[发明专利]一种瞳孔-普尔钦斑视线跟踪与注视提取方法

说明书

本发明公开了一种瞳孔‑普尔钦斑视线跟踪与注视提取方法，本发明使用宽视野相机获取眼部图像，通过人脸特征识别，从宽视野图像中截取获得眼部局部图像，实验中使用由四个环绕在显示器的850nm红外光源组成的矩形光源阵列，该四个光源会在眼球上反射形成四个明显的普尔钦斑斑点阵列。基于四个普尔钦斑与瞳孔中心的位置关系，通过四光源透视法实现注视点估计，获取视线落入光源标定靶平面注视点坐标。

技术领域

本发明涉及图像技术领域，尤其涉及一种瞳孔-普尔钦斑视线跟踪与注视提取方法。

背景技术

瞳孔，是动物或人眼睛内虹膜中心的小圆孔，为光线进入眼睛的通道。虹膜上瞳孔括约肌的收缩可以使瞳孔缩小，瞳孔开大肌的收缩使瞳孔散大，瞳孔的开大与缩小控制进入瞳孔的光量。现有技术中，对于通孔的检测技术需要不断的改进与创新。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种瞳孔-普尔钦斑视线跟踪与注视提取方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

(1)眼部图像获取与阈值处理：通过基与Haar-Ababoost的面部识别、ASM 识别以及Haar眼部区域识别技术，可以实现眼部区域特征的识别与跟踪，并将眼部区域的图像从宽视野摄像机拍摄图像中截取出来；获取眼球区域图像后，瞳孔和普尔钦斑在图像中的灰度值处于一个特定的位置，瞳孔比背景区域颜色更黑，而普尔钦斑更亮，为了能够突出瞳孔以及普尔钦斑，通过阈值法进行二值化处理，阈值法是通过设置阈值决定每个像素的值，如式1，p(x,y)为二值图像像素值，f(x,y)为原图像灰度值，Threshold为阈值，对于8位图来说二值化只有两个像素值0和255；

在合理的阈值下，瞳孔区域会与背景完全脱离开，在另一组阈值下，普尔钦斑也会与背景分离，经过阈值处理后，眼部区域图像普尔钦斑以及瞳孔的特征更为简单，可以很方便地对瞳孔进行圆拟合处理获取中心点；阈值处理需要每次使用时根据光照情况进行调试；

(2)瞳孔中心与普尔钦斑识别：

(2.1)瞳孔中心定位

获得瞳孔图像后，需要找到瞳孔的中心位置，瞳孔中心是瞳孔的圆心；课题采用霍夫变换(Hough)检测圆，从而获得瞳孔的圆心；

在极坐标中,圆上任意一点的坐标如式2所示表示，其中r为半径，x、y为圆心坐标；当圆半径已知，圆心已知，像素点坐标P(X,Y)绕圆心旋转360度后坐标值依然不变；

X＝x+rcosθ

Y＝y+rsinθ (式2)

霍夫变换就是利用这个重要性质，首先对图像进行边缘检测获取边缘像素，然后给定一个半径，按照这个半径绘制一个圆，中间圆代表待检测圆，蓝色圆为以红圆边缘像素为圆心，以给定一个值为半径绘制的一系列圆，若这个圆半径极其接近或者等于待检测圆半径，蓝色的一系列圆会在待检测圆圆心附近汇聚；

若蓝圆像素值为一个权重值，那么权重图像则为以每个边缘像素为圆心以r 半径绘圆，对其圆轮廓像素像素值累加权重值γ，非轮廓像素则加0；设图像为 m×n的一个矩阵；则权重图的像素值f_λ(x,y)为(式3):

其中C(x_i,y_j,r,x,y)为圆搜索函数，原型如式4所示，其含义为图像中坐标(x,y)，是否在以圆边缘像素(x_i,y_j)为圆心，半径为r的圆上；

(2.2)Blob普尔钦斑识别：