マクスウェル光学視を利用した弱視の視認支援 巽 久行1），村井 保之2） 筑波技術大学　保健科学部　情報システム学科1） 日本薬科大学　薬学部　医療ビジネス薬科学科2） キーワード：弱視，視認支援，マクスウェル光学視，網膜投影，視認容易化画像 １．目的 本研究は，新たに開発されたレーザ網膜走査型 HMDによる照射光の画像生成を，最新の画像処理手法によるPC上のソフトウェアで行うことで，弱視の視認を向上させる手法の確立を目指している。この HMDはマクスウェル光学視の原理を用いているので，水晶体の機能に依存せずに照射光を網膜に直接投影できる。この照射光はレーザ光でありながらも人が光として感じる光量の可視光なので，基本的に撮像素子（CCDや CMOS等）で受光可能である。よって擬似的な網膜で視ている状況がPC上で作り出せることから，視認しやすい照射画像を機械学習などの画像処理でプログラム化することができる。 ２．成果の概要 人の眼は結像光学視（図１参照，水晶体による凸レンズ機能で網膜に結像する）で対象を視ている。このとき，水晶体の光軸と平行に進んできた光は水晶体で屈折し焦点を通過して結像するが，水晶体の中心を通る光は屈折しないで直進する。水晶体の機能低下などの原因で光を屈折し難い（即ち，網膜に結像し難い）弱視者の場合，眼内の入射光を一本の光束として水晶体の中心を通るように照射すれば，スクリーンである網膜が感知可能ならば網膜に像を投影させて視認できる。このように，水晶体レンズの中心のみに光を通す光学視（図２参照）をマクスウェル光学視と呼ぶ。 本研究で行った弱視の視認は，最近開発されたレーザ網膜走査型HMD（https://www.qdlaser.com/lew/）を使用した弱視補償支援である。即ち，シーンカメラで捉えた外界のオブジェクトを弱視者が視知し易いように PC上で画像処理を施すことで，弱視者の視認の向上を図る。図３に，レーザ網膜走査型 HMDの原理図を示す。このHMDは補視器の研究で使用したが，弱視者の行動認識を支援する機器に拡張させることを目標としている。 図1　結像光学視 図2　マクスウェル光学視 図3　レーザ網膜走査型HMDの原理図 著者らは視認支援として，（1）視力の補償，（2）視野の補償，（3）視感の補償，の三点を掲げてマクスウェル光学視による網膜の投影像分析を行い，照度や輝度，色度に至るまで，弱視の補償を照射光の画像処理で制御し，個々に適する視認支援のプログラム化を検討している。 図4　実験用レーザ網膜走査型HMDの説明図 図5　網膜位置の撮像素子による実験図 図４に示す実験用レーザ網膜走査型 HMDの説明図を用いて研究方法を説明する。同図において，PCもしくはタブレットで，照射レーザ光に載せる投影像を生成し（投影側），照射レーザ光がアイウェア投映部で振動する MEMSミラーを経由してハーフミラーで反射され，網膜を走査（60フレーム毎秒）して描画された残像効果で視認できる（受光側）。照射レーザ光は可視できるので，原理的に網膜の代替として撮像素子（CCDや CMOS等）で受光が可能である。即ち，図５に示すように，視覚細胞で光情報を神経信号（電気信号）に変換するのと同様に，眼軸上の網膜位置（角膜から網膜までの眼軸長は 23～24mm）に撮像素子を置くことにより，視認状況を擬似的に撮像素子の映像で視ることができる。これより，投影画像（晴眼者の視認）と受光画像（弱視者の視認）とを比較して，弱視者が視認しやすい照射画像を機械学習などの画像処理でシミュレートすることが可能となる（弱視の視認を模擬する撮像素子を用意することで様々な視認実験が可能となる。例えば，視力の補償は投影像の拡大等で，視野の補償は投影像の視認可網膜領域の推定と投影域の決定等で，視感の補償は投影像の明るさ，コントラスト，大小遠近，動作変化などの調整等で，それぞれ対処する）。 図６は，実験用レーザ網膜走査型 HMDを用いて実験している様子（同図内は，あご台，網膜位置での CCDカメラ，カメラ電源・画像転送・画像同期の装置，受光側モニタ等）である。しかしながら，図７に示すように市販のCCDカメラを使用した場合，投影側のペンギン画像（同図a）が受光側（同図b）ではかなり劣化するので，現状では網膜の代替となり得る撮像素子を検討中である。本研究の目的を達成するには撮像素子の改良が必須であるが，網膜上の刺激視野の分析等が擬似的にも可能となるのは画期的である。 図6　実験の様子 図7　実験結果の画像例（a） 投影側の映像（b） 受光側の映像 謝辞 本研究は，平成 29年度教育研究等高度化推進事業「マクスウェル光学視を利用した弱視の視認支援」の助成を受けて行われた。ここに深く謝意を表する。 参照文献 [1] 巽，村井，関田，宮川：“視知や触知の向上による視覚障碍者のオブジェクト認識支援 ”，ヒューマンインタフェースシンポジウム（HIS2017）講演論文集，No.7A1-4, pp.775-778, 2017. [2] 巽，村井，関田，宮川 ; “視知や触知の向上による視覚障碍者のオブジェクト認識意識の拡充 ”，多値論理研究ノート40巻 8号，pp.8_1-8_6, 2017.