[发明专利]一种用于视线跟踪系统的双路同步亮暗瞳图像采集方法

说明书

本发明公开了一种用于视线跟踪系统的双路同步亮暗瞳图像采集方法，通过共享时钟、同时启动、硬件触发粗同步图像传感器；通过计数补偿算法对传感器的行场同步信号进行滤波，消除丢帧；使用FIFO同步模块对两路数据进行辅助同步；使用组帧算法实现亮暗瞳图像任一丢帧以及双路图像打包；采用硬件触发和软件FIFO两次同步。本发明通过共享时钟、同时启动、硬件触发等技术粗同步图像传感器；通过计数补偿算法对传感器的行场同步信号进行滤波，消除由于恶劣电气环境导致的丢帧；使用FIFO同步模块对两路数据进行辅助同步，解决低成本采集设备硬件同步不精确的问题；使用组帧算法解决亮暗瞳图像任一丢帧以及双路图像打包的问题。

技术领域

本发明属于视线跟踪技术领域，尤其涉及一种用于视线跟踪系统的双路同步亮暗瞳图像采集方法。

背景技术

视线跟踪技术是一种通过分析眼图来对眼睛实际注视点位置进行估计的技术，广泛运用于人机交互、心理学研究以及商业等领域。从19世纪开始，人们就开始对眼睛运动的测量和实现跟踪进行研究。20世纪60年代之后，随着微电子技术、摄像技术和红外技术的发展，人们得以利用更加先进的仪器进行眼动测量，推动了视线跟踪技术的发展。一般而言，视线跟踪技术可以分为眼图提取和视线估计两大部分，而眼图提取的速度则直接决定了视线跟踪技术的实时性、准确性与实用性。总体上，眼图提取方法分为基于形状的方法、基于特征的方法和基于外观的方法等，然而这些方法都有提取速度慢、精度不高的缺点。而基于近红外光的亮暗瞳孔检测技术克服了这些缺点，大大提高了视线跟踪技术的实时性。当利用靠近相机光轴的近红外光照射人的瞳孔，相机捕获的图像 (亮瞳图像)中瞳孔会变亮，产生“红眼”现象；而使用远离光轴的近红外光照射人的瞳孔时，相机捕获的图像(暗瞳图像)中瞳孔不会变亮。如果两幅图像中人眼的位置不发生变化，那么就可以利用二值化后的亮暗瞳图像差分快速计算瞳孔的位置，这就是亮暗瞳瞳孔检测技术。然而，亮暗瞳瞳孔检测技术对图像采集设备提出了较高的要求：一、近红外光源的控制。亮暗瞳技术中，每路相机需要两种光源，亮瞳灯和暗瞳灯，随着相机的图像捕获过程交替变化。二、高帧率图像捕获。亮暗瞳技术需要高帧率的图像捕获设备来减少亮暗瞳两帧图像中人眼的位置变化，进而提高瞳孔提取的准确性。三、不能随意丢帧。亮暗瞳两帧图像任何一帧丢失，就意味着剩下的一帧也没有了作用，保留剩下的一帧反而会破坏后续运算。四、双路同步采集与高分辨率的图像。一方面亮暗瞳技术需要高分辨率的图像来提高提取精度，而高分辨率图像会减少相机视角，因此需要两路同步图像对视角进行补偿。另一方面，同步双路图像可以为视线跟踪系统提供立体视觉，降低标定难度，提高视线估计的准确性。而现有的多路图像视线跟踪系统，大致可分为三类：一、使用成品摄像头，不进行同步，依赖PC机的“同时捕获”获取图像。这种方法同步效果最差，且成品摄像头亮暗瞳光源完全依赖计数控制，调试难度大，容易串扰，存在大量亮暗瞳任一丢帧现象，因此实际有效帧少。二、使用低端图像传感器，通过FPGA软件同步。同步效果差，且不能很好的解决丢帧问题。三、使用高端传感器，通过硬件进行同步。价格高昂，便携性差。

综上所述，现有的多路图像视线跟踪系统存在调试难度大，容易串扰，实际有效帧少；同步效果差；价格高昂，便携性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于视线跟踪系统的双路同步亮暗瞳图像采集方法，旨在解决现有的多路图像视线跟踪系统存在调试难度大，容易串扰，实际有效帧少；同步效果差；价格高昂，便携性差的问题。

本发明是这样实现的，一种用于视线跟踪系统的双路同步亮暗瞳图像采集方法，所述用于视线跟踪系统的双路同步亮暗瞳图像采集方法通过共享时钟、同时启动、硬件触发粗同步图像传感器；通过计数补偿算法对传感器的行场同步信号进行滤波，消除丢帧；使用FIFO同步模块对两路数据进行辅助同步；使用组帧算法实现亮暗瞳图像任一丢帧以及双路图像打包；采用硬件触发和软件 FIFO两次同步。

计数补偿算法通过对行场同步信号进行时钟计数，在观察到信号变换时通过与阈值的比较来判断当前信号的变化是否是信号抖动，并在线修改、补偿行场同步信号的算法。