時，影像感測單元120所擷取到的影像中，虹膜Il與鞏膜SI的對比度較高，且虹膜Il影像的外緣較銳利。
[0071]請參照圖4A及圖4B，顯示本實用新型實施例的眼球追蹤裝置的局部示意圖。在本實用新型實施例中，當(dāng)光源110與影像感測單元120設(shè)置于載架100上，并配置于眼睛El前時，光源110與影像感測單元120是分別設(shè)置于橫斷面Fl的不同側(cè)。舉例而言，光源110可設(shè)置于橫斷面Fl的下方，而影像感測單元120可設(shè)置于橫斷面Fl的上方，如圖4A所示。
[0072]進(jìn)一步而言，光源110是設(shè)置于內(nèi)眼角Cl與外眼角C2連線的下方，而影像感測單元120設(shè)置于內(nèi)眼角Cl與外眼角C2連線的上方。此外，光源110的位置是靠近內(nèi)眼角Cl，而影像感測單元120的位置則靠近于外眼角C2。也就是說，當(dāng)使用者配戴應(yīng)用本實用新型的眼球追蹤裝置I的電子產(chǎn)品后，光源110的位置較靠近鼻梁，而影像感測單元120的位置較遠(yuǎn)離鼻梁。另外，在其它實施例中，光源110和影像感測單元120的位置可相互對調(diào)。也就是說，光源110可位于橫斷面Fl的上方，并較靠近外眼角C2，而影像感測單元120可位于橫斷面F2的下方，并較靠近內(nèi)眼角Cl。
[0073]請參照圖4B，本實施例中光源110設(shè)置于橫斷面Fl的上方，而影像感測單元120設(shè)置于橫斷面Fl的下方。進(jìn)一步而言，光源110是設(shè)置于內(nèi)眼角Cl與外眼角C2連線的上方，而影像感測單元120設(shè)置于內(nèi)眼角Cl與外眼角C2連線的下方。和前一實施例相似，光源110的位置較靠近內(nèi)眼角Cl，而影像感測單元120的位置較靠近外眼角C2。
[0074]請參照圖5A及圖5B,顯示本實用新型實施例的眼球追蹤裝置的局部示意圖。在本實用新型實施例中，光源110與影像感測單元120都設(shè)置于橫斷面Fl的同側(cè)。舉例而言，光源110與影像感測單元120皆設(shè)置于橫斷面Fl以上，也就是位于內(nèi)眼角Cl及外眼角C2的連線上方，如圖5A所示。另外，光源110與影像感測單元120也可都設(shè)置于橫斷面Fl以下，也就是位于內(nèi)眼角Cl及外眼角C2的連線下方，如圖5B所示。
[0075]綜上所述，在本實用新型實施例中，光源及影像感測單元分別設(shè)置于縱向基準(zhǔn)面的不同側(cè)，因此相較于公知技術(shù)而言，眼球追蹤裝置可以擷取到較為銳利的虹膜影像。即使是擷取虹膜顏色較淺的眼睛影像，上述眼球追蹤裝置也能擷取到較為銳利的清晰虹膜影像。如此，當(dāng)處理單元對影像感測單元所擷取到的影像進(jìn)行處理，以判定使用者的視線移動方向時，本實用新型除了可簡化后續(xù)處理單元所執(zhí)行的處理程序之外，也可降低因虹膜與鞏膜之間的對比度偏低所造成的誤差，從而有助于準(zhǔn)確地偵測眼睛的運動。
[0076]以上所述僅為本實用新型的實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，都應(yīng)屬本實用新型的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種影像擷取模塊，用以擷取一眼睛的一虹膜影像，其特征在于該影像擷取模塊包括: 一載架； 一光源，設(shè)置于該載架上，用以發(fā)射一光束至該眼睛；以及 一影像感測單元，設(shè)置于該載架上，并利用從該眼睛所反射的該光束來擷取該虹膜影像，其中該載架用于將該影像感測單元與該光源固定在該眼睛的前方，該影像感測單元與該光源分別設(shè)置于通過該眼睛之中心的一縱向基準(zhǔn)面的不同側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的影像擷取模塊，其特征在于:該光源的一第一光軸與該縱向基準(zhǔn)面形成一第一夾角Θ 1，而該影像感測單元的一第二光軸與該縱向基準(zhǔn)面形成一第二夾角Θ 2，該第一夾角Θ I及該第二夾角Θ 2滿足下列關(guān)系式:90° > Θ I≤Θ 2。
3.如權(quán)利要求2所述的影像擷取模塊，其特征在于:該第一夾角ΘI滿足下列關(guān)系式:O?！?Θ I≤70°，且該第二夾角θ 2滿足下列關(guān)系式:0°〈 Θ I≤70°。
4.如權(quán)利要求1所述的影像擷取模塊，其特征在于:該光源的一第一光軸與該縱向基準(zhǔn)面形成一第一夾角Θ 1，而該影像感測單元的一第二光軸與該縱向基準(zhǔn)面形成一第二夾角Θ 2，其中該第一夾角Θ I與該第二夾角Θ 2滿足下列關(guān)系式:Θ 2 = Θ I±20°。
5.如權(quán)利要求1所述的影像擷取模塊，其特征在于:該縱向基準(zhǔn)面是根據(jù)該眼睛的一橫斷面所定義，該縱向基準(zhǔn)面位于該眼睛的一內(nèi)眼角與一外眼角之間，并垂直于該橫斷面，且該影像感測單元及該光源都設(shè)置于該橫斷面的相同側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的影像擷取模塊，其特征在于:該縱向基準(zhǔn)面是根據(jù)該眼睛的一橫斷面所定義，該縱向基準(zhǔn)面位于該眼睛的一內(nèi)眼角與一外眼角之間，并垂直于該橫斷面，且該影像感測單元及該光源分別設(shè)置于該橫斷面的不同側(cè)。
7.如權(quán)利要求1所述的影像擷取模塊，其特征在于:該光束為不可見光。
8.如權(quán)利要求1所述的影像擷取模塊，其特征在于:該光源為紅外光發(fā)光二極管。
【文檔編號】G06T7/20GK203759720SQ201320729231
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】陳暉暄, 黃佳宏, 蘇文彥 申請人:原相科技股份有限公司