[发明专利]一种仅基于瞳孔特征的头戴式视线跟踪方法

说明书

本发明公开了一种仅基于瞳孔特征的头戴式视线跟踪方法，所述方法包括以下步骤：（1）使用多项式映射方程组建立瞳孔中心与注视点之间的映射关系，并通过标定过程计算出多项式映射方程组的系数；（2）让用户注视屏幕上若干个标定点，记录瞳孔平面法向量与坐标系之间的夹角和瞳孔中心的坐标，计算抖动补偿抖动模型的系数；（3）通过抖动补偿模型检测头部是否发生抖动；（4）计算瞳孔中心补偿向量；（5）对瞳孔中心坐标的偏移量进行补偿，并将补偿后的瞳孔中心特征带入多项式映射方程组得到注视点。该方法为头戴式环境下的视线跟踪提供了一种速度快、精度高、对头部抖动鲁棒性好的解决方案。

技术领域

本发明涉及视线跟踪技术领域，具体为一种仅基于瞳孔特征的头戴式视线跟踪方法。

背景技术

头戴式视线跟踪算法的特点是用户需要将摄像机佩在头部，所以摄像头与人眼不会发生较大幅度的相对运动。这类算法常应用在虚拟现实设备中，用于提高系统的渲染技术，或为虚拟现实系统提供更高效的交互手段。近年来，随着虚拟现实技术的兴起与普及，头戴式视线跟踪方法也受到了广泛关注。

头戴式视线跟踪算法中，存在用于构成眼动特征向量的眼角、虹膜中心、角膜反射斑提取不准，导致视线跟踪算法精度下降的问题。

发明内容

本发明公开了一种仅基于瞳孔特征的头戴式视线跟踪方法，该方法不使用眼动特征向量，而直接将瞳孔中心特征带入多项式映射方程组计算得到注视点。并目，为了解决瞳孔中心特征对头部抖动鲁棒性低的问题。本文提出了一种抖动补偿模型，该模型能够检测抖动的发生。当发生抖动后，能够通过瞳孔朝向计算出发生抖动前后，瞳孔中心坐标的对应关系，并对瞳孔中心特征的偏移量进行补偿，由此提高瞳孔中心特征对抖动的鲁棒性。

本发明通过以下技术方案来实现。

一种仅基于瞳孔特征的头戴式视线跟踪方法，该方法需要一个红外摄像头用于捕捉具有暗曈效应的瞳孔图像，该方法包括以下步骤：

(1)使用多项式映射方程组建立瞳孔中心与注视点的映射关系，并通过标定过程计算出多项式映射方程组的系数；

(2)让用户注视屏幕上若干个用于计算抖动补偿模型系数的标定点，记录瞳孔平面法向量与坐标系的夹角和瞳孔中心的坐标，计算抖动补偿模型的系数；

(3)通过抖动补偿模型检测头部是否发生抖动；

(4)计算瞳孔中心补偿向量；

(5)对瞳孔中心坐标的偏移量进行补偿，并将补偿后的瞳孔中心特征带入多项式映射方程组得到注视点。

进一步的，步骤(1)具体包括以下步骤：

a1.让用户注视头戴式设备的屏幕上若干个用于计算多项式映射方程组系数的标定点，用户注视的标定点记为注视点，记录下瞳孔中心坐标(x_pupil，y_pupil)与屏幕上的标定点注视点(F_x，F_y)，每个注视点对应一个瞳孔中心坐标；

b1.将瞳孔中心坐标与注视点带入多项式映射方程组，构造以多项式映射方程组系数为未知数的方程，通过解方程，得到多项式映射方程组的系数，所述多项式映射方程组如下：

公式(1)中，a_i与b_j为多项式映射方程组的系数，且i∈[0，7]，j∈[0，6]。

进一步的，所述步骤(2)具体包括以下步骤：