基于雙目立體視覺的視線跟蹤算法研究.pdf

1、視線跟蹤是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦腿藱C(jī)交互技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)方式具有更加自然、直接、人性化等優(yōu)點(diǎn)，在游戲娛樂、助老助殘、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能家居、廣告分析等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。目前的視線跟蹤系統(tǒng)大多對(duì)用戶的頭部運(yùn)動(dòng)有所限制，需要借助紅外光源等輔助設(shè)備來保證跟蹤精度，系統(tǒng)搭建繁雜，成本昂貴。論文對(duì)自然光下能克服頭動(dòng)限制的視線跟蹤技術(shù)進(jìn)行研究，提出了一種基于雙目立體視覺的視線跟蹤算法方案，在自然光下提取眼動(dòng)特征信息，并結(jié)合頭部姿態(tài)進(jìn)行校正得到注

2、視點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)視線的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確跟蹤。論文的主要研究工作如下：
　?、僮匀还庀碌难蹌?dòng)信息提取。首先對(duì)視頻圖像進(jìn)行人臉檢測(cè)及跟蹤，結(jié)合五官分布特征及人眼區(qū)域灰度特點(diǎn)，采用先粗后精的方法分割人眼區(qū)域。針對(duì)自然光下人眼區(qū)域圖像的低對(duì)比度及光照不均勻的特點(diǎn)，提出了一種基于圓算子和灰度投影的虹膜中心定位算法，然后在進(jìn)行像素預(yù)選后，采用 Harris角點(diǎn)檢測(cè)算法來提取內(nèi)眼角點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)眼動(dòng)特征點(diǎn)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位。
　?、陬^部姿態(tài)估計(jì)。構(gòu)建了

3、以左右內(nèi)眼角點(diǎn)、左右嘴角點(diǎn)中點(diǎn)為特征點(diǎn)的頭部姿態(tài)模型，提出了一種基于特征點(diǎn)三維信息的頭部姿態(tài)計(jì)算方法。首先結(jié)合邊緣檢測(cè)和 Harris角點(diǎn)檢測(cè)算法定位左右嘴角點(diǎn)，然后根據(jù)立體視覺原理和雙目相機(jī)標(biāo)定得到的參數(shù)計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，最后根據(jù)三個(gè)特征點(diǎn)在三維空間中的幾何關(guān)系確定頭部的上下俯仰、左右偏轉(zhuǎn)角度，獲取頭部姿態(tài)。
　?、圩⒁朁c(diǎn)定位。首先根據(jù)內(nèi)眼角點(diǎn)與虹膜中心構(gòu)成的眼動(dòng)向量與注視點(diǎn)的位置關(guān)系建立注視點(diǎn)映射模型，通過校準(zhǔn)得到該模型的

4、相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)檢測(cè)到的眼動(dòng)向量初步計(jì)算出注視點(diǎn)位置。考慮到頭部運(yùn)動(dòng)對(duì)注視點(diǎn)的影響，提出了一種注視點(diǎn)映射模型結(jié)合頭動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖⒁朁c(diǎn)定位方法，根據(jù)頭部的左右偏轉(zhuǎn)及上下俯仰角度對(duì)注視點(diǎn)位置進(jìn)行校正補(bǔ)償。
　　論文在 VS2010平臺(tái)上對(duì)提出的視線跟蹤算法方案進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，頭部在一定范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，該方案仍能保證注視點(diǎn)的定位精度。后續(xù)課題組對(duì)論文提出的算法方案在嵌入式平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，結(jié)果顯示，該方案能夠滿足視線跟蹤系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)確性