[發明專利]基于智能相機的非接觸式實時眼動識別方法

在審

• 申請號: 201410101123.4
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103870814A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 倪怡雯;穆平安;戴曙光;施曄卿
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 張群峰

技術領域

本發明涉及一種眼動識別檢測，特別涉及一種基于智能相機的非接觸式實時眼動識別方法。

背景技術

視覺雖為人類五感之一，獲得的信息量卻占到了五感總信息量的80%至90%。這些信息影響著人類的行為和意識，同時人類的心理和意識也實時反饋在眼球的狀態變化中。如眨眼、瞳孔直徑改變、注視點跳動（移動）、眼動速度和頻率等等。

人類的眼動結構精密而又靈活，比人類的雙手更為靈動和敏捷。因此，通過對人眼的識別和檢測來了解人類心理變化，或是通過人眼特性來設計開發實時交互系統和產品設備具有極大的意義，但是這些的根本就是實時眼動識別技術。

當前眼動識別的方法主要分為接觸式和非接觸式。接觸式的例如電流記錄法和電磁感應法，雖然精度較高，但是對人體有一定傷害且操作復雜。因此非接觸式的眼動識別方法是目前研究的主流。為了能夠得到理想的眼動圖像通常在封閉環境中使用紅外光源進行檢測，紅外光源作為熱射線會造成眼球干澀，商業價值較低。在國外的眼動識別系統主要有佩戴型和桌面型兩種，產品已初步商業化，雖然采集識別設備體積小巧，但需要通過計算機來進行眼動分析。

同時，非接觸式的眼動識別技術是一種基于機器視覺的識別方法，若是在自然光線下進行檢測，需要考慮對比度、亮度和魯棒性。當光照強度不足時，圖像的信噪比會降低，也會導致圖像的對比度的不足；若通過增大光圈來補充光照，又會使得景深變小，導致圖像虛化；而過亮的光照也會使得圖像過飽和和失真。另外，檢測精度與獲取圖像的質量密切相關，高像素的圖像保留更多眼動信息，卻給圖像處理造成負擔。并且，在眼睛自由轉動和移動的過程中常伴隨著頭部無意識的轉動、傾斜和遠近移動，從而導致眼部感興趣區域形變、灰度變化甚至缺失；檢測時也可能發生眼部感興趣區域被鏡框、頭發、手等遮擋，以及眨眼的情況。

因此，綜合考慮商業價值、人性化設計以及應用領域，一種能夠在普通光照環境下，基于嵌入式機器視覺系統的眼動識別方法將是眼動識別的研究重點，如何平衡眼動識別的效率、準確率和穩定性則是該技術的難點。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于智能相機的非接觸式實時眼動識別方法，其能夠克服現有技術中的某個或某些缺陷。

根據本發明的基于智能相機的非接觸式實時眼動識別方法，包括眼動狀態匹配、匹配相似度和傾斜角度的識別，該方法具體步驟為：

1)利用智能相機對被檢測對象進行面部圖像采集，并將采集到的圖像保存在智能相機中；

2)根據不同的被測對象，從多幅獲取的面部圖像中制作各個眼動狀態模板；

3)正式檢測開始，簡單進行圖像預處理后，從面部圖像中快速定位眼部感興趣區域；

4)然后對感興趣區域進行特征匹配，采用基于灰度變換和幾何變換的最小二乘匹配法依次匹配各眼動狀態，求出準確的識別結果；以及

5)將原圖與識別結果關聯后輸出至交互觸摸屏，顯示當前眼動的狀態。

在本發明的一個具體實施例中，其中步驟1）中所述的智能相機采用單色數字面陣CCD傳感器，CCD傳感器設置在智能相機的嵌入式視覺系統中；檢測前，根據當前檢測環境，調整智能相機參數，包括焦距、曝光、光圈、增益。

在本發明的又一個具體實施例中，其中步驟2）中所述的制作各個眼動狀態的模板包括單眼的正視、左視以及右視模板。

在本發明的再一個具體實施例中，其中步驟3）中所述的圖像預處理中，對獲取的圖像進行均衡和補償，以改善圖像的對比度。

在本發明的又一個具體實施例中，其中步驟3）中所述的快速定位眼部區域，采用抽樣的相關系數匹配算法，進行快速定位感興趣區域，通過誤差范圍內坐標點的計算修正匹配的感興趣區域。

在本發明的又一個具體實施例中，其中步驟4）中所述的最小二乘匹配法識別眼動信息采用結合了灰度變換和幾何變換的殘差平方和作為度量參考，依次序與各個眼動狀態模板進行模板匹配，確定準確的眼動狀態信息。

本發明的方法與現有技術相比，以智能相機取代工業計算機，集成程度高、結構緊湊適應于更多場合；可獨立完成圖像采集、處理和結果輸出三個功能；檢測過程中除被測者無需他人進行維護，既省人力又保證了檢測的高效率。識別效果上，本發明的方法檢測的準確度平均在九成以上，速度每百幀識別需要約4s，每幀僅需要40ms，受光線等干擾影響小穩定性好，適用于實時眼動識別檢測。

附圖說明

圖1為本發明基于智能相機的實時眼動識別檢測方法原理圖;以及

圖2為本發明基于智能相機的實時眼動識別檢測方法流程圖。