[发明专利]一种基于瞳孔特征实现视线追踪的方法

说明书

本发明提供一种基于瞳孔特征实现视线追踪的方法，该方法包括：提取用户的瞳孔边缘信息；根据所述瞳孔边缘信息，确定所述用户的瞳孔中心点；根据所述瞳孔中心点确定所述用户观察的目标点，以得到所述用户的视线方向。本发明提供的基于瞳孔特征实现视线追踪的方法的优点有：不受环境干扰因素的影响和头部运动的影响，准确度和可靠性高，且无需昂贵复杂的设备，成本低廉。

技术领域

本发明涉及眼球追踪技术，尤其涉及一种基于瞳孔特征实现视线追踪的方法。

背景技术

视线追踪也称眼动追踪，是利用摄像设备实时观测人眼的运动情况，通过一定的方法估算出视线的方向和视线落点坐标的一种技术，近年来该技术被引入到信息领域，并结合计算机视觉和图像处理技术可以广泛使用在心理分析、患者眼动交流、兴趣数据分析、安全驾驶、人机交互和军事模拟等众多领域。视线追踪技术实现的方法经历了近百年的发展，先后采用了机械记录法、电流记录法、电磁记录法和当代的光学记录法，对实验人员的人眼侵入程度越来越小，精度也越来越高。

视线追踪目前以光学记录法为主，依赖于光学器件——CCD或 CMOS图像传感器拍摄人眼图像，而后通过人眼模型将人眼的特征点数据映射到视线的三维数据，从而估算出视线方向，这是光学记录法的两大步骤：特征提取和实现估计。可以提取的人眼特征主要是：虹膜中心、虹膜边缘、瞳孔边缘、瞳孔中心、巩膜边缘、外界光源在眼睛肿的反射点(普尔钦斑)。在这些人眼特征的基础上衍生出的的估算方法有：

1.角膜反射法：外部光源照射到人眼，当眼睛运动的时候，反射点也会随之运动，摄像机通过记录反射点的变化来分析视线的方向。

2.瞳孔角膜反射法：它是角膜反射法的改进，它不仅需要检测反射点的位置，而且还要检测瞳孔中心的位置信息。瞳孔角膜反射法进一步细分为：瞳孔中心与角膜反射向量法、给予眼球三维模型的视线估计方法，这类方法会因为头部运动造成准确性降低，因此常适用于穿戴式眼动跟踪系统，利用眼球转动时相对位置不变的眼部特征做参考，提取视线变化参数，通过几何模型或映射模型获取视线方向。

3.双铺金野法，利用光线经过眼球时各个组织部分对光线的折射率不同的原理，分析光源反射产生的图像，角膜反射回来的光线较强，成为第一普金野图像，角膜后表面反射光线较弱为第二普金野图像，从晶状体前表面反射出来的图像为第三普金野图像，从晶状体后表面反射回来的图像位第四普金野图像，从而估算眼球的视线方向，但是该系统的设备昂贵、设置复杂。

4.虹膜-巩膜边缘法，该法使用红外光远照射眼睛，反射的红外光线被两只光敏晶体管接受，当眼睛转动的时候，两只晶体管接受的反射量此增彼减，可以估算出视线的大致方向，但精度略低。

综上所述，目前的眼动追踪方法面临的主要问题有：(1)眼睛的光照环境、特征选取、外部其他干扰因素等原因导致眼睛特征提取准确度和可靠性不足；(2)方法需要昂贵的设备作支撑；(3)需要较为复杂的光源设置，比如瞳孔角膜反射法，需要明暗交替的断续光源照射眼睛以获取明瞳和暗瞳；(4)受限于头部运动，测量精度不高。

发明内容

因此，为解决上述现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提供一种基于瞳孔特征实现视线追踪的方法。

具体的，本发明实施例提供一种基于瞳孔特征实现视线追踪的方法，其特征在于，包括：

提取用户的瞳孔边缘信息；

根据所述瞳孔边缘信息，确定用户的瞳孔中心点；

根据所述瞳孔中心点确定所述用户观察的目标点，以得到所述用户的视线方向。

在上述实施例的基础上，提取用户的瞳孔边缘信息，包括：

采用红外采集设备获取所述眼部图像信息，所述红外采集设备包括至少一个红外灯源；