[发明专利]一种视线估计方法及装置

权利要求书

1.一种视线估计方法，其特征在于，所述方法包括：

通过相机对人眼拍照得到眼球图像，从所述眼球图像中确定出瞳孔中心成像坐标和光源对应的光斑坐标；

根据所述相机对应的相机坐标和所述光斑坐标，获取所述光源对应的反射点坐标；根据所述相机坐标和所述瞳孔中心成像坐标，获取瞳孔中心对应的折射点坐标；

对所述人眼建立椭球模型；其中，所述对所述人眼建立椭球模型，包括：

对所述人眼建立如下公式(3)所示的椭球模型；

(x-c)^TΛ^-1(x-c)＝1……(3)

在公式(3)中，x为所述人眼的椭球表面上的点，c为所述人眼对应的角膜曲率中心，Λ为法向量系数，a，b和d分别为所述人眼的椭球对应的三个轴的长度；

根据所述反射点坐标、所述折射点坐标、所述光斑坐标、所述相机坐标、所述光源的实际位置、所述瞳孔中心成像坐标，结合所述椭球模型确定所述人眼的视线方向；

所述根据所述相机对应的相机坐标和所述光斑坐标，获取所述光源对应的反射点坐标；根据所述相机坐标和所述瞳孔中心成像坐标，获取瞳孔中心对应的折射点坐标，包括：

根据所述相机对应的相机坐标和所述光斑坐标，通过如下公式(1)获取所述光源对应的反射点坐标；

根据所述相机坐标和所述瞳孔中心成像坐标，通过如下公式(2)获取瞳孔中心对应的折射点坐标；

q_ij＝o_j+k_q,ij(o_j-u_ij)……(1)

r_j＝o_j+k_r,j(o_j-v_j)……(2)

在公式(1)和(2)中，i为所述光源的序号，j为所述相机的序号，q_ij为所述反射点坐标，o_j为所述相机坐标，k_q,ij为反射矢量系数，u_ij为所述光斑坐标，r_j为所述折射点坐标，k_r,j为折射矢量系数，v_j为所述瞳孔中心成像坐标；

所述根据所述反射点坐标、所述折射点坐标、所述光斑坐标、所述相机坐标、所述光源的实际位置、所述瞳孔中心成像坐标，结合所述椭球模型确定所述人眼的视线方向，包括：

根据所述反射点坐标、所述光斑坐标、所述相机坐标、所述光源的实际位置，结合所述椭球模型获取所述人眼对应的角膜曲率中心；

根据所述折射点坐标、所述角膜曲率中心、所述瞳孔中心成像坐标、所述相机坐标，结合所述椭球模型获取所述人眼对应的瞳孔中心；

根据所述角膜曲率中心和所述瞳孔中心，确定所述人眼的视线方向；

所述根据所述反射点坐标、所述光斑坐标、所述相机坐标、所述光源的实际位置，结合所述椭球模型获取所述人眼对应的角膜曲率中心，包括：

根据所述反射点坐标和所述椭球模型，通过如下公式(4)获得反射点法向量；

根据所述反射点法向量，所述相机坐标、所述光源的实际位置、所述光斑坐标、所述反射点坐标，通过如下公式(5)和(6)获得所述人眼对应的角膜曲率中心；

(q_ij-c)^TΛ^-1(q_ij-c)＝1……(4)

在公式(4)、(5)和(6)中，i为所述光源的序号，j为所述相机的序号，q_ij为所述反射点坐标，c为所述角膜曲率中心，Λ^-1(q_ij-c)为所述反射点法向量，o_j为所述相机坐标，u_ij为所述光斑坐标，I_i为所述光源的实际位置，Λ为法向量系数；

所述根据所述折射点坐标、所述角膜曲率中心、所述瞳孔中心成像坐标、所述相机坐标，结合所述椭球模型获取所述人眼对应的瞳孔中心，包括：

根据所述折射点坐标和所述椭球模型，通过如下公式(7)获得折射点法向量；

根据所述折射点法向量、所述角膜曲率中心、所述瞳孔中心成像坐标、所述相机坐标、所述折射点坐标，通过如下公式(8)、(9)和(10)获得所述人眼对应的瞳孔中心；

(r_j-c)^TΛ^-1(r_j-c)＝1……(7)

||p-c||＝K……(10)

在公式(7)、(8)、(9)和(10)中，j为所述相机的序号，r_j为所述折射点坐标，o_j为所述相机坐标，v_j为所述瞳孔中心成像坐标，c为所述角膜曲率中心，Λ^-1(c-r_j)为所述折射点法向量，p为所述人眼对应的瞳孔中心，n₁和n₂分别为所述人眼中的房水和空气的折射率，K为所述瞳孔中心与所述角膜曲率中心之间的距离，Λ为法向量系数；

所述根据所述角膜曲率中心和所述瞳孔中心，确定所述人眼的视线方向，包括：

根据所述角膜曲率中心和所述瞳孔中心，通过如下公式(11)和(12)确定所述人眼的视线方向；

在公式(11)和(12)中，p为所述瞳孔中心，c为所述角膜曲率中心，g为所述人眼的视线轴与观察点平面的交点，为所述人眼的光学轴与坐标系xz平面之间的夹角，θ_eye为所述光学轴在所述xz平面上的投影与坐标系z轴之间的夹角，α_eye和β_eye为Kappa角，c_z为所述角膜曲率中心在坐标系z轴上的分量；

所述方法还包括：

获取真实视线方向，根据所述真实视线方向、所述人眼的光学轴与坐标系xz平面之间的夹角及所述光学轴在所述xz平面上的投影与坐标系z轴之间的夹角，通过如下公式(13)来确定所述Kappa角；

在公式(13)中，α_eye和β_eye为Kappa角，为所述人眼的光学轴与坐标系xz平面之间的夹角，θ_eye为所述光学轴在所述xz平面上的投影与坐标系z轴之间的夹角，为所述真实视线方向在坐标轴x轴上的分量，为所述真实视线方向在坐标轴y轴上的分量。