【摘要】：眼睛是人的重要感覺器官之一,人類從外界獲得的信息約80%~90%來自于視覺。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對眼睛的觀察引起了大量科研人員的注意,越來越多的科學(xué)工作者投入到了視線估計技術(shù)的研究當(dāng)中。視線估計技術(shù)目前在用戶體驗、交互研究、市場、消費者調(diào)研、心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)甚至安全與執(zhí)法等各種不同的領(lǐng)域都有大量應(yīng)用。本文首先介紹了視線估計方法的研究背景與發(fā)展歷程,歸納了國內(nèi)外視線方法的研究現(xiàn)狀,對于視線估計方法的應(yīng)用也進(jìn)行了簡單的介紹。了解眼球結(jié)構(gòu)是研究基于三維眼球模型的視線估計方法的前提,因此從其生理結(jié)構(gòu)、運動規(guī)律等方面也對眼球進(jìn)行了詳細(xì)的描述。同時針對基于三維眼球模型的視線估計方法進(jìn)行了深入的研究。針對基于球面眼球模型、旋轉(zhuǎn)對稱眼球模型以及橢球面眼球模型三種不同的三維模型,研究了三種不同的求解方法并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真實驗。在球面眼球模型中,視線估計主要是利用入射光線在眼球角膜表面時發(fā)生的折射與反射現(xiàn)象,通過反射與折射的幾何模型求解出眼球角膜中心與瞳孔中心,進(jìn)而重構(gòu)眼球的視線方向。在旋轉(zhuǎn)對稱的眼球模型中,因為并不滿足角膜表面反射光線的反向延長線會匯聚與角膜曲率中心這一特殊性,需要對實驗設(shè)備進(jìn)行特殊的設(shè)置,就是將紅外光源和相機(jī)放置在同一位置,之后利用共面關(guān)系對光軸進(jìn)行求解。最后利用一個模擬眼動儀數(shù)據(jù)框架,設(shè)定了眼動實驗條件如眼球、光源、相機(jī)等的三維位置以及內(nèi)部參數(shù),得到相應(yīng)條件下的眼動數(shù)據(jù),通過這些數(shù)據(jù)驗證了旋轉(zhuǎn)對稱模型中的求解方法的正確性。另外一種視線估計方法是基于橢球面模型的三維眼睛模型進(jìn)行的。雖然利用第三章的旋轉(zhuǎn)模型已經(jīng)進(jìn)一步貼合實際人眼形態(tài)。但是這種方法仍然只是將光軸的求解過程定義為非球面求解,實際角膜曲率中心的求解并非是基于非球面三維眼球模型進(jìn)行的。因此,為了更加貼切實際人眼,使視線估計方法的精度進(jìn)一步提高,其應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大。使用新的橢球面眼球模型,利用橢球面法線的光學(xué)性質(zhì)而反射、折射關(guān)系對眼球模型的光軸、角膜曲率中心等信息進(jìn)行求解。實驗結(jié)果表明,利用該種方法求解的角膜曲率半徑的平均誤差僅為0.00634mm。
【圖文】：

圖1.1電流記錄法的視線估計實例指的是通過對人眼進(jìn)行麻醉之后，佩戴上一睛運動產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，從而達(dá)到記錄眼睛睛有著相關(guān)較大的影響，但是精度卻極高[1圖1.2 接觸鏡法的視線估計實例

[18]。圖1.2 接觸鏡法的視線估計實例1.2.2 非干擾式視線估計方法隨著光學(xué)記錄設(shè)備、計算機(jī)技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的相繼出現(xiàn)和不斷發(fā)展，使基于光學(xué)影像的視線估計技術(shù)在現(xiàn)實與實踐的應(yīng)用中成為了可能。20 世紀(jì)前半葉，一些科研人員對上述這種干擾式視線估計方法進(jìn)行了一些新的改進(jìn)[19]。首先由高幀率的攝像機(jī)采集眼睛運動的圖片，使用圖像處理技術(shù)提取人眼特征參數(shù)，利用這些參數(shù)對視線進(jìn)行重構(gòu)，就可以在不打擾使用者的情況下完成視線估計。鞏膜-虹膜邊緣檢測法、瞳孔-角膜反射法（PCR）、瞳孔跟蹤法、普欽野圖像法[20]等是當(dāng)前主流的非干擾式方法。其中，視線估計技術(shù)的主流方法為普欽野圖像法，，因為它具有使用簡便、精度較高而且對使用者的干擾小等優(yōu)點。但隨著機(jī)器學(xué)習(xí)等方法的快速發(fā)展，對利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的非干擾式視線估計方法
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R338;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2614994