[发明专利]视线追踪系统中基于瞳孔-角膜反射的视线估计方法

权利要求书

1.视线追踪系统中基于瞳孔-角膜反射的视线估计方法，其特征在于：

步骤一：多项式模型初始化，使用者和头部位置固定情况下的视线映射函数(G_x，G_y)＝f(Δx，Δy)，其中G_x＝a₁+a₂Δx+a₃Δy+a₄ΔxΔy，G_y＝b₁+b₂Δy+b₃Δx+b₄Δy²，(Δx，Δy)为瞳孔中心到角膜反射的向量，确定8个未知数a₁，a₂，a₃，a₄，b₁，b₂，b₃，b₄的值；

步骤二：进行个体差异补偿，得到补偿以后的瞳孔中心到普尔钦斑向量(Δx′，Δy′)，减少个体差异对视线估计的影响；

步骤三：头部位置补偿，通过分析头动后眼部特征和头部位置变化的关系，解决使用者头部位置改变对视线估计精度的影响问题，得到头部位置补偿后的瞳孔中心到普尔钦斑向量(Δx″，Δy″)；

步骤四：通过使用者和头部位置固定情况下得到视线映射函数(G_x，G_y)＝f(Δx″，Δy″)，其中G_x＝a₁+a₂Δx″+a₃Δy″+a₄Δx″Δy″，G_y＝b₁+b₂Δy″+b₃Δx″+b₄Δy″²。

2.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于：使用者和头部位置固定情况下的视线映射函数(G_x，G_y)＝f(Δx，Δy)，其中G_x＝a₁+a₂Δx+a₃Δy+a₄ΔxΔy，G_y＝b₁+b₂Δy+b₃Δx+b₄Δy²，(Δx，Δy)为瞳孔中心到角膜反射的向量，为了覆盖屏幕落点的各个区域，本发明通过9点标定，在进行视线估计的时候，使用者依次盯着屏幕的9个点，当使用者盯着其中一点时，由图像处理方法计算出，其中(n＝1，2，...，9)；用对8个未知数a₁，a₂，a₃，a₄，b₁，b₂，b₃，b₄进行多项式回归。

3.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于：所述的个体差异补偿是通过单点标定确定使用者的角膜半径比例系数k和视线偏角λ，(Δx′，Δy′)＝(Δx，Δy)×k(cosλ+isinλ)，(Δx′，Δy′)为补偿以后的瞳孔中心到普尔钦斑向量，(Δx，Δy)为瞳孔中心到角膜反射的向量，补偿以后的视线特征向量L′_t为：为瞳孔椭圆长短轴的比，θ为瞳孔椭圆长轴与垂直方向的角度，(i_c，j_c)为角膜反射在图像中的位置；

4.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于：所述的头部位置补偿是当用户在两个位置盯视同一屏幕点S时，根据三角形oSO₁，oSO₂的几何比例关系及成像原理得到：

p₁g₁＝(Δx′，Δy′)，p₂g₂＝(Δx″，Δy″)

其中，p₁g₁，p₂g₂分别为O₁和O₂位置瞳孔到普尔钦斑矢量的图像值，为(Δx′，Δy′)和(Δx″，Δy″)的坐标表示，D₁，D₂为角膜曲率中心到视线落点S的距离，d₁，d₂分别为O₁和O₂位置角膜曲率中心到屏幕的距离；

使用者的瞳距是固定值，但当使用者处于不同位置时，瞳距在摄像机上的值与用户距摄像机距离成反比，

通过瞳孔椭圆的曲率估计角膜曲率中心到视线落点的距离D，

D1=d1·arccos(amajor1aminor1),]]>D2=d2arccos(amajor2aminor2)]]>

由此得到：

p1g1p2g2=(L1(aR+aL)1/(aR-aL)2+(L2·(aR+aL)/2z1)22z1)2·arccos(amajor2aminor2)arccos(amajor1aminor1)]]>

其中，L₁，L₂为瞳距，a_L和a_R分别为左右瞳孔的长轴，z₁为瞳孔到相机的距离，

本发明采用使用者在不同位置时摄像机测量的瞳距值进行代替，以此消除头动带来的视线估计误差。