[實(shí)用新型]基于紅外發(fā)光管的快速視點(diǎn)跟蹤裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220149763.9
• 申請(qǐng)日: 2012-04-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202563433U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張闖;常建華;孫冬嬌;葛益嫻;曹鴻霞;李敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F3/01
• 分類(lèi)號(hào): G06F3/01
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

?本實(shí)用新型屬于人機(jī)交互領(lǐng)域，特別涉及一種基于紅外發(fā)光管的快速視點(diǎn)跟蹤裝置，用來(lái)捕捉觀察者的注視點(diǎn)，并根據(jù)觀察者的視點(diǎn)來(lái)進(jìn)行后續(xù)的圖像或操作處理，也可應(yīng)用于研究特定條件下人類(lèi)的觀察習(xí)慣及其特點(diǎn)。

背景技術(shù)

?視點(diǎn)跟蹤技術(shù)是隨著人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，目前國(guó)內(nèi)外采用的視點(diǎn)跟蹤技術(shù)主要采取光電傳感技術(shù)，有的偏重于硬件，有的偏重于軟件，以硬件為主的技術(shù)，需要被跟蹤的對(duì)象配戴特制的裝置，給觀察者的行動(dòng)帶來(lái)不便，而以軟件為主的技術(shù)卻因?yàn)樗惴ǖ膹?fù)雜度較高，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，影響了其實(shí)用性。

目前采用紅外發(fā)光管作為光源的視點(diǎn)檢測(cè)裝置，大多利用了人眼對(duì)紅外光的不敏感的特點(diǎn)，而CCD的敏感波段可以延伸到1μm，進(jìn)而得到觀察者的眼睛的像，從中提取瞳孔的位置，根據(jù)該位置來(lái)映射觀察者在畫(huà)面的注視點(diǎn)，然后采取進(jìn)一步的處理措施。日本佳能株式會(huì)社的小林崇史1995年申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?5168095.2的“視點(diǎn)檢測(cè)器和視點(diǎn)檢測(cè)方法及其應(yīng)用”提出一種視點(diǎn)檢測(cè)裝置，用于在相機(jī)拍攝過(guò)程中，根據(jù)視點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)拍攝狀態(tài)，該視點(diǎn)檢測(cè)器安裝于取景器中，用一對(duì)紅外發(fā)光二極管照射使用者的眼睛，并用透鏡對(duì)照射眼睛的光進(jìn)行發(fā)散，將眼睛的反射光經(jīng)由成像透鏡在CCD上成像，根據(jù)眼睛成像的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行處理，來(lái)計(jì)算瞳孔的位置，并映射到取景器的圖像上，以確定使用者的操作意圖。但是這種方法只適用于取景器，當(dāng)使用者全臉暴露在成像區(qū)域中時(shí)，如何從雙眼的運(yùn)動(dòng)來(lái)確定視點(diǎn)的位置，專(zhuān)利中并未提及。結(jié)合人機(jī)交互的發(fā)展，北京科技大學(xué)的張鵬翼等人提出“使用立體視覺(jué)信息的視線(xiàn)追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)”（見(jiàn)北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，vol.33,No.1:47-51，張鵬翼，王志良，鄭思儀，張瓊），該設(shè)計(jì)的中心為利用相鄰2幀“亮暗瞳”圖像的雙攝像機(jī)紅外光源，使用圖像做差和橢圓擬合的方式計(jì)算瞳孔中心，結(jié)合在“暗瞳”圖像中得到普洱欽斑中心，確定局部視線(xiàn)的盯視方向。然后根據(jù)人類(lèi)視線(xiàn)移動(dòng)特點(diǎn)，提出使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合卡爾曼濾波的方法進(jìn)行瞳孔跟蹤，用支持向量回歸對(duì)人眼立體參數(shù)、局部視線(xiàn)盯視方向和盯視點(diǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行訓(xùn)練，得到視線(xiàn)映射模型。該種方法可以克服由于頭部的移動(dòng)造成的干擾，但是其實(shí)現(xiàn)方法硬件開(kāi)銷(xiāo)大，并且仍然依靠了大量的軟件計(jì)算，處理速度最高只能達(dá)到20Hz，在需要快速反應(yīng)的場(chǎng)合及便攜式設(shè)備中仍需要提出一種新的方法，減小硬件開(kāi)銷(xiāo)，提高響應(yīng)速度。

實(shí)用新型內(nèi)容

?本實(shí)用新型的目的，在于提供一種基于紅外發(fā)光管的快速視點(diǎn)跟蹤裝置，其可高效快速地確定視點(diǎn)，減小硬件開(kāi)支，提高定位的準(zhǔn)確性及實(shí)時(shí)性，并且適用于各種儀器及設(shè)備的人機(jī)交互應(yīng)用，解決目前視點(diǎn)跟蹤技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境要求高及算法復(fù)雜度高的問(wèn)題。

為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是：

一種基于紅外發(fā)光管的快速視點(diǎn)跟蹤裝置，包括LED顯示屏、一對(duì)紅外發(fā)光管、CCD、成像透鏡、紅外濾光片和視點(diǎn)跟蹤電路；

LED顯示屏設(shè)于被測(cè)者的正前方，成像透鏡設(shè)于LED顯示屏的上方，其正后方依次設(shè)置紅外濾光片和CCD，所述成像透鏡用于對(duì)被測(cè)者的面部進(jìn)行成像，所成的面部的像經(jīng)由紅外濾光片正后方的CCD進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電子圖像經(jīng)由視點(diǎn)跟蹤電路進(jìn)行運(yùn)算，以尋找被測(cè)者眼睛的瞳孔中心位置；

第一紅外發(fā)光管放置于面部中央位置，由電源直接供電，保持對(duì)被測(cè)者面部的長(zhǎng)期持續(xù)照明；第二紅外發(fā)光管設(shè)于成像透鏡的正上方，由視點(diǎn)跟蹤電路控制分時(shí)對(duì)被測(cè)者的眼睛進(jìn)行照明；

視點(diǎn)跟蹤電路設(shè)于LED顯示屏的后方，包括發(fā)光管控制模塊、圖像處理模塊、視點(diǎn)映射模塊和輸出控制信號(hào)模塊，發(fā)光管控制模塊控制第二紅外發(fā)光管的開(kāi)閉；圖像處理模塊在發(fā)光管控制模塊的控制下從CCD進(jìn)行圖像的采集，并運(yùn)算得到眼睛瞳孔的圖像，發(fā)送到視點(diǎn)映射模塊；所述視點(diǎn)映射模塊對(duì)所述圖像進(jìn)行處理，并將得到的視野角度及成像系統(tǒng)焦距的變化量發(fā)送到輸出控制信號(hào)模塊。

采用上述方案后，本實(shí)用新型所提出的基于紅外發(fā)光管的快速視點(diǎn)跟蹤裝置可以克服由于頭部的移動(dòng)造成的干擾，有效地解決實(shí)現(xiàn)方法硬件開(kāi)銷(xiāo)大的問(wèn)題。雖然后續(xù)處理部分需要一定的軟件計(jì)算，但并不影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度，如果算法選取得當(dāng)，可以得到良好的視點(diǎn)跟蹤顯示效果。該裝置在需要快速反應(yīng)的場(chǎng)合及便攜式設(shè)備中能有效提高響應(yīng)速度，解決目前視點(diǎn)跟蹤技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境要求高及算法復(fù)雜度高的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

?圖1是本實(shí)用新型的原理架構(gòu)圖；

圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)正視圖；

圖3是本實(shí)用新型中LED顯示屏的顯示標(biāo)記示意圖；