[發明專利]基于計算機視覺的眼動模式數據自動獲取方法

在審

• 申請號: 201410775791.5
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104463216A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 楊必琨;王澤亮;崔錦實;李曉清;査紅彬;王莉
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/46
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

技術領域

本發明屬于計算機視覺領域，涉及一種自動的人臉人眼位置識別和眼動特征數據獲取方法，尤其涉及一種基于計算機視覺的眼動模式數據自動獲取方法。

背景技術

眼動(眼睛運動)模式能夠為視覺加工提供大量信息。在實際應用中，例如，針對不具備完整語言表達和肢體表達能力、智力及識別力發育水平低而注意力不能較長時間保持集中的人群如嬰幼兒進行視力篩查時，需要獲得其眼動模式數據。目前，針對這種情況，眼動模式數據的獲取通常采用優先注視法，該方法需要檢查者向受試者展示光柵紙板，通過紙板中的小孔觀察受試者眼睛或頭的轉動方向，來判斷其與紙板上的光柵圖案正確與否，從而得到受試者的眼動模式數據，該過程是人工進行的，不能通過計算機方法來自動的進行判斷，因此十分費時費力。其他的方法還包括視動性眼震、視覺誘發電位等方法，但因大部分檢查方法操作更加困難繁瑣，一直難以普及。因此，現行的眼動模式數據獲取方法不能實現自動化，數據獲取效率低下，獲取數據的準確率不高，難以做到合理、快捷地得到眼動模式數據結果。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于計算機視覺的眼動模式數據自動獲取方法，該方法利用計算機視覺知識，通過機器學習建立受試者的注視模型，再對受試者在測試階段的眼動特征進行預測，從而自動獲得受試者的眼動模式數據。該方法能夠降低獲取眼動模式數據的成本，提高數據獲取效率，保證獲得數據的準確率。

本發明提供的技術方案是：

一種基于計算機視覺的眼動模式數據自動獲取方法，該方法將眼動模式數據獲取過程分為學習階段和測試階段，通過在學習階段得到的受試者注視模型對在測試階段得到的受試者眼動特征進行預測，獲取受試者的眼動模式數據，包括如下步驟：

1)布置眼動模式數據獲取環境，保證在整個眼動模式數據獲取過程中，受試者只能注視計算機屏幕；

2)由操作者對受試者作初步判斷確定程序運行參數并將程序運行參數輸入到計算機中；程序運行參數包括眼動模式數據獲取過程中所呈現光柵刺激的光柵順序模式、所測試的單眼類型和采集圖像的時間間隔；呈現光柵刺激的光柵順序模式為多種，每種光柵順序模式包括多個特定頻率的光柵刺激；所測試的單眼類型包括左眼或右眼；

3)在學習階段，計算機根據程序運行參數呈現圖片，同時標定圖片呈現的位置為左或右，依次通過識別受試者的人臉人眼位置、進行特征提取和SVM(Support?Vector?Machine支持向量機)學習得到受試者單眼的注視模型，建立分類器h；

4)在測試階段，計算機根據程序運行參數呈現光柵刺激，同時標定得到每一特定頻率的光柵刺激的位置作為真實值，通過人眼人臉位置識別得到受試者在每一特定頻率的光柵刺激的注視時段的人臉人眼位置，再通過進行特征提取得到受試者在每一特定頻率的光柵刺激時的眼動特征，作為受試者的測試樣本集；

5)利用步驟3)建立的分類器h對步驟4)中的測試樣本集進行SVM分類預測得到預測值，將此預測值與步驟4)中的真實值進行對比，得到受試者注意到的光柵順序模式中光柵刺激的最高頻率，作為受試者的眼動模式數據。

上述基于計算機視覺的眼動模式數據自動獲取方法，在步驟5)得到受試者眼動模式數據之后，操作者根據得到數據的情況，可以重新進行步驟2)～步驟5)的過程，此過程中步驟2)采用的程序運行參數可以與上一過程的步驟2)中的程序運行參數相同；也可以選擇比上一過程的步驟2)中光柵頻率更高的一組程序運行參數進行，即此過程采用的程序運行參數中呈現光柵刺激的光柵順序模式為比上一過程中的光柵頻率更高的光柵順序模式；或者采用的程序運行參數中所測試的單眼類型與上一過程中所測試的單眼類型不同。

上述基于計算機視覺的眼動模式數據獲取方法中，進一步地，

步驟1)所述運行環境應為安靜、黑暗的環境，受試者的眼睛與屏幕中心保持水平。在本發明實施例中，受試者為嬰幼兒，由家長抱著坐在計算機屏幕前，使得受試者的眼睛與屏幕中心水平。

步驟2)中的程序運行參數還包括受試者圖像數據的文件名、測試開始的光柵序號、測試結束的光柵序號、每一個光柵呈現過程中的初始幀序號、每一個光柵呈現過程中的結束幀序號和PCA(Principal?Component?Analysis，主成分分析)降維后的維數。