基于單幅圖像的視線計算研究.pdf

1、眼睛是人類從周圍世界中獲取信息的重要器官,也是反映人們心理活動的窗口。信息加工在很大程度上依賴于視覺,約有80％～90％的外界信息是通過人的眼睛獲得的。從視覺獲取的信息不僅數(shù)量多,而且真實可靠。因此,視線計算和注視點跟蹤技術(shù)在醫(yī)學治療、心理學研究和人機交互等與人的視覺相關(guān)的領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。 國內(nèi)外目前已有的視線計算方法很多,其中Wang等人提出的“單圓”算法硬件配置相對簡單。在該方法的基礎(chǔ)上,本文提出了一種基于透視投影下

2、圓-橢圓三維映射關(guān)系的視線計算新方法。由于一般情況下眼睛的虹膜為一個圓,我們將虹膜平面的法線向量作為視線方向,視線向量可以根據(jù)虹膜在圖像平面中的投影橢圓參數(shù)計算得到,且該向量為相機焦距的函數(shù)。對于未標定的圖像,相機的焦距未知,為確定正確的視線方向,我們提出了三個向量共面的約束條件。我們認為,當人們注視某一固定目標時,兩眼的視線向量以及左右虹膜中心點連線的向量應(yīng)該是共面的。分別提取眼睛圖像中左右虹膜的邊緣并擬合為橢圓,根據(jù)透視投影下圓-橢

3、圓的三維映射關(guān)系,將三個向量共面作為視線計算的約束條件,可以同時計算得到實際的視線向量和相機的焦距值。 虹膜邊緣特征點提取的精度將直接影響橢圓擬合的精度,最終也必將影響視線向量計算的精度。本文將虹膜邊緣特征點的提取分為兩步,以盡可能多的提取出虹膜的邊緣象素點,提高最終橢圓擬合的精度。首先,通過迭代的最佳閾值法分割眼睛圖像并使用形態(tài)學邊緣檢測算子提取分割后圖像的邊緣,再用Hough變換提取邊緣圖像中虹膜的有效邊緣象素點,并通過最小

4、二乘法擬合為橢圓；然后,在此基礎(chǔ)上通過射線法進一步提取虹膜剩余部分的邊緣象素點。最后對前兩步得到的橢圓參數(shù)進行進一步優(yōu)化,以提高擬合后橢圓的精度。 分別通過模擬數(shù)據(jù)與實際眼睛圖像進行實驗,分析了本文提出的視線計算方法的可行性與魯棒性,以及本文給出的視線計算方法的視線向量與注視點計算的誤差情況。實驗的結(jié)果比較理想,充分證明了本文提出的視線計算方法的可行性。 與Wang等人的方法相比,本文提出的視線計算方法不需要計算眼角以及