[实用新型]基于红外发光管的快速视点跟踪装置

说明书

技术领域

 本实用新型属于人机交互领域，特别涉及一种基于红外发光管的快速视点跟踪装置，用来捕捉观察者的注视点，并根据观察者的视点来进行后续的图像或操作处理，也可应用于研究特定条件下人类的观察习惯及其特点。

背景技术

 视点跟踪技术是随着人机交互技术的发展而发展起来的，目前国内外采用的视点跟踪技术主要采取光电传感技术，有的偏重于硬件，有的偏重于软件，以硬件为主的技术，需要被跟踪的对象配戴特制的装置，给观察者的行动带来不便，而以软件为主的技术却因为算法的复杂度较高，响应时间较长，影响了其实用性。

目前采用红外发光管作为光源的视点检测装置，大多利用了人眼对红外光的不敏感的特点，而CCD的敏感波段可以延伸到1μm，进而得到观察者的眼睛的像，从中提取瞳孔的位置，根据该位置来映射观察者在画面的注视点，然后采取进一步的处理措施。日本佳能株式会社的小林崇史1995年申请的申请号为95168095.2的“视点检测器和视点检测方法及其应用”提出一种视点检测装置，用于在相机拍摄过程中，根据视点来调节拍摄状态，该视点检测器安装于取景器中，用一对红外发光二极管照射使用者的眼睛，并用透镜对照射眼睛的光进行发散，将眼睛的反射光经由成像透镜在CCD上成像，根据眼睛成像的关键点进行处理，来计算瞳孔的位置，并映射到取景器的图像上，以确定使用者的操作意图。但是这种方法只适用于取景器，当使用者全脸暴露在成像区域中时，如何从双眼的运动来确定视点的位置，专利中并未提及。结合人机交互的发展，北京科技大学的张鹏翼等人提出“使用立体视觉信息的视线追踪系统设计”（见北京邮电大学学报，2010，vol.33,No.1:47-51，张鹏翼，王志良，郑思仪，张琼），该设计的中心为利用相邻2帧“亮暗瞳”图像的双摄像机红外光源，使用图像做差和椭圆拟合的方式计算瞳孔中心，结合在“暗瞳”图像中得到普洱钦斑中心，确定局部视线的盯视方向。然后根据人类视线移动特点，提出使用神经网络结合卡尔曼滤波的方法进行瞳孔跟踪，用支持向量回归对人眼立体参数、局部视线盯视方向和盯视点之间的关系进行训练，得到视线映射模型。该种方法可以克服由于头部的移动造成的干扰，但是其实现方法硬件开销大，并且仍然依靠了大量的软件计算，处理速度最高只能达到20Hz，在需要快速反应的场合及便携式设备中仍需要提出一种新的方法，减小硬件开销，提高响应速度。

实用新型内容

 本实用新型的目的，在于提供一种基于红外发光管的快速视点跟踪装置，其可高效快速地确定视点，减小硬件开支，提高定位的准确性及实时性，并且适用于各种仪器及设备的人机交互应用，解决目前视点跟踪技术的应用环境要求高及算法复杂度高的问题。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种基于红外发光管的快速视点跟踪装置，包括LED显示屏、一对红外发光管、CCD、成像透镜、红外滤光片和视点跟踪电路；

LED显示屏设于被测者的正前方，成像透镜设于LED显示屏的上方，其正后方依次设置红外滤光片和CCD，所述成像透镜用于对被测者的面部进行成像，所成的面部的像经由红外滤光片正后方的CCD进行光电转换，转换后的电子图像经由视点跟踪电路进行运算，以寻找被测者眼睛的瞳孔中心位置；

第一红外发光管放置于面部中央位置，由电源直接供电，保持对被测者面部的长期持续照明；第二红外发光管设于成像透镜的正上方，由视点跟踪电路控制分时对被测者的眼睛进行照明；

视点跟踪电路设于LED显示屏的后方，包括发光管控制模块、图像处理模块、视点映射模块和输出控制信号模块，发光管控制模块控制第二红外发光管的开闭；图像处理模块在发光管控制模块的控制下从CCD进行图像的采集，并运算得到眼睛瞳孔的图像，发送到视点映射模块；所述视点映射模块对所述图像进行处理，并将得到的视野角度及成像系统焦距的变化量发送到输出控制信号模块。

采用上述方案后，本实用新型所提出的基于红外发光管的快速视点跟踪装置可以克服由于头部的移动造成的干扰，有效地解决实现方法硬件开销大的问题。虽然后续处理部分需要一定的软件计算，但并不影响系统的响应速度，如果算法选取得当，可以得到良好的视点跟踪显示效果。该装置在需要快速反应的场合及便携式设备中能有效提高响应速度，解决目前视点跟踪技术的应用环境要求高及算法复杂度高的问题。

附图说明

 图1是本实用新型的原理架构图；

图2是本实用新型的结构正视图；

图3是本实用新型中LED显示屏的显示标记示意图；