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，通過對人眼視線的跟蹤與定位可以獲得人類對外界信息的感知及意圖。利用計(jì)算機(jī)對人的視覺過程進(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)對人的限制:將眼部攝像機(jī)、場景攝像機(jī)和和紅外光源集成到頭盔上，三者保持相對靜止，因此頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)影響場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，無需提前移除角膜反射亮斑，不對圖像作任何前期處理工作，同時(shí)對于角膜反射亮斑的提取，只對部分區(qū)域做處理，提高了運(yùn)算速度。
　　本論文還對頭盔式視線跟蹤系統(tǒng)的誤差進(jìn)行計(jì)算，并分析各種因素對視線跟蹤精

4、度的影響，最后通過實(shí)驗(yàn)對視線跟蹤的誤差進(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