頭盔式視線跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、眼睛作為人體的視覺器官，是人類感知外界信息和向外界表達(dá)內(nèi)心世界的重要工具，大腦中約80％的信息是通過視覺獲取的。視線是指人眼的注視方向，通過對(duì)人眼視線的跟蹤與定位可以獲得人類對(duì)外界信息的感知及意圖。利用計(jì)算機(jī)對(duì)人的視覺過程進(jìn)行精確追蹤的視線跟蹤技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。隨著對(duì)視線跟蹤技術(shù)的深入研究，視線跟蹤的應(yīng)用也日益廣泛，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋發(fā)展心理學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷、商業(yè)廣告測(cè)評(píng)、娛樂、交通、軍事、人機(jī)交互等，具有非常好的應(yīng)用前景。
　　本論

2、文針對(duì)視線跟蹤技術(shù)存在的問題，提出了一種頭盔式視線跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，允許頭部自由運(yùn)動(dòng)，并具有很好的跟蹤效果。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的軟件算法進(jìn)行研究和優(yōu)化，主要算法包括:瞳孔提取算法、角膜反射亮斑提取算法、標(biāo)定算法和跟蹤算法。該系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　1.改進(jìn)了傳統(tǒng)視線跟蹤系統(tǒng)對(duì)人的限制:將眼部攝像機(jī)、場(chǎng)景攝像機(jī)和和紅外光源集成到頭盔上，三者保持相對(duì)靜止，因此頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)影響場(chǎng)景圖片與眼部圖片的映射關(guān)

3、系，即不影響跟蹤精度。
　　2.提高了算法精度:眼部攝像機(jī)獲取清晰眼部圖像，利用二值化、Canny算子、橢圓擬合等圖像處理過程精確定位瞳孔中心和角膜反射亮斑中心。
　　3.提高了算法運(yùn)算效率，滿足實(shí)時(shí)性要求:算法采用非迭代方法，無(wú)需提前移除角膜反射亮斑，不對(duì)圖像作任何前期處理工作，同時(shí)對(duì)于角膜反射亮斑的提取，只對(duì)部分區(qū)域做處理，提高了運(yùn)算速度。
　　本論文還對(duì)頭盔式視線跟蹤系統(tǒng)的誤差進(jìn)行計(jì)算，并分析各種因素對(duì)視線跟蹤精

4、度的影響，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)視線跟蹤的誤差進(jìn)行估計(jì)與計(jì)算。本文提出的頭盔式視線跟蹤系統(tǒng)在X方向和Y方向的平均誤差都在0.4°左右，處理速度23幀/s，滿足視線跟蹤系統(tǒng)的要求。
　　最后針對(duì)視線跟蹤在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示領(lǐng)域的應(yīng)用，本文將視線跟蹤系統(tǒng)與頭盔顯示系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以利用視線跟蹤系統(tǒng)為頭盔顯示系統(tǒng)提供用戶的視線方向和用戶在場(chǎng)景中的感興趣區(qū)域，頭盔顯示系統(tǒng)可以根據(jù)視線跟蹤系統(tǒng)提供的用戶信息，將相關(guān)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)信息注