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，它可以通過捕獲人眼的運動軌跡來獲取人眼的視線方向或注視點的位置。由于其直接性、靈活性和自然性等特點，在計算機(jī)控制、密碼輸入、廣告測評、醫(yī)學(xué)診斷及虛擬現(xiàn)實等領(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、人眼運動本身的特性以及過高的成本，使得目前的視線跟蹤技術(shù)尚不能廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)，仍

2、然有許多問題需要解決: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，降低對用戶頭動的限制以及定標(biāo)過程的復(fù)雜度;降低算法的復(fù)雜度以保證系統(tǒng)的實時性;降低系統(tǒng)的成本。
　　 針對上述問題，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，分別對圖像預(yù)處理、注視點估計以及系統(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，推動視線跟蹤系統(tǒng)實用化的進(jìn)程。論文的

3、主要創(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、角膜反射點以及瞳孔之間的灰度差來定位人眼，并針對瞳孔及反射點本身在形狀、面積、空間位置上的特點，通過腐蝕膨脹、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估計算法，利用人眼圖像中瞳孔中心與兩反射點構(gòu)成的三角形和屏幕上注視點及兩個紅外光源構(gòu)成的三角形為近似相似三角形來確定屏幕上注視點的大致位置。
　　 4、在上述基于空間相似三角形的雙光源視線估計算法的基礎(chǔ)上，對算法中產(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

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)估計誤差的區(qū)域特性，屏幕被分為五個區(qū)域并將定標(biāo)點分兩次使用，不同區(qū)域的注視點利用不同定標(biāo)點來定標(biāo)，得到較為精確的注視點估計結(jié)果。
　　 6、根據(jù)誤差產(chǎn)生的原理，通過利用人眼在三維空間中的位置關(guān)系，對注視點估計的結(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