[發明專利]一種基于特征的多級瞳孔中心定位技術實現方法

在審

• 申請號: 202010145597.4
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111339982A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 趙歆波;任鑫偉;鄒曉春
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/32;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種基于特征的多級瞳孔中心定位技術實現方法，首先使用Haar?like特征檢測子來完成瞳孔的快速粗定位，并使用積分圖來提高計算效率；然后使用星射線算法在這個粗中心位置開始搜索，提取瞳孔輪廓特征點；接下來用RANSAC算法對瞳孔橢圓進行估計，得到橢圓參數；最后使用3D眼球模型評價橢圓參數，對于評價為不準確的橢圓參數改用基于3D眼球模型的橢圓匹配算法對瞳孔橢圓參數進行估計。采用本方法可以顯著提高瞳孔中心定位的魯棒性，在存在遮擋的情況下，也可以獲得精確的瞳孔中心。

技術領域

本發明屬于計算機視覺圖像處理技術領域，涉及一種基于特征的多級瞳孔中心定位方法。

背景技術

眼動交互就是研究如何利用眼睛的視線與可交互設備進行控制與交互。由于眼動交互具有輸入自然、高效且直接的優點，其可以在一些控制操作上替代手動交互。隨著眼動跟蹤技術和應用的發展，眼跟蹤設備由復雜到簡單，對使用者的約束愈發的減少，普適性和精度也越來越高。眼動跟蹤技術是通過眼電圖、電磁感應或者眼部光學圖像處理等技術手段進行研究，并估計使用者眼睛注視的精確位置或者視線方向的技術。目前，眼動跟蹤技術被廣泛應用于計算機交互應用，駕駛員疲勞監測系統，虹膜身份認證，AR/VR游戲，三維全息演示系統，營銷與廣告市場分析，客戶體驗計劃，殘疾人輔助系統，軍事應用，神經科學與心理學研究等領域。在航空航天領域，眼動跟蹤技術引入使得航天員利用眼動控制實現對艙外航天服控制面板的控制與交互，一定程度上解放了航天員的雙手，實現航天服的多模態人機交互，提高航天員工作效率。

在測量技術手段比較簡單的早期，研究人員為了客觀的記錄眼動數據，先后使用了諸如觀察法、電流記錄法、雙普金野像法及基于圖像處理的瞳孔角膜反射法等來檢測和記錄眼動數據。觀察法僅僅用肉眼來觀察，只能得到被試者一些幅度較大的眼動，其結果也不夠精確。電流記錄法只測量出眼睛相對于頭部的與運動，且受到的干擾因素很大，而且需要在受試者臉部貼上電極，不利于長期的使用和人機交互。雙普金野像法需要特殊的光學設備，價格昂貴，導致普適性不高。

隨著機器視覺和數字圖像處理技術的不斷發展，利用攝像機記錄眼動過程并采用數字圖像處理方法的光學記錄法得到了廣泛的應用。這種方法對受試者的侵害程度較小，并且能達到較高的測量精度。基于圖像處理的眼動跟蹤方法不僅可用于桌面式眼動跟蹤系統，還可用于頭戴式眼動跟蹤系統。一般地，通過攝像機拍攝眼部圖像，經過圖像處理提取出人眼能夠反映視線方向的信息，然后利用標定算法或幾何建模建立該信息與注視點的映射關系，達到視線估計或注視點估計的目的。采用數字圖像處理的方法完成眼動跟蹤過程，具有精度高、能耗低和便攜性的優點。

人眼定位技術主要包括以下三方面內容：1)判斷眼睛在圖像中是否存在；2)精確定位眼睛的像素位置；3)跟蹤視頻每一幀中的眼睛的位置。人眼定位通常是從眼睛的幾何結構、顏色特點以及眼睛與周圍器官的位置或灰度分布特征來分析眼睛的位置。目前，頭戴式眼動儀基本都是采用瞳孔角膜向量法來提取瞳孔中心，但是在存在上下眼瞼、眼角或鏡片遮擋的情況下，獲得精確的瞳孔中心會有較大難度，算法的魯棒性不高。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于特征的多級瞳孔中心定位技術實現方法。

技術方案

一種基于特征的多級瞳孔中心定位技術實現方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：輸入眼部圖像，基于Haar-like特征的瞳孔粗定位得到瞳孔局部區域：

使用眼部圖像的積分圖，在線性時間內計算每個像素位置的Haar-like特征的響應，即對積分圖8個角點位置的值進行采樣后計算就能得到響應值，選擇該特征響應值最大值的位置作為瞳孔粗中心：