基于近紅外光源的非接觸式視線跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、視線跟蹤技術(shù)是近年來(lái)在多媒體以及人機(jī)交互領(lǐng)域內(nèi)的熱門研究課題，它可以通過(guò)捕獲人眼的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)獲取人眼的視線方向或注視點(diǎn)的位置。由于其直接性、靈活性和自然性等特點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制、密碼輸入、廣告測(cè)評(píng)、醫(yī)學(xué)診斷及虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 然而，盡管視線跟蹤技術(shù)的應(yīng)用存在著誘人的前景并且近年來(lái)也取得了較快的發(fā)展，但由于各方面技術(shù)的不成熟、人眼運(yùn)動(dòng)本身的特性以及過(guò)高的成本，使得目前的視線跟蹤技術(shù)尚不能廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，仍

2、然有許多問(wèn)題需要解決:進(jìn)一步提高視線跟蹤系統(tǒng)的精度及魯棒性;提高系統(tǒng)的自由度，降低對(duì)用戶頭動(dòng)的限制以及定標(biāo)過(guò)程的復(fù)雜度;降低算法的復(fù)雜度以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性;降低系統(tǒng)的成本。
　　 針對(duì)上述問(wèn)題，本文以基于近紅外光源的非接觸式視線跟蹤系統(tǒng)為研究平臺(tái)，分別對(duì)圖像預(yù)處理、注視點(diǎn)估計(jì)以及系統(tǒng)定標(biāo)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入研究并提出自己新的思想和算法，以便進(jìn)一步提高現(xiàn)有視線跟蹤系統(tǒng)的精度、自由度，降低系統(tǒng)的成本，推動(dòng)視線跟蹤系統(tǒng)實(shí)用化的進(jìn)程。論文的

3、主要?jiǎng)?chuàng)新性研究如下:
　　 1、提出基于灰度差的視線跟蹤預(yù)處理方法，利用人臉、角膜反射點(diǎn)以及瞳孔之間的灰度差來(lái)定位人眼，并針對(duì)瞳孔及反射點(diǎn)本身在形狀、面積、空間位置上的特點(diǎn)，通過(guò)腐蝕膨脹、橋接、篩選等圖像處理手段消除眼鏡、配飾等外界干擾因素對(duì)人眼定位的影響，以進(jìn)一步提高視線跟蹤系統(tǒng)的精度及魯棒性。
　　 2、將超分辨技術(shù)應(yīng)用于視線跟蹤系統(tǒng)，對(duì)拍攝圖像的局部區(qū)域，如提取出的大致瞳孔區(qū)域，使用超分辨技術(shù)，獲得具有較高分辨率的

4、圖像，以便更為精確地提取人眼特征參數(shù)，進(jìn)而提高視線估計(jì)結(jié)果的精度。
　　 3、提出一種基于空間相似三角形的雙光源注視點(diǎn)估計(jì)算法，利用人眼圖像中瞳孔中心與兩反射點(diǎn)構(gòu)成的三角形和屏幕上注視點(diǎn)及兩個(gè)紅外光源構(gòu)成的三角形為近似相似三角形來(lái)確定屏幕上注視點(diǎn)的大致位置。
　　 4、在上述基于空間相似三角形的雙光源視線估計(jì)算法的基礎(chǔ)上，對(duì)算法中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行在三維空間中的定量分析，并得出誤差的區(qū)域特性，為系統(tǒng)的標(biāo)定和進(jìn)一步提高視線估計(jì)

5、結(jié)果的精度提供理論依據(jù)。
　　 5、提出基于二次定標(biāo)的視線跟蹤系統(tǒng)標(biāo)定方法，根據(jù)估計(jì)誤差的區(qū)域特性，屏幕被分為五個(gè)區(qū)域并將定標(biāo)點(diǎn)分兩次使用，不同區(qū)域的注視點(diǎn)利用不同定標(biāo)點(diǎn)來(lái)定標(biāo)，得到較為精確的注視點(diǎn)估計(jì)結(jié)果。
　　 6、根據(jù)誤差產(chǎn)生的原理，通過(guò)利用人眼在三維空間中的位置關(guān)系，對(duì)注視點(diǎn)估計(jì)的結(jié)果進(jìn)行較為精確地誤差補(bǔ)償，進(jìn)一步提高視線跟蹤系統(tǒng)的精度及自由度。
　　 7、提出一些視線跟蹤技術(shù)的潛在應(yīng)用，進(jìn)一步擴(kuò)展視線跟