[发明专利]一种基于角膜反射的非接触式视线追踪方法

摘要

本发明提供了一种基于角膜反射的非接触式视线追踪方法，步骤1：人眼定位；步骤2：计算光斑坐标；步骤3：瞳孔精确定位；步骤4：空间映射：根据计算出的屏幕上四个光斑和瞳孔中心坐标，利用射影几何中的交比不变原理进行空间坐标的映射。本发明提出的技术方案不需要配戴其它设备，大大降低了对使用者的限制；提出一种新的瞳孔边缘拟合方案，循环拟合剔除假点，最终得到精确的瞳孔中心，提高了映射的精度。本发明与现有的相关研究相比，在精度上有了较大的提升。

主权项

一种基于角膜反射的非接触式视线追踪方法，其特征在于：步骤1：人眼定位：利用眼睛不同部位对红外光的反射和折射率不同，瞳孔对红外光的反射最弱，因而瞳孔在红外光的照射下呈黑色，而其他部分都不是黑色的特点定位人的眼睛；步骤2：计算光斑坐标：步骤2.1：首先根据经验阈值分割感兴趣区域图像，然后找出面积最大的五个光斑；步骤2.2：利用质心法计算出五个光斑的中心坐标，同时利用光斑的相对位置进行检测，剔除假的光斑信息；图像中光斑面积小、亮度大、受干扰影响较小，采用圆模型处理，提取光斑区域质心位置；由前面得到的光斑阈值，在二值化图中粗定光斑中心(xc,yc)和初始半径r； r = area pi - - - ( 3 ) 式中area表示面积，pi表示圆周率，假定原图中光斑光强为二维高斯分布，通过最小化（3）式确定光强下降最快之处对应的r； ∫ I ( r + δ , x c , y c , θ ) dθ ∫ I ( r - δ , x c , y c , θ ) dθ - - - ( 4 ) I(r，x，y，θ)为光斑边界点光强，δ=1，θ是由r,x,y确定的边界弧线角度；为防止丢失信息，取1.5‑3.5r对应区域作为光斑区域，在此区域采用带权重的“质心法”计算光斑中心位置；步骤2.3：如果有没有找到的光斑点，则用找到的光斑的坐标预测没有找到的光斑的位置，同时减小阈值，在预测区域搜索没有找到的光斑，重复进行直到找到光斑为止；步骤3：瞳孔精确定位：依据光斑位置，确定瞳孔搜索区域，用粗定的瞳孔中心作为搜索瞳孔边界的起始点，在不同方向上做一维扫描，在搜索线上感兴趣区域，结合像素点灰度值、梯度值及边界曲线的平滑特性，由(5)式通过寻找最大值，决定边缘点位置r，提取瞳孔边缘的候选点，f(r)=k0G(r)‑k1(I(r)‑Ip)‑k2(r‑rn‑1)   （5）f为判据函数，I(r)为搜索点灰度值，Ip为瞳孔阈值，G(r)为搜索点梯度值，由一维梯度算子[11000]计算得到，rn‑1为相邻搜索线上得到的边界点半径，k0、k1、k2为由试验定值的权重参数；步骤4：空间映射：根据计算出的屏幕上四个光斑和瞳孔中心坐标，利用射影几何中的交比不变原理进行空间坐标的映射。