십자(+)분할기법을 이용한 광역 안구운동 추적 및 동공크기 측정 알고리즘 = Algorithm for Wide Angle Eye Tracking and Pupillometer System Using Cross-division Technique

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 만족할 만한 정확도를 유지하면서 정상시야를 방해하지 않고 머리의 움직임에 영향을 받지 않는 안구운동 추적 및 동공크기의 측정이 참조점이 설정된 시야의 1차 퍼킨지 상을 분석함으로써 가능하다는 것을 보여준다. 시야 중심부분의 임의의 위치에 두개 이상의 참조점을 설정한 후 시야를 응시하는 안구를 카메라로 잡으면 여기에는 참조점들의 1차 퍼킨지 상과 함께 동공의 상이 중첩되어 나타난다. 참조점-동공의 중첩상에서 시야상의 중심과 동공중심 사이의 거리 δ와 편각 θ를 산출하고 이 값들을 근거로 응시점을 알아낸다. 이때 시야에 설정된 참조점 간의 거리 D의 카메라 상에서의 참조점 간의 거리 d에 대한 비 r = D/d를 δ에 곱한 값 rδ가 시야중심으로 부터 응시점까지의 거리이다.
십자분할기법은 네개의 참조점을 마름모꼴의 모서리에 배치하고 네 점이 만드는 열십자(+)로 동공을 4분할한 각각의 넓이를 실시간(real-time)으로 측정한 다음 이들 넓이로부터 사후에 동공의 크기 및 참조점 중심으로부터의 응시점의 편각과 거리를 산출한다. 머리의 움직임은 동공의 위치와 참조점 상의 위치를 함께 변화시키기 때문에 카메라 상에서의 참조정과 응시점 간의 상대적 관계를 변화시키지 않는다. 이 방법을 사용함으로써 머리의 이동에 영향을 받지 않으며, 1msec이하의 sampling time으로 ±1도이하의 해상도를 가지며 저가인 장치를 만들 수 있다. CCD카메라에서 출력되는 연속적인 상을 분석함으로써 안구 운동 추적이 가능하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Present study shows that a precise eye tracking and pupillometer system, neither interfering visual field nor influenced by head movement, can be obtained by analyzing first Perkinje image of visual field which has a few reference points. If two or more reference points are sited around the center of visual field, then eye camera catches the overlapped image of reference points and pupil. We can claculate the distance δ and the angle θ between the center of pupil and the center of visual field in camera image. Let the ratio D/d of two distance value D (distance between reference points in visual field) and d (distance between reference points in image) be r, then real distance from visual center to fixation point is equal to rδ.
Cross - division technique has two subprocesses. At first, it devices the camera image of pupil into four areas with two crossing diagonals and calculates each area in real-time, and next, computes the size of pupil, δ and θ on the basis of the four areas. Head movement causes some shift of location of pupil and reference points in the same direction and with the same amount, hence does not change the relation of them. This technique can afford to make a system that has short sampling time and high resolution without extra surbo-mechanism.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 안구 위치를 변화시키는 운동
• Ⅲ. 2중 퍼킨지 상을 이용한 안구운동 추적법
• Ⅳ. 1차 퍼킨지 상을 이용한 안구운동 추적의 원리
• Ⅴ. 십자분할기법에 의한 안구운동 추적 및 동공크기 측정의 원리