基于瞳孔-角膜反射的視線跟蹤算法研究.pdf

1、由于人眼獲取信息具有自然、直接、雙向和高效等優(yōu)點(diǎn),基于人眼信息捕獲的視線跟蹤技術(shù)在人機(jī)交互、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值,引起了眾多研究者的深入探索,已成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文研究了基于瞳孔-角膜反射原理的視線跟蹤相關(guān)算法,主要內(nèi)容如下:
　?、偃搜蹤z測(cè)定位算法:實(shí)現(xiàn)了視頻圖像中人眼目標(biāo)的檢測(cè)和定位,避免了后續(xù)注視點(diǎn)提取時(shí)的盲目搜索,主要包括人臉檢測(cè)、人眼定位、人眼跟蹤三個(gè)環(huán)節(jié)。在人臉

2、檢測(cè)過程中,本文通過算法對(duì)比,選擇了基于Adaboost的人臉檢測(cè)算法來實(shí)現(xiàn)視頻圖像中人臉區(qū)域的檢測(cè)定位。在人眼定位過程中,本文采用了一種將人臉先驗(yàn)知識(shí)、人眼灰度分布以及內(nèi)眼角三種特征相結(jié)合的人眼定位方案:首先利用“三庭五眼”的先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行人眼粗定位,再采用灰度積分投影的方法進(jìn)行眉眼分離,最后采用 Harris角點(diǎn)檢測(cè)算法進(jìn)行內(nèi)眼角提取,實(shí)現(xiàn)了人眼區(qū)域的精確定位。在人眼跟蹤過程中,本文采用了卡爾曼濾波預(yù)測(cè)算法進(jìn)行內(nèi)眼角跟蹤,實(shí)現(xiàn)了在頭部

3、運(yùn)動(dòng)的情況下對(duì)人眼位置的實(shí)時(shí)跟蹤。在跟蹤成功時(shí),算法只需要對(duì)局部圖像進(jìn)行少許處理就能完成人眼定位,達(dá)到了10幀/秒的處理速度。
　?、谧⒁朁c(diǎn)檢測(cè)定位算法:實(shí)現(xiàn)了眼部子圖中瞳孔光斑相對(duì)偏移量的獲取,并通過偏移量映射提取了出真實(shí)場(chǎng)景中的人眼注視點(diǎn)位置,主要包括瞳孔中心定位、光斑中心定位以及校準(zhǔn)三個(gè)環(huán)節(jié)。在瞳孔中心定位過程中,本文采用了瞳孔分割、瞳孔粗定位、邊緣提取、邊緣擬合的算法方案:首先采用了改進(jìn)的最大類間閾值選擇法進(jìn)行瞳孔分割,然

4、后采用質(zhì)心法進(jìn)行瞳孔粗定位,接著采用一維算子徑向掃描的方式計(jì)算瞳孔梯度圖,提取出瞳孔邊緣點(diǎn),最后采用邊緣點(diǎn)幾何形狀擬合的方式準(zhǔn)確地定位出了瞳孔中心位置。在光斑中心定位的過程中,本文研究了基于高斯擬合的定位算法,算法達(dá)到了誤差小于0.1像素的高精度。在校準(zhǔn)環(huán)節(jié)中,本文研究了多種校準(zhǔn)模型,并采用最小二乘法建立了一個(gè)6參映射函數(shù)模型,它能夠準(zhǔn)確地根據(jù)瞳孔光斑相對(duì)偏移量計(jì)算出真實(shí)場(chǎng)景中的人眼注視點(diǎn),達(dá)到視線跟蹤的目的。
　　本文主要通過M