[发明专利]一种基于投影积分和边缘检测的瞳孔区域定位方法

说明书

本发明提出一种基于投影积分和边缘检测的瞳孔区域定位方法，包括：S1，图像预处理，对摄像头捕获的人脸图像进行预处理；S2，投影积分计算，使用积分投影方法计算人脸图像的灰度变化；S3，人眼区域定位，根据人眼比例和积分计算结果定位人眼区域；S4，瞳孔区域定位，使用边缘检测定位瞳孔区域。本发明方案使用灰度投影积分，将人脸结构特征结合灰度投影积分，在水平和垂直两个方向上计算人眼区域的灰度变化，从而得到人眼区域定位，再使用边缘检测算子实现瞳孔区域的精确定位，无需使用LED光源直射用户眼睛，且计算快捷，易于实现。

技术领域

本发明涉及人机交互领域，具体涉及一种基于投影积分和边缘检测的瞳孔区域定位方法。

背景技术

为了帮助残疾人/老年人保持与外界的交流、沟通，提高他们的独立生活能力，减轻家庭、社会的负担，世界各地许多科学家们开始探索研究新型的人机交互方式。所谓交互技术包括人与执行机构(如机器人等)的交互和执行机构与环境的交互。前者的意义在于可由人去实现执行机构在未知或非确定环境中难以做到的规划和决策；而后者的意义在于可由机器人去完成人所不能达到的恶劣环境或远距离环境中的作业任务。

传统的人机交互设备主要有键盘、鼠标、手写板、触摸屏、游戏控制器等，这些设备利用使用者的手部运动来实现人机交互的功能。然而对于许多残疾人士，尤其是如上所述的肢体残体人士(全身瘫痪、肌肉萎缩症患者等)，这些传统的设备通常无法满足其正常交互的需求。

基于眼动信息的人机交互方式是通过摄像机采集用户图像、进行模式识别来实现的，由于其具有直接性、自然性与双向性的特点，代替键盘输入、鼠标移动的交互功能。常用的基于眼动信息的人机交互方式依靠LED红外光源提取角膜反射信息，进而获得判别特征，但LED红外光源易受光线影响，且LED光源长期照射人眼，对人眼容易造成损伤。

基于眼动信息的人机交互方式关键在于眼睛瞳孔定位和瞳孔动作识别的准确性，因此如何在自然光环境下，使用单目摄像头准确定位出瞳孔区域，对于实现高效的基于眼动信息的人机交互，具有重要的意义。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，尤其解决现有使用LED红外光的基于眼动信息的人机交互技术中，LED红外光源易受光线影响，且LED光源长期照射人眼，对人眼容易造成损伤的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于投影积分和边缘检测的瞳孔区域定位方法，主要步骤包括：

S1，图像预处理，对摄像头捕获的人脸图像进行预处理；

S2，投影积分计算，使用积分投影方法计算人脸图像的灰度变化；

S3，人眼区域粗定位，根据人眼比例和积分计算结果定位人眼区域；

S4，瞳孔区域定位，使用边缘检测定位瞳孔区域。

进一步地，所述步骤S1图像预处理操作包括：S11图像灰度化、S12图像均衡化、图像二值化、图像负片操作；

进一步地，所述步骤S2投影积分计算操作包括：水平垂直积分操作和垂直积分投影操作；

进一步地，所述步骤S2投影积分计算操作中，将图像分成左右两部分，分别进行投影积分计算；

进一步地，所述步骤S3人眼区域定位操作中，根据人左右两眼间距的比例获取人眼区域；

进一步地，所述步骤S4瞳孔区域定位操作包括：S41高斯滤波平滑、S42计算梯度幅值和方向、S43梯度幅值非极大值抑制、S44边缘检测和连接。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：