[發明專利]一種單相機單光源視線追蹤系統眼球參數標定方法

有效

• 申請號: 201811309382.0
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109272557B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 遲健男;劉佳惠;張國勝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種單相機單光源視線追蹤系統眼球參數標定方法，適用于簡化的人眼參數標定系統，能夠提高眼球參數標定結果的精度。所述方法包括：確定光源和兩個屏幕標定點在系統相機坐標系下的位置；在標定位置處，系統相機捕捉當前的人臉圖像，提取虹膜成像橢圓特征參數和普爾欽斑中心坐標；在所述標定位置處所述系統相機坐標系下，根據確定的光源和屏幕標定點在系統相機坐標系下的位置和提取的虹膜成像橢圓特征參數和普爾欽斑中心坐標，初步標定人眼的虹膜半徑；根據初步標定的人眼的虹膜半徑，初步標定人眼的角膜曲率半徑；根據眼球的幾何模型，對初步標定的人眼的虹膜半徑和角膜曲率半徑進行迭代優化。本發明涉及視覺測量技術領域。

技術領域

本發明涉及視覺測量技術領域，特別是指一種單相機單光源視線追蹤系統眼球參數標定方法。

背景技術

視線追蹤的研究起源于有關眼睛運動規律的研究，最早可以追溯到古希臘時期，而真正采用儀器設備對眼睛運動規律進行實驗和觀察是從中世紀時期開始的。早期心理學家是用肉眼或借助簡單的儀器來觀察眼動情況，如：觀察法、機械記錄法、膠片記錄法等，后來逐漸探索出了電流記錄法、電磁線圈法、反光記錄法、雙普爾欽象法、角膜反射法等多種眼動分析方法。

隨著眼動技術研究的不斷深入和發展，其應用的領域也越來越廣泛。人們不再是單純的分析眼球的運動，而是將它用于視線的分析與跟蹤。視線追蹤技術融合了眾多學科領域的專業知識，包括圖像識別、圖像處理、計算機視覺、生物結構學、解剖學以及光學等等，是一門多學科交叉性的研究課題。目前視線追蹤技術已廣泛應用于人機交互、虛擬現實、車輛輔助駕駛、人因分析和心理研究等多個領域，有很好的應用前景。

在視線追蹤的發展過程中，提出了很多基于不同硬件配置系統的視線估計方法，例如，單相機多光源系統、多相機系統。

在單相機多光源系統中，可以利用多個光源的反射，建立多個非線性方程，標定出角膜曲率半徑等人眼不變參數，但求解過程復雜，運行速度慢，且得到的結果是數值解，因此大部分單相機多光源系統仍采用預先設定人眼參數這一方法。

在多相機系統中，人眼的角膜曲率中心、瞳孔中心等三維空間點，甚至眼球光軸，可以根據多相機立體視覺的基本原理直接計算獲得，可以使用戶標定過程大大簡化。但多相機系統的硬件配置相對復雜，成本較高，且系統標定過程復雜。例如，文獻E.D.Guestrinand M.Eizenman,“Remote point-of-gazeestimation with free head movementsrequiring a single-point calibration提出了一種能實現單點標定且頭部可以自由運動的視線估計方法，需要配置三個相機和多個光源。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種單相機單光源視線追蹤系統眼球參數標定方法，以解決現有技術所存在的標定人眼參數方法所需的硬件系統復雜、成本較高、標定過程復雜的問題。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種單相機單光源視線追蹤系統眼球參數標定方法，包括：

確定光源和兩個屏幕標定點在系統相機坐標系下的位置；

在標定位置處，即用戶盯視所述兩個屏幕標定點時，系統相機捕捉當前的人臉圖像，并對捕捉到的人臉圖像進行處理，提取虹膜成像橢圓特征參數和普爾欽斑中心坐標；

在所述標定位置處所述系統相機坐標系下，根據確定的光源和屏幕標定點在系統相機坐標系下的位置和提取的虹膜成像橢圓特征參數和普爾欽斑中心坐標，初步標定人眼的虹膜半徑；

根據初步標定的人眼的虹膜半徑，初步標定人眼的角膜曲率半徑；

根據眼球的幾何模型，對初步標定的人眼的虹膜半徑和角膜曲率半徑進行迭代優化，直至符合預設的迭代終止條件。

進一步地，所述對捕捉到的人臉圖像進行處理，提取虹膜成像橢圓特征參數和普爾欽斑中心坐標包括：