自然光下基于单目摄像头的视线跟踪算法研究

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1、硕士学位论文自然光下基于单目摄像头的视线跟踪算法研究作者姓名胡大正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StudyofGazeTrackingAlgorithmBasedonMonocularCamerainNaturalLightADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:HuDazhengSupervisor:Prof.QinHuabiaoSouthChinaUniversityofTec

2、hnologyGuangzhou,China分类号：TP391学校代号：10561学号：201320108067华南理工大学硕士学位论文自然光下基于单目摄像头的视线跟踪算法研究作者姓名：胡大正指导教师姓名、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4月20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：秦华标教授黄茜教授李艳雄讲师朱延军高工华商理工大学学

3、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取得的研究成果。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。对本文的研究做出重要贡。献的个人和集体，均已在文中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。大足＾作者签名：碱日期；年６月＾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；，即研究生在校攻读学位期间论文王作的知识产权单位属华南理工大学。

4、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Ｗ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一论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。杠木保密，供校内师生和与学校有共享协议，同意在校园网上发布的单位浏览；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》，传搔学

5、位论文的全部或部分内容。＂＂（请在上相应方框内打Ｖ）＞０／抑别：作者签名；碱去日期ｗ指导教师签名；日期／ｉ每Ｇ词刈作者联系电话：电子邮箱：联系地址（含邮编）：；；；摘要随着计算机技术的发展，人机交互技术的理论和技术得到越来越多的关注和重视。其中，基于摄像的视线跟踪技术直接感知眼睛视线，在推动人机交互技术变革以及相关机器视觉、心理学研究等方面均具有重大意义。自然光下基于单目摄像头的视线跟踪技术无需主动红外光源辅助和复杂的硬件标定，更有利于视线跟踪技术的推广应

6、用。然而，该领域仍然有许多基础理论问题没得到很好的解决，主要为自然光下眼睛特征信息的精确提取以及如何提高注视点映射模型的头部运动容忍能力。因此，本文对这两个方面进行深入研究，提出一种在自然光下能满足头部自由运动的视线跟踪算法。主要工作内容如下：(1)自然光下的眼动特征提取。针对光照变化和头部运动对特征提取带来的影响，首先采用基于形状回归的人脸初定位方法确定各特征点的感兴趣区域，其次依据不同角点特征的具体生理形状分别进行定位，通过角点分值计算筛选方法得到眼睛内角点和嘴角点定位，并采用曲线拟合方法定位

7、眼睛外角点。对于虹膜特征，提出一种基于滑动窗口检测的方法进行虹膜边缘提取和虹膜中心定位。(2)满足头部自由运动的注视点映射模型构建。首先，根据虹膜中心与眼睛内外角点构建基于双眼数据的眼动向量。其次，根据头部自由运动时眼睛特征点在图像上的位置变化关系，提出一种基于投影映射校正的方法进行眼动向量校正，降低头部运动对眼动向量的影响。最后，通过支持向量回归模型得到头部运动与视线落点偏差的关系，对视线估计结果进行补偿，从而构建满足头部自由运动的注视点映射模型。本文的眼动特征提取方法在自然光下能有效定位到眼睛

8、内外角点及嘴角点特征，虹膜特征检测方法在不同眼睛姿态和头部姿势下定位准确率达到95.6%；结合眼动向量校正和视线落点补偿模型在头部自由运动下的视线估计约为2.67°。实验结果证明本文的视线跟踪算法能较好的解决自然光下基于单目摄像头的视线跟踪所遇到的问题。关键词：自然光；视线跟踪；投影映射校正；视线落点补偿IABSTRACTWiththedevelopmentofcomputertechnology,human-computerinteractiontheoryandtechnolo