[发明专利]一种人眼视线纵向距离的快速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及人眼视距的测量技术领域，具体涉及一种人眼视线纵向距离的快速测量方法。

背景技术

目前，人眼视距的测量主要是基于双眼视差法来进行的，这样的测量精度非常差。人的双眼聚焦在同一点时，由于人的双眼有一间距(大约3-5cm)，造成两个眼睛的视线方向矢量并未完全重合。所有，双眼视差法就是通过单独测量每个眼睛的视线方向矢量，两矢量的交点即为人眼观察的焦点所在。但是，人眼视线方向矢量测量的误差本来就比较大，再用其来计算人眼焦点位置带来的二次误差会非常大，况且有研究表明视线方向矢量交点的位置并不一定是人眼观察的焦点，人眼观察焦点会出现在视线方向矢量交点的前后一段距离内。这样就会造成传统的双眼视差法测量精度比较低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种人眼视线纵向距离的快速测量方法。通过摄像头拍摄人眼的瞳孔图像，从图像上提取瞳孔亮暗分布特征，计算得出人眼视线距离。我们改善了红外偏心摄影法的光路，加入适当的光学辅助(红外滤光片、红外截止滤光片、红外光源、望远镜系统)，使得测量过程对人的限制比较小，时间花费也更少。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种人眼视线纵向距离的测量方法，其包括如下步骤：

(1)在光具座上构建偏心摄像测量装置,包括摄像头、红外光源、红外滤光镜、望远镜、人脸支架、红外截止滤光片；沿光路方向上的红外截止滤光片、望远镜和摄像头同轴等高，人脸支架用于支持被测试者脸部；红外截止滤光片将测量光路弯折到人脸支架右侧；望远镜用于缩短拍摄光路；摄像机在光路的最右端，望远镜与摄像头之间设光阑与红外光源，使用红外光源能获得边界清晰的瞳孔图像，光阑遮挡住摄像头的下半部分；摄像头前面设有一红外滤光片，用于减少环境可见光的影响；摄像头还通过USB接口连接电脑，在电脑上用MATLAB软件平台上进行图像处理和计算；

(2)瞳孔边界检测，用游程算法处理获得瞳孔区域，再用方程拟合方法获得瞳孔边界；

(3)瞳孔区域亮暗分布计算，由于装置的光阑是遮挡摄像头的下半部分，拍摄的瞳孔图像的亮暗分布是垂直变化的，可选取竖直方向的直径来计算亮暗分布特征，整个瞳孔区域灰度值平均值作为阈值，计算竖直方向的直径上大于阈值的长度与瞳孔直径的比值；

(4)纵向距离的测量，由测量前的定标参数以及当前瞳孔亮暗分布情况，计算获得视线纵向距离；所述定标参数包括瞳孔半径R、摄像机与人眼瞳孔的距离A、瞳孔暗区域与直径比值k。

进一步优化地，上述方法运用改进的红外偏心摄影法直接测量人眼视线的纵向距离，具体改进的方法是将人眼屈光度对于人眼焦距的修正，变成是屈光度对物距的修正，进而得到视线纵向距离的计算表达式。

本发明采用望远系统缩短拍摄光路，减弱瞳孔中心与红外光源不同轴的影响。使用红外光源和红外滤光片减弱环境杂散光干扰。

进一步优化地，上述方法运用图像处理的方法计算瞳孔图像的亮暗分布情况，首先采用游程算法从人眼图像上获取瞳孔区域；然后对区域边界用椭圆拟合的方法获得瞳孔中心，并将边界修正成椭圆；接着进行伸缩变换，将瞳孔区域拉伸成圆形，最后取圆形竖直的直径来计算瞳孔区域亮暗分布特征。

进一步优化地，上述方法使用红外截止滤光片使得测量光路与人眼视线光路垂直，测量过程不会影响人眼视野范围。

进一步优化地，步骤(4)所述计算获得视线纵向距离具体计算表达式是：

S即视线纵向距离，R是瞳孔半径，k是瞳孔暗区域与直径比值，A是摄像头与瞳孔距离，E是光源偏离光轴距离，其中瞳孔暗区域与直径比值k能从瞳孔图像通过图像处理技术获得，参数E、A和R是通过定标过程获得的；对于每一帧人眼图像，计算出瞳孔暗区域与直径比值k代入上面的表达式就能计算出当前人眼视线的纵向距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下几点：

1)使用红外光源，使得图像处理过程简化，测量精度更好。

2)使用望远镜系统的透镜组，缩短光路，减弱瞳孔中心与红外光源不同轴带来的影响，减少对人的限制。

3)每次测量的时间少，能符合实时测量、追踪测量的要求。

4)使用红外截止滤光片，反射红外光、透射可见光，测量过程不会影响被测试者的视野范围。

附图说明

图1a和图1b为实例中偏心摄影测量装置的结构示意图。

图2为瞳孔图像亮暗分布效果图。

图3为红外偏心摄影法原理图。

图4为实际人眼观察光路图。