基于眼動(dòng)的人機(jī)自然交互.pdf

1、目前，人們的生活被各式數(shù)字化設(shè)備包圍著，人類期待可以與高效率但略顯死板的機(jī)器產(chǎn)生人與人之間一樣自然的交流互動(dòng)。相關(guān)研究表明，充分利用人的認(rèn)知資源是實(shí)現(xiàn)人機(jī)自然交互的有效手段。在各類可觀測(cè)的人體認(rèn)知信息中，眼睛的運(yùn)動(dòng)有效反映了人們視線關(guān)注點(diǎn)的變化，和人們的關(guān)注目標(biāo)、內(nèi)心情緒以及任務(wù)意圖有著十分密切關(guān)系，因此眼動(dòng)信號(hào)可作為構(gòu)建自然的人機(jī)交互系統(tǒng)(Human-Machine Interface, HMI)的一種理想輸入。
　　本文以眼動(dòng)

2、信號(hào)作為控制輸入，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)了兩類非桌面式HMI系統(tǒng)。根據(jù)控制任務(wù)和技術(shù)路線的不同，這兩類HMI系統(tǒng)可劃分為基于注視點(diǎn)檢測(cè)的靜態(tài)對(duì)象控制系統(tǒng)和基于眼動(dòng)模式識(shí)別的動(dòng)態(tài)對(duì)象控制系統(tǒng)。
　　基于注視點(diǎn)檢測(cè)的靜態(tài)對(duì)象控制系統(tǒng)。系統(tǒng)整合了視線輸入通道與目標(biāo)識(shí)別輸入通道，通過(guò)雙重選擇機(jī)制，克服單一視線輸入通道交互的所帶來(lái)的米達(dá)斯接觸問題。駐留時(shí)間方法進(jìn)行第一層選擇識(shí)別出可能是輸入的注視，并提取感興趣區(qū)域(Region of Int

3、erest, ROI)。第二層選擇中，對(duì)ROI采用基于形狀匹配的目標(biāo)識(shí)別方法排除非輸入的注視，并能對(duì)輸入注視觀察到的目標(biāo)作出特定的響應(yīng)。利用上述方法，以空調(diào)為實(shí)際被控對(duì)象，通過(guò)注視功能圖標(biāo)生成指令，控制空調(diào)執(zhí)行開關(guān)、模式、升溫和降溫四個(gè)功能。
　　基于眼動(dòng)模式識(shí)別的動(dòng)態(tài)對(duì)象控制系統(tǒng)。在分析了隨意性眨眼、注視、上看、下看、左看和右看這六種眼動(dòng)模式與瞳孔中心變化軌跡的關(guān)系之后，分析出是否為隨意性眨眼的判斷條件，并確定了以瞳孔中心橫縱坐

4、標(biāo)對(duì)于采樣點(diǎn)數(shù)的斜率作為其他五類的分類特征。斜率由RANSAC算法擬合直線得出。隨后利用AdaBoost算法通過(guò)兩兩分類的方式，實(shí)現(xiàn)了了由四個(gè)分類器組成的分類方法。再對(duì)分類方法進(jìn)行改進(jìn)，使用 SAMME算法直接進(jìn)行五類分類。全向輪椅為實(shí)際被控對(duì)象，識(shí)別出上下左右看以及非隨性眨眼等五種眼動(dòng)模式后，生成相應(yīng)指令驅(qū)動(dòng)輪椅執(zhí)行前進(jìn)、后退、左移、右移和停止這五種功能。
　　總體而言，本文圍繞三個(gè)問題對(duì)基于眼動(dòng)的人機(jī)交互進(jìn)行了深入研究，即如何