[发明专利]3D自由头动式视线跟踪系统

摘要

本发明公开了一种3D自由头动式视线跟踪系统，属于图像处理和模式识别技术领域。该方法包括步骤：相机内参数标定、硬件系统搭建、图像中瞳孔中心、耀点中心坐标提取、角膜中心三维坐标的确定、瞳孔中心三维坐标的确定、视轴的重构和最后的误差修正处理。本发明采用了一个相机和两个LED光源，克服了传统2D视线跟踪系统头部必须严格固定的限制以及3D视线跟踪需要多个相机或辅助装置来定位人眼三维坐标信息的不足，提供了一种使用方便、成本低、准确度高的视线跟踪方法。

主权项

一种3D自由头动式视线跟踪系统，其特征在于：具体是通过一个相机和两个近红外光源，以相机为原点，两个近红外光源分别为X轴、Y轴建立坐标系，通过相机获得眼睛图像，眼睛图像经处理后，确定瞳孔和耀点中心，然后在实际测量参数的辅助下进行3D模型处理，建立角膜3D中心坐标和瞳孔3D中心坐标，根据光学、几何函数关系计算出眼睛关注区域，其具体操作包括以下步骤：步骤一：相机内参数的求取：通过摄像机定标方法获得相机的内参数；步骤二：近红外光源位置微调：相机内参数确定后，调整近红外光源到特定位置；步骤三：检测图像瞳孔中心：采集得到人眼图像后，利用瞳孔的图像特征求取瞳孔精确中心坐标；步骤四：检测图像耀点中心：耀点是近红外光源经人眼角膜反射后在其表面上形成的亮斑，利用耀点的图像特征，计算图像中耀点精确中心坐标；步骤五：确定光轴：光轴是由三维角膜中心和瞳孔中心两点确定的，具体操作为：a、求取角膜曲率中心三维坐标：利用两个近红外光源的摆设位置，得到相应函数关系方程，联立步骤一、二、三中求取的已知信息，解出角膜中心三维坐标；b、求取瞳孔中心三维坐标：在已知角膜中心坐标的前提下，利用光学和几何关系求得瞳孔中心三维坐标；步骤六：确定视轴，得到凝视点坐标：视轴是视网膜中心区域凹点和瞳孔中心所确定的，或者由瞳孔中心和凝视目标点确定，是人真正的视线方向，利用最小二乘法找出光轴和视轴的转换关系，重构出视轴；步骤七：跟踪凝视点的校正：利用上面五个步骤计算得到的视轴与屏幕相交得到观测者的凝视点坐标，利用误差向量加权的方法对凝视点坐标进行校正。