視線跟蹤系統(tǒng)中的標(biāo)定技術(shù)和瞳孔定位問(wèn)題研究.pdf

1、在過(guò)去幾十年里，視線跟蹤和注視點(diǎn)估計(jì)技術(shù)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、心理學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的研究。但是由于人眼的獨(dú)特性、形狀的可變性、尺度和坐標(biāo)的不確定性以及光照的差異等因素，使得視線跟蹤技術(shù)仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。視線跟蹤在神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)、心理學(xué)和人機(jī)交互等方面有著廣泛的應(yīng)用。另外，注視點(diǎn)估計(jì)技術(shù)在人類行為分析、人類認(rèn)知分析、市場(chǎng)與廣告分析、人機(jī)交互交口等領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用。
　　 本文對(duì)基于視頻圖像的視線跟蹤技術(shù)中的一些關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)

2、進(jìn)行了深入的探討，并重點(diǎn)研究了頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)中的標(biāo)定問(wèn)題和變形瞳孔的精確定位問(wèn)題，并在文章最后提出了一套3-D桌面式視線跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架。主要研究成果如下:
　　 1.研究了目前頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)中的標(biāo)定方法，提出了一種基于虹膜識(shí)別的一次標(biāo)定方法。該方法要求使用者在第一次使用頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行標(biāo)定，當(dāng)再次使用該系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)虹膜識(shí)別技術(shù)采集使用者眼部圖像，自動(dòng)識(shí)別使用者身份，并將當(dāng)前眼部數(shù)據(jù)與標(biāo)定時(shí)的眼部數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)

3、比，計(jì)算出兩幅圖像的相對(duì)偏轉(zhuǎn)角和偏移量，得到使用者當(dāng)前條件下的標(biāo)定參數(shù)，從而省卻再次標(biāo)定的復(fù)雜過(guò)程。實(shí)驗(yàn)表明，該方法可以在不影響系統(tǒng)精度和不增加任何系統(tǒng)硬件的情況下，極大的簡(jiǎn)化系統(tǒng)標(biāo)定過(guò)程，降低系統(tǒng)使用復(fù)雜度。
　　 2.研究了變形瞳孔的精確定位問(wèn)題，提出一種基于改進(jìn)橢圓圓周差分算子的橢圓瞳孔定位算法。該算法將瞳孔定位問(wèn)題分為邊緣點(diǎn)提取和橢圓擬合兩個(gè)部分。在邊緣點(diǎn)提取中，首先采用徑向?qū)ΨQ算法大致定位出瞳孔位置并計(jì)算分割閾值，然后

4、分割出圖像中的瞳孔區(qū)域。同時(shí)結(jié)合眼瞼和光斑位置信息，提取出真實(shí)的瞳孔邊緣點(diǎn)集。在橢圓擬合部分，首先從瞳孔邊緣點(diǎn)集中隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)擬合出橢圓，然后利用改進(jìn)的橢圓圓周差分算子評(píng)估橢圓擬合的質(zhì)量，再通過(guò)迭代選取出最佳的橢圓參數(shù)。由于橢圓圓周差分算子對(duì)于睫毛、眼瞼等干擾非常不敏感，所以其可以真實(shí)的評(píng)估出橢圓擬合的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)證明，該算法在眼瞼、睫毛、光斑等因素干擾嚴(yán)重的情況下，比其他常用算法具有更加快速、魯棒、精確的定位效果。
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