[发明专利]用于在限定操作范围内进行视线跟踪的装置

说明书

提供用于在限定操作范围内进行视线跟踪的系统和装置。该装置包括至少一个光学系统，该光学系统能够捕获由复合照明源产生的波长范围内的辐射。该装置还包括创建复合照明源的至少一组照明源，其中：照明源中的至少一个相对于光学系统被定位成，使得其确保在装置操作范围的起点处的用户亮瞳孔反应；并且复合照明源尺寸使得它在用户的眼睛上产生在装置操作范围的终点处能够由光学系统区分的普尔钦斑。该装置还包括用于激活和去激活至少一个复合照明源的照明控制器、以及用于传输从至少一个光学系统产生的图像的信号处理控制器。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月31日提交的美国临时专利申请No.62/273,681的优先权，其内容通过引用并入于此。

技术领域

下文涉及用于视线跟踪的系统和装置。更特别地，涉及最小硬件复杂性装置设计以及结合该设计的视线跟踪系统。

背景技术

1962年首先在[1]中报道了虽然处于非常受约束的环境中也能够远程确定视线方向的能力。1974年，在[2]中公开了允许用户在1 ft³头戴装置(head box)中自由活动的用于远程视线跟踪和瞳孔测量的装置。给定对用户施加的限制以及它们的降低便携性，作为研究工具，上述两种装置的使用受到限制。

通过采用对象眼睛的红外照明(在本文中称为主动-IR)，视线跟踪装置利用所谓的亮瞳孔反应、暗瞳孔反应或两者[3]。与充足图像处理相结合，其能够显著提高视线估计处理的鲁棒性和准确性。

在主动-IR照明下的亮瞳孔反应是根据摄影学的更广为人知的红眼效应的红外等效，其在用于照射场景的光源被定位成接近相机的光轴时发生，从而从视网膜产生回射。但是，在摄影学中这是不希望的效果，在主动-IR视线跟踪范例中，这是一种改进瞳孔的可探测性的手段。亮瞳孔反应通过将红外照明源定位成在相机镜头附近或与相机镜头同轴(轴上)而获得。相反，暗瞳孔反应通过将红外照明源定位在远离成像装置的光轴(离轴)的最小距离处而获得，避免产生亮瞳孔反应。

在通常的实践中，如[4]中所公开的，使用同轴和离轴红外照明器的串联以确保视线跟踪准确性和鲁棒性。这种装置配置是用于现有商业视线跟踪解决方案的当前实际解决方案。同时使用同轴和离轴照明器需要用于在两者之间切换的控制电路、以及用于处理连续图像采集的同步模块。

仅同轴的方法不太常见，在[5]中公开的一种这样的系统和方法限于单眼视线跟踪并且假定场景被约束于眼睛区域。使用这种方法使瞳孔检测变得简单直接，因为它依赖于在给定其预期尺寸的情况下瞳孔是图像中的最明亮对象。然而，受约束视场(FOV)和亮瞳孔反应的内在变化性极大地限制了可以使用这种系统的操作条件。

在[6]中首次公开了一种用于利用由仅同轴解决方案提供的小形状因数同时缓解上述限制的解决方案。这样做时，其揭露了将受益于这种简化的视线跟踪装置的另外方面。特别地，使执行视线跟踪所必须的照明源的数量和传感器分辨率最小化。现有装置仍然需要大量照明源来起作用，并且需要高分辨率传感器以对所有要求组成部分成像。应当理解，即使当描述由一个复合照明源(例如单个离轴源)组成的装置时，现有装置也使用大量单个源来创建所限定复合源，以试图确保在图像中检测到用户眼睛的期望组成部分。

发明内容

下文的目的是提供一种能够提供仍然包含足够细节以允许视线跟踪系统使用它们的低分辨率图像的装置。此外，本公开的目的是限定具有确保期望眼睛组成部分在所述图像中可检测到所必须的最少数量照明源的装置。