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眼动跟踪系统设计与实现

作　者: 王锦榕
导　师: 袁学海
学　校: 大连理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 眼动跟踪瞳孔中心角膜反射中心注视点标定数据分析
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

眼动跟踪技术是研究视觉信息加工最为有效的手段,也是未来智能人机接口的关键技术之一。在工业控制、机器人学和临床医学上有着广泛的应用前景。基于瞳孔-角膜跟踪法原理和图像处理的眼动跟踪技术,具有测量准确的优点,近年来取得了较快进展。本文介绍了眼动跟踪技术的相关原理和方法,提出了眼动跟踪系统的结构框架,完成眼动跟踪系统的硬件设计,并以VC++6.0为平台的计算机中实现眼动跟踪系统的软件设计。对于人眼图像中眼动数据的提取,本文基于瞳孔-角膜跟踪法原理,提出了一种新的瞳孔和角膜反射中心提取算法。首先捕获红外光源下的人眼图像,通过自适应二值化阀值确定图像处理区域,减小处理时间,用高低两次阀值提取角膜反射中心,然后求取自适应最佳阀值确定瞳孔位置和大小,再用梯度法提取瞳孔轮廓特征点,并用椭圆拟合瞳孔确定瞳孔中心。结果表明,该算法保证瞳孔中心和角膜反射中心提取的精度和稳定性同时,满足实时处理要求。在注视点标定中,本文采用非线性二阶多项式函数拟合方法推导出人眼图像坐标系和场景图像坐标系之间的——映射关系。根据映射函数和实时角膜-瞳孔坐标求出注视点,保存并在场景图像显示注视点。实验表明,求出的注视点有很高的精度,平均距离误差为8.7个像数。为了便于分析视场上注视点的分布情况、眼睛注视的先后顺序以及了解视场中某些目标物体受关注的程度,在VC程序中实现了注视点的轨迹图并调用Matlab组件实现注视点的热点图和地貌图,从而更直观的展示效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 眼动的研究意义  10
  1.2 眼动跟踪技术的方法综述  10-12
    1.2.1 眼电图法  10-11
    1.2.2 电磁线圈法  11
    1.2.3 角膜反射法  11
    1.2.4 红外光电反射法  11
    1.2.5 瞳孔-角膜跟踪法  11-12
    1.2.6 双普金野像法  12
    1.2.7 接触镜法  12
  1.3 眼动跟踪技术的应用  12-14
  1.4 眼动跟踪技术的研究现状  14-15
  1.5 本文的主要工作  15-16
2 眼动跟踪系统设计  16-24
  2.1 眼动特性  16-17
    2.1.1 注视运动  17
    2.1.2 眼跳动  17
    2.1.3 平滑跟踪运动  17
  2.2 瞳孔-角膜跟踪法的原理  17-18
  2.3 眼动跟踪系统结构设计  18
  2.4 眼动跟踪系统的硬件设计  18-21
    2.4.1 器件选择  19-20
    2.4.2 光学子系统设计  20-21
  2.5 眼动跟踪系统的软件设计  21-24
    2.5.1 眼动数据提取子系统  22-23
    2.5.2 场景与眼动数据迭加子系统  23
    2.5.3 数据记录分析子系统  23-24
3 眼动数据提取子系统  24-45
  3.1 人眼红外图像  24
  3.2 图像预处理  24-26
    3.2.1 邻域平均法  25
    3.2.2 中值滤波  25-26
    3.2.3 高斯滤波  26
  3.3 获取图像处理区域  26-28
  3.4 提取角膜反射中心  28-30
  3.5 求取自适应最佳阀值确定瞳孔位置和大小  30-35
    3.5.1 求自适应最佳阀值  30-31
    3.5.2 求瞳孔所在的矩形区域  31-35
  3.6 用梯度值法求取瞳孔轮廓特征点  35-38
  3.7 用椭圆拟合瞳孔轮廓  38-43
    3.7.1 基于最小二乘法椭圆拟合  38-40
    3.7.2 基于几何参数拟合椭圆  40-43
  3.8 眼动数据的实时提取  43-45
4 场景与眼动数据迭加子系统  45-52
  4.1 注视点标定方法  45-49
    4.1.1 静态标定  46-47
    4.1.2 动态标定  47-49
  4.2 注视点标定设计  49-52
    4.2.1 校准过程  49-50
    4.2.2 迭加过程  50-52
5 数据记录分析子系统  52-54
  5.1 注视点的轨迹图  52
  5.2 注视点的热点图和地貌图  52-54
6 眼动跟踪系统的实现  54-62
  6.1 眼动数据的提取算法实现  54-57
    6.1.1 图像处理类的实现  54-56
    6.1.2 眼动数据的滤波处理  56-57
  6.2 眼动跟踪界面的实现  57
  6.3 设置测试界面的实现  57-58
  6.4 注视点标定实现  58-60
  6.5 数据评价分析  60-62
结论  62-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  66-67
致谢  67-68

眼动跟踪系统设计与实现

内容摘要

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