[发明专利]用于在全聚和斜视情况下眼睛轨迹测量的方法和装置

说明书

本发明一般来讲涉及跟踪眼睛运动的技术和装置，更确切地说，涉及感受由眼睛运动而产生的眼电图（EOG）信号并对这些信号进行处理以测定每只眼睛的水平和竖直位置以及测定眼睛的会聚或分离的方法和装置。代表眼睛位置的信号被耦接到斜视测量的输出装置或控制视频游戏的输出装置或者其它的电子装置上。

在过去的几年里，对话式视频游戏机已经得到了广泛普及。独立的游戏机已安装在娱乐厅、饭店、影剧院和其它公共设施上。此外，视频游戏机已经以与标准电视机相匹配的形式进入了家庭娱乐的市场。随着技术的进步，人们的兴趣已经集中到视频游戏采用三维特征而获得的“虚拟真实感”上。然而，这些游戏在运行时需要用手来操作而构成所需的手/眼座标以便成功地操纵游戏机。通过只利用眼睛的运动来玩游戏，能够获得更高程度的真实感。

近些年来，已经发展出多种可通过眼睛运动来控制计算机或机械结构的系统。例如，1969年8月19日授予Mason的第3，462，604号美国专利中公开了一种基于将从眼睛视网膜上反射的光与从眼睛前表面反射的光相比较来确定眼睛方位的测眼仪。光直接射到眼球上，在眼球上光被前表面和眼睛后部的视网膜反射。一个探测系统观察反射图象并通过反射图象的相对位置确定眼睛的位置。

1976年8月22日授予Graf的第4，109，145号美国专利中公开了一种用于眼睛方位的“视线”测量装置。利用测眼仪或其它视线测定装置来监测眼睛的方位，该装置测量操作者的眼睛保持在视线位置上的时间相对于特殊控制功能的时间的长度。如果在视线位置上保持的时间长于预定的时间，则装置产生控制输出。

1976年10月12日授予Teltscher的美国第3，986，030号专利公开了一种供截瘫或其它无能力的人使用的眼运动操作键盘附件。该装置包括将光直接射向操作者眼睛的光源和由从操作者的眼睛反射的光激活的多个光敏感传感器。传感器连接到通过眼睛运动控制的键盘启动的仪器上。

1978年3月28日授予Vogeley的第4，081，623号美国专利公开了利用光源，辐射传感器，指令识别器和显示单元探测操作者眨眼时的特定编号顺序。将眼睛眨动编码并用于拔电话或控制一个机构。

1970年4月21日授予Holmes的美国第3，507，988号专利公开了一种窄频带电视系统，该系统具有类似于人眼的分辨特性并能高度分辨发射区的一部分，该部分的位置是随观察者的视线而变化的。通过利用反射的光束确定眼睛的位置。

1973年4月3日授予Cornsweet等人的美国第3，724，932号专利公开了一种装置，其中用光充满眼睛以便通过眼睛的反射表面形成多个普系钦图象。通过将图象成像在转动盘上对其中两个普系钦图象进行监测，转动盘上有多个垂直狭缝，通过这些狭缝将普系钦图象进一步成象在光探测器上。眼睛光轴的方位通过监测普系钦图象的距离来确定。

1989年9月12日授予Scharfenberg的美国第4，866，229号专利公开了一种用于将光学信息投射到头戴装置上以便戴者能够观察到与直接可见的外部图象相分离或相重叠的图象的装置。

1987年3月17日授予Sutter的第4，651，145号美国专利公开了一种眼-脑摄影通讯系统，其中向操作者施加具有单值编码信号的视觉刺激并对操作者的电-脑摄影（EEG）信号进行监测。通过操作者的EEG信号能够识别编码并由此可通过观察该信号简便地选择显示特性。

1986年3月18日授予Westerman的第4，576，184号美国专利公开了一种根据角膜视网膜电压探测药物摄取量和/或使用电一眼球震颤描记（ENG）器检测脑电波的装置。

公开在上述专利中的诸多系统的缺点是它们使用了从眼睛反射的光而且它们对来自其它光源的干扰很敏感。其它的系统需要向操作者施加特殊的视觉刺激并需要监测相应的反应码。

得用眼电图信号能够克服上述装置中的缺陷，眼电图信号代表了眼睛运动的电特性。然而，在这些方法和装置中，眼电图信号是当眼睛处于平直状态下的眼运动而产生的并且实际上代表了两维运动（左/右和上/下）。它们不具有三维运动的可能性或测定每只眼睛独立地相对于一个参考固定点的精确位置的可能性。也可参看Hugh.S，Lust和R、Benjamin，Knapp的“人类生物电信号产生的音乐”，该文发表在美国科学促进协会第155次会议上，San    Frsncidco，CA1989，1，18。