基于视频图像处理的视线方向检测的.研究与实现

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1、目录4．3系统的软硬件开发环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．374．3．1系统的软件开发平台⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．374．3．2系统的硬件开发平台⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．39第五章实验与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。405．1算法评价标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．405．2图像预处理对人脸窗L]定位的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．405．3视线识别效果评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l

2、第六章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯446．1全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯446．2课题展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44致谢参考文献⋯⋯⋯⋯．硕士期间发表论文IV⋯47⋯⋯．49第一章绪论1．1研究背景、目的及意义弟一早三百下匕视线识别技术早期研究的主要目的是应用于心理学研究(如阅读研究)、助残等领域，后来拓展到图像压缩及人机交互和可用性丁程等领域。在人机交互应用中，用户的注视信息包含了一些重要的人机交互信息：(1)可以根据注视信息推断人们感兴趣或引起注意的内容。

3、(2)在自言自语测试中可通过分析用户所注视的对象得到其指代对象。(3)注视信息还暗示了人与人之间的关系(如是友还是敌)。计算机通过跟踪用户的视线，可以了解用户的内部状态、意图、认知负荷紧张程度，并自动调整对用户的反应。另外，视线跟踪技术的一个诱人的应用领域就是虚拟现实和游戏，根据用户当前的注视状态，提供给用户相应注视方位的场景信息，这样用户在不同的方位就会看到不同的场景，达到身临其境的效果。总之，视线识别技术应用于人机交互领域，一方面使人与计算机间的交互方式与现实tH=界中的交互方式趋于一致，更为简单、自然、高效；另一方面又提高计算机图形、图像、动画的绘制渲染速度。视线识别还可以用在预

4、防交通事故中。据统计，我国每年交通事故50万起，因交通事故死亡人数均超过10万人，稳居世界第一。而据事故成因统计结果，交通事故的主要原因就是司机的走神或者瞌睡引起的。由于司机的眼睛状态能够正确反应司机走神或者瞌睡与否，因此，实时地检测司机的眼睛状态并及时告警可以有效减少交通事故。在这一背景下，视线识别由于具有直接、友好、方便的特点，使用者无任何心理障碍，易于为用户所接受的特点，从而得到了广泛的研究与应用。本课题的目标是设计并实现一个视线识别系统，重点是实现人脸窗口检测、人眼窗口检测与视线判断的功能，基于该系统，可以方便地进行人脸窗口与人眼窗口的检测及视线的判断。本课题源于联想研究院基于

5、笔记本终端的人眼字符输入原型系统。在该套系统预研的过程中本人主要负责进行人脸窗口、人眼窗口的算法研究与模块开发工作。在此过程中，我将所完成成果封装成一套简易的视线识别系统。1．2国内外主要研究成果基于视频图像处理的视线识别的研究目前人多数仍然处在实验室阶段，成型的产品还不多，而且受到很多冈素的影响无法普及。下面介绍的几个最新的国外研究成果，它们都是基于红外光源开发的。这样的系统虽然极大的降低了图像处理的复杂度，但是红外光源的校准却成了另外一个难以解决的问题。英国蒙特福德大学的一套可以用视线追踪玩魔兽世界的系统如图1．1所示。该项研究的视觉追踪系统反射电脑屏幕下方发光二极管发射的红外线，

6、利用立体红外摄像机跟踪眼球的运动，可计算出注视屏幕的位置，精度达到5毫米。软件系统除了传统的指向和点击界面，还包括加速特定命令的额外功能。向屏幕外快速扫视特定方向可切换不同功能，如角色旋转或视角的模式，同时系统内建了临时关闭视觉功能以防止误操作。该项软件需要一个红外摄像头作为辅助光源，因此就限制了使用者的头部的移动。但是准确率比较高。由FaceLab公司开发的FaceLab眼动仪，如图1．2所示。该眼动仪是由两个摄像头，一套视线识别系统以及红外光源组成，FaceLab采用的不是传统的角膜反射技术，而是用一对立体摄像机测量数据记入硬盘或经过网络传输。它有以下优点：受试者自动校准一次后，数

7、据以后可以继续使用；它还可以距离摄像机几十公分到几米远进行测量；可适用于各种脸型，眼睛和多数眼镜，并可以在阳光下或暗房中_T作；无须独立的头部跟踪系统和复杂的校准，而且允许受试者在一定范围内运动和变换姿势；全面眨眼分析。东南人学硕士学位论文图l一2FaceLab的组成TOBBI公司开发的TOBBI眼动仪如图1．3所示，它是在完全自然状态下进行眼动测试的最新一代眼动跟踪系统。包括特制的高精度广角眼动摄像机；定制的17英寸或21英寸液晶显示器、红外