穩(wěn)定的非接觸式眼球跟蹤與視線估計(jì).pdf

1、眼睛不僅是人們觀察、了解外部世界的一個(gè)重要器官，更是人們心靈的窗口。穩(wěn)定的眼球跟蹤與視線估計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)在心理學(xué)、軍事、市場(chǎng)調(diào)研和廣告測(cè)試、計(jì)算機(jī)視覺、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有了初步應(yīng)用?；谝暰€控制人機(jī)交互系統(tǒng)也在給傳統(tǒng)的人機(jī)交互方式帶來巨大挑戰(zhàn)。近年來，基于圖像法的非接觸式眼球跟蹤與視線估計(jì)受到越來越多的關(guān)注。本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于眼球跟蹤與視線估計(jì)的研究現(xiàn)狀，提出了一種新的快速準(zhǔn)確的虹膜中心定位方法，并在該定位算法基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)眼球的跟蹤。本文還提

2、出了一種可以允許頭部大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)的視線估計(jì)方法。主要工作內(nèi)容與成果如下：
　　1．為了提高虹膜中心定位的精度與速度，本文提出了一種快速準(zhǔn)確的虹膜中心定位算法。首先檢測(cè)圖片中的人臉并確定初步的眼部區(qū)域，然后設(shè)計(jì)不同卷積核與眼部區(qū)域圖像進(jìn)行卷積，將卷積后的圖像對(duì)應(yīng)相除獲取卷積商矩陣。通過計(jì)算商矩陣最大值處對(duì)應(yīng)的位置及卷積核的半徑來獲得人眼的中心和半徑。卷積核的設(shè)計(jì)時(shí)考慮了虹膜中心處的位置、灰度值及虹膜鞏膜邊界灰度值的變化規(guī)律，并加入傅立

3、葉變換計(jì)算卷積，從而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的定位虹膜中心及半徑，并且在公開的人臉數(shù)據(jù)集BioID上與現(xiàn)有的虹膜中心定位方法進(jìn)行精度與速度的對(duì)比。最后在該定位算法的基礎(chǔ)上利用視頻序列上下幀之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)了眼球跟蹤。
　　2．針對(duì)現(xiàn)有的視線估計(jì)系統(tǒng)要求的高分辨率圖像，紅外光源，頭部轉(zhuǎn)動(dòng)等要求，本文提出了一種可以利用普通網(wǎng)絡(luò)攝像頭的并且是無光源的可以允許頭部轉(zhuǎn)動(dòng)視線估計(jì)方法。在該算法中，利用監(jiān)督下降的優(yōu)化方法（Supervised Descen

4、t Method，SDM）對(duì)人臉圖像計(jì)算人臉特征點(diǎn)，再利用POSIT算法確定頭部朝向。然后將人眼的眼角，虹膜中心及眼皮上的點(diǎn)作為人眼特征點(diǎn)，定義人眼特征向量，建立人眼特征向量與視線角度的匹配模型。通過校準(zhǔn)屏幕上的點(diǎn)來獲取人眼的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，再利用自適應(yīng)線性回歸的的方法來確定模型參數(shù)，從而計(jì)算頭部靜止時(shí)的視線相對(duì)頭部運(yùn)動(dòng)的三個(gè)偏移角度，最后通過結(jié)合人頭部朝向與視線偏移角度來確定視線方向，從而實(shí)現(xiàn)了可以允許頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的視線估計(jì)系統(tǒng)。
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