[实用新型]双目视线跟踪装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种人机交互装置，特别是一种基于双目摄像机双目视线跟踪装置。

背景技术

人与计算机交互是研究人与计算机及其相互作用的技术，其研究目的在于利用所有可能的信息通道进行人机交流，提高交互的自然性和高效性。目前人与计算机交互由于一直受到基于键盘、鼠标的窄带宽输入界面的限制，使用户到计算机的通讯带宽停滞不前，人机交互中输入与输出效率变得越来越不平衡，由此激发了基于视线跟踪、语音识别、手势输入、感觉反馈等新的交互技术的多通道界面的研究，其中视线追踪技术倍受该研究领域的重视。在人与计算机的交互中，视觉通常作为人接收信息的感觉通道。例如，当用户使用鼠标来选择屏幕上感兴趣的目标时，视线随注意点聚焦到该目标上，然后检查光标与该目标的空间差距，再反馈到大脑并经大脑指挥手去移动鼠标器，直至视觉判断光标已位于目标之上，做出按键动作。如果计算机能“自动”将光标置于用户所感兴趣的目标之上，就会省去上述交互过程中的大部分步骤，从而把手解放出来，大大降低认知负荷。若想利用视觉通道向计算机输入信息，首先须了解用户在屏幕上所注视的区域、感兴趣的屏幕元素等，这些信息可以通过视线跟踪技术获得。视线跟踪的目的是根据眼睛的特征和位置以及其他一些脸部线索来决定用户注视的方向，把它作为一种可选的或互补的计算机输入通道，为人机交互研究提供一种分析工具。

视线预示了人眼看物体的位置以及关注的东西。这是传递人感兴趣物体信息的一个有效方法。准确地测定人的视线方向，不仅可以用于研究人眼的运动规律，而且对于研究人脑的生理功能或进行心理分析都具有相当意义。因此，各种视线追踪系统被发明并广泛应用于医学治疗、心理学研究、交通智能和人机互动技术等方面。

视线跟踪技术按其所借助的媒介分为以硬件为基础和以软件为基础两种：(1)以硬件为基础的视线跟踪，其基本工作原理是利用图像处理技术，使用能锁定眼睛的特殊摄像机，通过摄入从人的眼角膜和瞳孔反射的红外线连续地记录视线变化，从而达到记录分析视线追踪过程的目的。视线跟踪装置有强迫式与非强迫式、穿戴式与非穿戴式、接触式与非接触式之分，其精度从0.1°至2°。以硬件为基础的方法需要用户戴上特制的头盔、特殊的隐形眼镜，或者使用头部固定支架、置于用户头顶的摄像机等，对用户的干扰很大。(2)以软件为基础的视线跟踪。近年来，人们为克服视线跟踪装置对人的干扰作用，提出了用软件实现的对用户无干扰的视线跟踪方法。其基本工作原理是先利用摄像机获取人眼或脸部图像，然后用软件实现图像中人脸和人眼的定位与跟踪，从而估算出用户注视的位置。

考虑到长期照射红外线对人眼产生的有害影响，以及用户使用的便捷性，本文介绍了一种非强迫式的基于双目摄像机和瞳孔检测的视线追踪装置。在不固定头部或不带头盔的条件下，首先利用双摄像机标定技术计算出摄像机的内外参数，如：焦距、位置等信息，以此来确立图像中的被测点与世界坐标系下被测点的位置关系，然后利用双摄像机对被测对象观察不同注视点时的人脸进行成像，通过图像处理得到人脸各个特征点，如：瞳孔、眼角、嘴角，根据这些特征点及摄像机参数，计算出人脸朝向的方向以及人眼注视的方向，从而计算出注视点的位置。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可用于准确跟踪人的视线变化以及视线定位的双目视线跟踪装置。

本实用新型可用于准确跟踪人的视线变化以及视线定位。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双目视线跟踪装置，包括：

计算机显示器屏幕，用于显示跟踪结果；

一块观察大屏幕，置于显示器后方，上面标示观察点，用于分析视线方向的精确度；

两台摄像机，用于采集人脸及人眼图像，装于计算机显示器屏幕上方左右两侧；

一个摄像机标定单元，用于获得摄像机内外参数，从而计算机图像中推知三维信息，或者从三维信息计算出目标在图像中的坐标；

一个人脸方位计算单元，用于获得人脸在世界坐标系下坐标；

一个视线方向计算单元，用于获得视线在世界坐标系下坐标，并将结果传给计算机显示器屏幕。

摄像机标定单元采用带有一阶径向畸变的针孔模型。

人脸方位计算单元通过对人脸特征点的检测获得人脸在世界坐标系下坐标。

人脸特征点包括：瞳孔、眼角和嘴角。

瞳孔包括左瞳孔和右瞳孔；所述眼角包括左眼角和右眼角；嘴角包括左嘴角和右嘴角。

视线方向计算单元通过瞳孔检测确定视线方向。

人脸方位计算单元用于计算人脸朝向。