[發明專利]一種瞳孔定位方法及系統

在審

• 申請號: 201310043697.6
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103136512A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 王東強;莫斌;王少青;樊愛軍;黃麗麗;唐云建
• 申請（專利權）人: 重慶市科學技術研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/54
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及視覺跟蹤技術領域，具體涉及一種能夠快速準確地實現瞳孔中心定位的瞳孔定位方法及系統。

背景技術

探索自然和諧的人機關系已成為計算機研究的一個重要領域，自然、高效、智能化的人機交互界面是當今計算機發展的重要趨勢。人機交互領域中，眼睛作為重要的信息交互通道，而視線反應人的注意方向，因而將視線應用于人機交互領域具有其自然性、直接性和交互性等特點，備受人們的關注。目前，視線跟蹤技術逐漸成熟，應用也越來越廣泛。主要用于圖形/廣告研究、動態分析、場景研究和人機交互等各種領域，另外在智能計算機、智能家電、虛擬現實和游戲等領域也有很好的應用前景。

瞳孔定位作為視線跟蹤中的一個重要研究課題，其準確性和有效性直接影響整個視線跟蹤系統的優劣。目前，對瞳孔定位的研究方法很多，大多數方法是基于對圓的檢測，主要考慮到瞳孔的幾何特性，常將其看作一個圓或橢圓。常用的方法包括Hough變換和橢圓擬合的方法，就其本質而言，Hough變換和橢圓擬合都是利用圖像的邊緣信息作為基礎來獲得瞳孔的位置和大小。Hough變換的方法是通過參數搜索確定一個圓，而橢圓擬合主要是通過最小二乘法或其它方法來進行橢圓的擬合。Hough變換和橢圓擬合的方法首先都需要對眼部灰度圖像進行二值化，然后對二值圖像進行邊緣信息的提取，就其邊緣信息實現定位。然而在求取二值圖像時，閾值的選取成為困難，尤其在紅外光照下閾值的選取更是不易。

目前，國內外研究了多種關于瞳孔定位的方法，例如通過Hough變換的投票機制在參數空間尋求最優值，利用Hough變換擬合橢圓的算法來定位橢圓，利用Sobel算子結合Hough圓檢測的方法來定位瞳孔，以及基于強邊緣和弱邊緣的情況下采用Hough變換檢測圓的方法定位瞳孔。這些方法雖然取得了一定的準確性，但是采用固定閾值的方法無疑增加了方法的局限性，通用性較差，且Hough找圓的方法遍布整幅圖像，盲目搜索，同時該方法復雜度大、資源需求大，運算時間長。正是由于這些方法的不足，因此都無法快速而準確地實現瞳孔中心的定位。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種瞳孔定位方法及系統，能夠快速準確地對瞳孔進行定位。

為了實現本發明的上述目的，根據本發明的一個方面，本發明提供了一種瞳孔定位方法，包括如下步驟：

S1：獲取眼部圖像；

S2：對所述眼部圖像進行預處理，增加所述眼部圖像的整體亮度，以及濾除所述眼部圖像的噪聲；

S3：統計所述眼部圖像的所有像素點的最大類間方差；

S4：根據所述最大類間方差，計算所述眼部圖像二值化的最佳閾值，實現眼部圖像二值化處理；

S5：提取瞳孔邊緣信息；

S6：確定瞳孔中心及半徑。

本發明的瞳孔定位方法能夠快速準確地對瞳孔進行定位，即使在眼睛圖像模糊的情況下，也能將瞳孔的中心快速定位出來。

在本發明的一種優選實施例中，在對所述眼部圖像進行預處理的步驟中，增加所述眼部圖像的整體亮度的方法為：

S21：將所述眼部圖像轉化為對應的直方圖；

S22：根據所述直方圖統計出所述眼部圖像中所有像素點的灰度值；

S23：確定像素灰度值的基準，將所述眼部圖像的像素點的灰度值依據所述基準進行光線補償。

本發明通過增加眼部圖像的整體亮度，對于一些模糊像素點或者模糊圖像也能夠快速準確地進行通孔定位，提高了準確性。

在本發明的另一種優選實施例中，所述確定像素灰度值的基準的方法為：選擇所有像素點中5%-10%的像素點的灰度值的平均值作為基準。

本發明選擇所有像素點中的部分像素點的灰度值的平均值作為基準，選取的比例可以根據實際需要調整，提高了方法的靈活性。

在本發明的一種優選實施例中，在對所述眼部圖像進行預處理的步驟中，采用二維的中值濾波器濾除所述眼部圖像的噪聲。

本發明采用中值濾波和光線補償的預處理方法，具有對模糊的、偏暗的、由噪聲的眼部圖像進行提升亮度和濾除噪聲的能力，提高了瞳孔定位的準確性。

在本發明的一種優選實施例中，所述步驟S3中統計所述眼部圖像的所有像素點的最大類間方差的方法為：

S31：得到所述眼部圖像的直方圖；

S32：在所述直方圖中確定所述眼部圖像中像素數目為零的像素灰度值；

S33：確定所述眼部圖像中像素數目不為零的像素灰度值，計算所述像素數目不為零的像素灰度值的最大類間方差。