[实用新型]一种自适应视线跟踪系统

说明书

本项目得到天津师范大学博士基金资助，资助号：52X09008。

技术领域

本实用新型属于人机接口技术领域，具体地是涉及一种自适应视线跟踪系统。

背景技术

视线跟踪技术是未来智能人机接口的关键技术之一，在人机交互领域有着广阔的应用前景。眼注视是一种非常好的能使人机对话变得简便、自然的候选输入通道，将人的眼睛作为输入媒介，通过眼睛盯视对外部设备进行控制可以实现多任务操作，在一些工业控制、机器人学和临床医学上有着广泛的发展前景。

视线跟踪是根据眼睛的特征和位置以及其他一些脸部线索来决定用户注视的方向，获得用户的意图。作为人机交互技术的重要分支，视线跟踪技术主要研究对人类眼睛运动特性的检测与识别，实现对其他功能系统的自动控制。该技术的最大优点是可以通过眼睛注视实现对外部设备的控制，进而实现多任务操作，在军事及民用上具有广阔的应用前景。

视线跟踪技术可分为以硬件为基础的和以软件为基础的两种。以硬件为基础的方法需要用户戴上特制的头盔、置于用户头顶的摄像机、或者使用头部固定支架等，对用户的干扰很大。为了克服视线跟踪装置对人的干扰作用，研究人员提出了用软件实现的对用户无干扰的视线跟踪方法。其基本工作原理是先利用摄像机获取人眼或脸部图像，然后用软件实现图像中人脸和人眼的定位与跟踪，从而估算用户在屏幕上的注视位置。以软件为基础的视线跟踪技术，对用户的限制大大降低，用户的头部可以移动，但其精度相对较低。如何在不干扰用户的前提下，获得准确的注视焦点是视线跟踪技术相关研究人员需要解决的重要问题。但现有的视线跟踪技术大多存在系统精度不高及对用户限制过多等不足。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中的问题，而提供了一种自适应视线跟踪系统。

本实用新型所采取的技术方案是：

本实用新型的自适应视线跟踪系统，包括通过数据线相互连接的CCD摄像机、图像采集卡、和计算机；CCD摄像机设置在摄像机云台上。

所述的CCD摄像机装有电动连续可变焦距的变焦镜头。

CCD指电荷耦合型图像传感器。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型的自适应视线跟踪系统，能够对外部环境光强变化、用户头部位置变化具有自适应能力。避免了人工调节的繁琐并提高了调节的准确性。与目前大多数调焦系统相比较，具有以下优点：

1. 对运动目标能够瞄准、跟踪并自动调焦。摄像机可由大视场下的头肩图像通过自动调节，实时跟踪眼睛并捕获到小视场下的眼睛清晰图像。

2. 能够适应不同的光照条件。

3.可应用于实时系统中。

附图说明

图1为本实用新型的自适应视线跟踪系统的结构框图；

图2为本实用新型的自适应视线跟踪系统的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

图1为本实用新型的自适应视线跟踪系统的结构框图。如图1所示，本实用新型的自适应视线跟踪系统，包括通过数据线相互连接的CCD摄像机、图像采集卡、和计算机；CCD摄像机设置在摄像机云台上。CCD摄像机装有电动连续可变焦距的变焦镜头。

CCD指电荷耦合型图像传感器。系统中，CCD摄像机置于摄像机云台上，能作二维扫描，适应头部位置变化；CCD 的物镜镜头是采用可变焦距的变焦镜头，是依靠变倍组和补偿组这两个透镜组沿光轴方向的移动来改变焦距的大小，从而改变物镜对目标的放大倍数和视场角，达到连续调节观察范围的目的，适应头部在景深方向的运动。

图2为本实用新型的自适应视线跟踪系统的原理图。如图2所示，CCD 摄像机捕获的眼睛图像传输到计算机，经对视频图像进行预处理及特征检索等图像处理之后，提取瞳孔中心位置信息，进而估算出眼睛视线方向。

高质量图像是基于图像处理视线跟踪技术的基础，本实用新型采用自调节移动平台和电动连续三可变CCD物镜，以补偿头部运动产生的影响；为防止头部活动范围过大，造成眼睛跑出CCD摄像机的视场范围，设计使用摄像机云台使CCD摄像机能扫描跟踪用户的眼睛。由于人的内眼角点是非常稳定的，人脸表情的变化基本上不会引起它的位置改变，因此将摄像机捕获到的人眼视频图像中两个内眼角的距离作为判定依据，调节摄像机镜头的焦距，使光学成像系统放大率保持不变，根据提取的图像特征实现自动聚焦及调整图像亮度，构成闭环的反馈控制系统。