고속카메라를 이용한 눈깜박임 분석

Analysis of Eye Blinking with High-Speed Camera

목적: 추가 조명이나 장치를 사용하지 않고 고속 카메라로 촬영한 영상을 이용해 눈깜박임의 특징과 눈꺼풀의 움직임을 분석하는 방법을 연구하였다. 대상과 방법: 피험자의 눈 하단부에 흰색 표식(0.5 cm x 1.27 cm)을 부착하고 초당 240장의 속도로 눈 주변부를 촬영하였다. 촬영한 영상에서 눈이 깜빡이는 구간을 추출하고 표식을 이용해 피험자의 움직임을 보정하였다. 보정한 영상에서 눈꺼풀의 위치와 모양을 검출하고, 3차원 그래프로 도시하여 눈깜박임 특징을 직관적으로 알아보기 쉽게 하였다. 눈깜박임을 눈이 감기는 구간, 눈이 완전히 감긴 구간, 눈이 떠지는 구간으로 세분화하고, 눈깜박임과 관련된 변수들을 추출하여 추가적인 특징을 알아보았다. 결과: 제안한 분석 방법을 이용해 다양한 피험자를 대상으로 눈깜박임 분석을 진행하였다. 이진화 영상의 평균 화소값 그래프에서 여러 변수들을 계산하고 눈꺼풀 변화 그래프를 통해 눈깜박임의 패턴을 분석하였다. 결론: 눈깜박임 변수들과 눈꺼풀 변화 그래프를 통해 눈깜박임의 패턴을 분류하였다. 제안된 눈깜박임 분석 방법과 패턴 분류 방법을 다양한 분야에 응용하는 추가 연구가 필요하다.

Purpose: A new method for analyzing eye blinking pattern using high-speed camera without a headrest and additional illuminations other than room light was proposed. Methods: Video clips of the area around an eye with a rectangular-shaped marker (0.5 cm x 1.27 cm) attached under the eye were taken at 240 frames per second. Eye blinking sequences were extracted from the whole video clip and images were aligned by the marker. Shapes and positions of upper eyelid were detected and visualized in three-dimensional graph to be understood easily. Eye blinking cycle was divided into three phases such as ‘Closing phase’, ‘Closed phase’, and ‘Opening phase’ and characteristics of eye blinking were analyzed. Results: By the proposed method, various experiments were performed with volunteers. Parameters of eye blinking were calculated by analyzing the intensity profile of binary images, and eye blinking patterns were analyzed according to the change of the eyelid position. Conclusions: Eye blinking patterns are classified by blinking parameters and eyelid position graph. Further studies are needed to apply the proposed method.