[发明专利]一种基于虹膜和瞳孔的三维视线估计方法

权利要求书

1.一种基于虹膜和瞳孔的三维视线估计方法，该方法采用两个摄像机同步采集图像，两个摄像机并排放置于显示屏上方，并采用红外光作为辅助光源放置在显示屏前照射人脸，其特征在于该方法包括如下步骤:

(1)眼动特征提取：使用红外光源增强人眼图像，通过精确的轮廓提取和椭圆拟合获取虹膜中心位置和瞳孔中心位置；

(2)三维特征中心计算：利用虹膜中心和瞳孔中心的二维信息，结合摄像机参数计算出特征的三维坐标；

(3)视线偏差补偿：虹膜中心与瞳孔中心连线形成的光轴方向，与代表视线方向的视轴方向存在偏转角，通过偏转角进行视线校正，从而得到精确的人眼注视方向。

2.根据权利要求1所述的基于虹膜和瞳孔的三维视线估计方法，其特征在于所述步骤(1)包括：采用红外光源增强人眼信息，首先采用Haar特征级联分类器对人眼区域进行定位，接着采用基于直方图与迭代的方法对虹膜与瞳孔进行最佳阈值分割，在虹膜特征提取部分，首先通过数学形态学的方法获得虹膜的初步轮廓，再利用基于边缘检测与椭圆拟合的方法获得精确的虹膜轮廓，得到虹膜中心的坐标；在瞳孔特征提取部分，已经提取到的虹膜中心坐标为基础，设置相应的感兴趣区域提取瞳孔轮廓，采用瞳孔轮廓凸包处理与椭圆拟合对瞳孔中心坐标进行定位。

3.根据权利要求1所述的基于虹膜和瞳孔的三维视线估计方法，其特征在于所述步骤(2)包括：

(2.1)通过张正友平面模版标定法获取摄像机内参数K与外参数R_l R_r t_l t_r,其中R_l表示左摄像机坐标系到世界坐标系下的旋转矩阵，R_r表示右摄像机坐标系到世界坐标系下的旋转矩阵，t_l表示左摄像机坐标系到世界坐标系下的平移矩阵、t_r表示右摄像机坐标系到世界坐标系下的平移矩阵，然后需要通过双摄像机立体计算来获取双摄像机之间的空间几何关系，并对摄像机进行平面校正以获得严格平行的双摄像机视觉系统；

(2.2)利用步骤(1)获取的虹膜中心和瞳孔中心的二维信息，结合步骤(2.1)计算所得的摄像机内外参数和空间几何关系求取虹膜中心与瞳孔中心的三维空间坐标，最后以虹膜中心与瞳孔中心的连线作为人眼光轴的方向。

4.根据权利要求1所述的基于虹膜和瞳孔的三维视线估计方法，其特征在于所述步骤(3)包括：

(3.1)光轴与视轴之间存在着一个固定的偏转角，且光轴与视轴相交于角膜曲率中心；通过设定标定点，计算由步骤(2.2)所得的光轴与实际的视线方向即视轴之间的偏转角

(3.2)利用步骤(2.2)中获得的人眼光轴方向，结合步骤(3.1)计算所得的偏转角求取出视轴方向，即人眼的注视方向。