[發明專利]一種基于逐步回歸分析映射模型的視線跟蹤方法

有效

• 申請號: 201110406599.5
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102520796A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 秦華標;嚴偉洪;梁銘炬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及視線跟蹤技術，具體涉及基于逐步回歸分析映射模型的視線跟蹤方法。

背景技術

視線識別技術為人機交互技術的重要分支，主要研究對人眼注視點的檢測與識別，實現對其他功能系統控制，其研究成果在軍備開發、無人駕駛、航空航天、殘疾人輔助、虛擬現實等領域有著廣泛的應用前景。

視線跟蹤技術一般可以分為兩類，接觸式和非接觸式。接觸式的精度高，但用戶須佩戴特殊設備，給用戶使用帶來很大的不便。非接觸式不需用戶佩戴任何設備，不對用戶產生干擾。非接觸式技術是目前研究的熱點。在非接觸式視線跟蹤技術中，瞳孔-角膜反射向量法具有較高的精度，是目前非接觸式技術的主流。按照其原理瞳孔-角膜反射法可劃分為3維跟蹤方法和2維跟蹤方法。3維的跟蹤方法存在很大的缺陷，需要用到多個攝像機來求得眼睛3維坐標，對硬件要求高，算法復雜耗時，實現難度大。在現今的視線跟蹤實用系統中大多使用2維的跟蹤方法。人眼注視點映射模型是2維跟蹤方法中最關鍵的問題，現今的映射模型函數使用固定的參數組合，沒有考慮映射模型函數整體和各個參數的顯著性，缺乏合理性檢驗和擬合精度不高。由于使用者生理特征參數差異性，如眼球半徑、眼球橢圓系數等，和所處的條件不同，如頭部相對與攝像頭的位置等，不同個體是有差異的，使用固定的模型參數組合并不完全適合所有情況，必須對映射模型函數整體和各參數的顯著性進行檢測。并且現有絕大部分視線跟蹤方法在人眼凝視時定位注視點時沒有考慮眼睛抖動的問題，使得人眼盯著一點看時，定位出的注視點還會不斷跳動。

發明內容

本發明的目的在于克服現有2維映射模型缺乏合理性檢驗、擬合精度不高和缺乏考慮凝視時眼睛抖動的缺點，提供一種基于逐步回歸分析映射模型的視線跟蹤方法，根據輸入的眼動特征信息數據檢測模型整體和各參數的顯著性，自適應調整模型參數的組合，建立合理、高精度的、魯棒性強的映射模型，并且在人眼凝視時通過高斯權重平均解決眼睛抖動的問題。該算法對硬件要求低，只需一個普通的攝像頭和兩個紅外光源，所需的計算量不大，提高了視線跟蹤的實時性。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于逐步回歸分析映射模型的視線跟蹤方法，該方法需要一個攝像頭和兩個紅外光源，包括如下步驟：

(1)眼睛注視屏幕上的標定點，提取眼動特征信息；

(2)選擇初始映射模型函數：利用步驟(1)所獲取的眼動特征信息，對候選的初始映射模型函數進行整體的顯著性檢測和初始精度檢測，若通不過這兩檢測則更換初始映射模函數重新進行檢測，通過這兩個檢測則確定為初始映射模型函數；

(3)確定最終映射模型函數：對初始映射模型函數各項的顯著性進行檢驗，剔除非顯著的項，在不斷地項剔除及重新建立映射模型函數的過程中，最終找到擬合精度最高的映射模型函數；

(4)計算注視點：提取眼動特征信息，當人眼處于凝視狀態時，采用高斯權重平均法來平滑眼動特征信息，利用最終映射模型函數進行注視點計算，實現實時的視線跟蹤。

上述跟蹤方法中，步驟(1)的標定點為屏幕的中點及在屏幕上4×4平均分布的16個點，共17個點。

上述跟蹤方法中，所述步驟(1)眼動特征信息的提取包括：

a.定位出瞳孔區域，獲得瞳孔中心坐標(Px，Py)；

b.分別定位出兩個紅外光源在眼睛角膜上的反射斑點區域，獲得兩個斑點中心坐標，得到這兩個斑點中點連線的中點坐標(Xc，Yc)，以及兩個斑點中點的歐氏距離d；

c..獲得由瞳孔中心指向兩個反射斑點中點連線的中點的向量V，以兩個反射斑點中點的歐氏距離d作為修正因子，由V除以d.獲得眼動特征信息V_P-CR，稱為修正瞳孔-角膜反射向量；

d.由于人眼在凝視標定點時眼睛也不是完全靜止的，人眼為了獲取外界信息在不斷地小范圍抖動，為了獲取的眼動特征信息具有更好的魯棒性，在人眼凝視每個標定點時連續取五幀圖像的修正瞳孔-角膜反射向量，然后取平均值作為標定點對應的眼動特征信息。

上述跟蹤方法中，所述步驟(2)包括：

a.確定初始映射模型函數把眼動特征信息和人眼注視點對應起來，映射模型函數為多項映射模型函數，以人眼注視點的坐標為依變量，以眼動特征信息即修正瞳孔-角膜反射向量的X軸分量和Y軸分量組合構成的項作為自變量；