[发明专利]一种婴幼儿非接触式眼动特征提取装置及方法

说明书

本发明公开一种婴幼儿非接触式眼动特征提取装置，用于采集人脸居中占屏图。本发明还公开一种婴幼儿非接触式眼动特征提取方法，步骤是：将所有图片按照时间顺序排列，根据模板匹配得到初步眼部局部图像，并采用离散点集最小包围圆算法进行瞳孔边界点最小圆拟合，得到各图片对应的最终眼部局部图像，并分为睁眼状态和闭眼状态两组；睁眼状态下，首先进行预处理，然后对其进行最小椭圆拟合得到瞳孔中心和瞳孔大小；闭眼状态下直接给予闭眼属性；将睁眼状态的瞳孔中心、瞳孔大小和闭眼属性，再结合对应的时间信息，从而得到眼动特征。此种技术方案克服了眼动特征获取手段的局限性，实现了对眼动数据的典型特征的准确提取。

技术领域

本发明属于婴幼儿眼动特征提取领域，特别涉及一种婴幼儿非接触式眼动特征提取装置及提取方法。

背景技术

视觉发育可塑性机制、眼球运动控制机制的研究一直是小儿眼科研究的热点。然而随着视觉发育科学的进展，其临床应用已经从眼科(眼部疾病、斜视和弱视)越来越多地延伸和交叉到发育儿科学领域。视觉是人类获取信息的主要渠道，在统合其它感知觉工作中有着重要的作用。由于婴幼儿的语言和动作尚未完全成熟，因此在能够完整进行口语表达前，视觉成为了解婴幼儿脑发育和认知发育水平的重要途径之一。

眼动的研究非常广泛，从基础生理到认知水平以及应用水平，都有大量的文献和书籍。眼动研究不但可以完整地还原被试者在各个任务界面下的注视轨迹，还可以通过划分兴趣区分析被试者在各区域内容的关注度。近年来也有相关研究表明对眼动的研究已经从对眼动表象的描述转入到内部加工机制特别是高级加工机制的揭示上，探索眼动指标在视觉加工中是怎样体现的，以及视觉认知与眼动模式的关系等；因此通过三维眼动特征窥视儿童早期甚至婴幼儿期发育和认知状态，并探究二者的深层联系和对应关系，进而转化为临床上婴幼儿相关发育障碍的早期发现、早期诊断和早期干预的新技术方法，日趋成为国内外研究的热点和大趋势。

传统上医师可以展示特定的图形或动画，对患儿进行视觉刺激，肉眼观察眼动，虽然简单易行，但只能对眼动进行比较粗略的了解，无法准确客观地反映眼动情况。随着现代科学技术的发展，新的眼动记录技术不断涌现，眼动仪是一种能够跟踪测量眼球位置及眼球运动信息的一种设备，可以记录在特定环境下眼动指标参数和视线的运动轨迹。婴幼儿选择眼动仪时必须考虑实用性和准确性的问题，目前，眼动仪大致可分为三类：(1)头部受限式眼动仪，受限的头部运动会令测试者产生不适感，不适合婴幼儿的眼动特征记录；(2)头戴式眼动仪，如头盔式、眼镜式眼动仪，这类产品仍仅针对成年人；(3)遥测式眼动仪，不仅可以记录传统的注视、眼跳、跟踪等眼部运动，而且能够对被观测对象的视线进行跟踪。遥测式眼动仪基于三维人眼模型的视线跟踪方法在进行头部建模时，考虑头部的运动状态，从而可以消除头部运动带来的影响，是目前眼动特征记录的研究热点。在视线跟踪的具体实现上，多摄像头提取立体影像的方法可以很好地解决头部运动问题，但是这类方法通常要求各个摄像头间的基线长度尽量大以保证测量精度，使得影像记录装置的尺寸难以小型化，成像装置自身也必须进行精密的校准，实时记录时的数据处理压力较大。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种婴幼儿非接触式眼动特征提取装置及方法，其克服了眼动特征获取手段的局限性，实现了对眼动数据的典型特征的准确提取。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种婴幼儿非接触式眼动特征提取装置，所述装置设于暗室中，包括显示屏、双目立体视觉成像拍摄系统和近红外光源，其中，显示屏设于被测婴幼儿的正前方，用于显示刺激图像/视频，供被测婴幼儿观看；双目立体视觉成像拍摄系统用于采集被测婴幼儿的人脸居中占屏图；近红外光源与双目立体视觉成像拍摄系统配合设置，朝向婴幼儿的位置，用于起到照明作用。

上述双目立体视觉成像拍摄系统包含两个近红外相机，分别设于显示屏的两侧。

一种婴幼儿非接触式眼动特征提取方法，包括如下步骤：