头戴式视线跟踪算法研究

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1、硕士学位论文头戴式视线跟踪算法研究作者姓名费舒学科专业电路与系统指导教师秦华标教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2016年6月StudyofHead-MountedGazeTrackingAlgorithmADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：FeiShuSupervisor：Prof.QinHuabiaoSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP391学校代号：10561学号：201320108081华南理工大学硕士学

2、位论文头戴式视线跟踪算法研究作者姓名：费舒指导教师姓名、职称：秦华标教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：电路与系统研究方向：图像技术与智能系统论文提交日期：2016年6月2日论文答辩日期：2016年6月8日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：贺前华教授委员：朱延军高级工程师秦华标教授黄茜教授李艳雄讲师华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研巧成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的

3、研究做出重要贡。献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名；日期：＞４年＾月＞专日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研巧生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可臥公布学位论文的全、部或部分内容，可允许采用影印缩印或其它复制手段保存、汇编学位－致论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相。

4、本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。口不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。＂＂Ｖ（请在［＾１上相应方框内打）。作者签名：日期：＾．指导教师签名：日期ｗｉ作者联系电话：电子邮箱：联系地址（含邮编）：摘要视线跟踪技术作为最新颖的人机交互方式，其方法是通过摄像头获取人眼图像，建立图像中的眼动特征与注视点之间的映射关系以获取人眼注视点的位置。

5、将视线跟踪技术与增强现实相结合，不仅能够跟踪用户的视线方向，获取用户在场景中的感兴趣区域，还可以体现增强现实系统虚实结合的特点。头戴式视线跟踪系统将红外光源和摄像头通过头盔设备固定在人眼周围，为增强现实系统提供了一种简单、高效且双向的交互方式，具有重要的研究意义和广泛的应用前景。本文从头戴式视线跟踪系统结构的特殊性出发，重点研究了头戴式视线跟踪系统下眼动特征提取算法和视线映射模型的建立。本文的主要工作和研究成果如下：1）近红外光下眼动特征提取算法研究。在头戴式视线跟踪系统下，人眼距离摄像头较近，红外光源以及系统前方反射镜会使人眼图像对比度不均匀并使人眼

6、特征产生形变。针对以上的问题，本文选取瞳孔和虹膜作为表征视线方向的眼动特征，采用先获取眼动特征轮廓再定位眼动特征中心的思路，提出自动瞳孔阈值分割算法，在传统OTSU算法的基础上结合直方图峰值搜索阈值补偿算法，实现对瞳孔区域的精确分割；利用直方图迭代算法获取虹膜区域分割阈值，采用Sobel边缘检测以及RANSAC算法分别提取瞳孔中心和虹膜中心特征参数。2）头戴式视线跟踪三维视线映射模型建立。本文从头戴式视线跟踪系统注视点估计的精度和系统整体的复杂度出发，提出一种基于瞳孔和虹膜的新型三维视线映射模型，只利用单摄像头和单红外光源以及屏幕上指定区域的四个标定点

7、，利用提取的眼动二维中心特征对瞳孔和虹膜进行三维空间建模，建立三维视线方向向量并结合视线角度信息，从而估计人眼注视点的位置。仿真实验与对比分析表明，本文瞳孔和虹膜的特征提取精度分别为96%和95%，提取速率可达25帧／秒，在提取精度和提取速率之间取得了一个较好的平衡。而利用!本文建立的三维视线映射模型估计注视点位置的平均精度为1.16，在保证头戴式视线跟踪系统注视点估计精度的同时，极大地减小了系统整体结构和标定过程的复杂度。关键词：头戴式；视线跟踪；阈值补偿；特征提取；三维映射模型IAbstractGazetrackingtechnology,asth

8、elatestkindofhumancomputerinteraction,obtainsth