基于单目视觉的视线跟踪技术研究

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1、基于单目视觉的视线跟踪技术研究宫德麟2016年1月中图分类号：TP391UDC分类号：623.4基于单目视觉的视线跟踪技术研究作者姓名宫德麟学院名称机电学院指导教师施家栋答辩委员会主席王建中教授申请学位工学硕士学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ResearchonEyeGazeTrackingTechnologyBasedonMonocularVisionCandidateName:DelinGongSchoolorDepartment:MechatronicsEngineeringFacu

2、ltyMentor:JiadongShiChair,ThesisCommittee：Prof.JianzhongWangDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ArmamentScienceandtechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不

3、包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要无人武器系统是武器装备发展的重要方向，人在回路的遥操作是未来相当长时期内无人武器的主要操控方式，受生理、心理因素影响手动操控效率较低，无法满足高时效性的战场需要。视线跟踪瞄准是一种新型的人机交互方式，借助人眼注视方向进行瞄准打击可以解放士兵的双手，大大提高士兵操控无人武器系统的效率。本文

4、讨论的视线跟踪就是其中的最关键技术。采用基于瞳孔角膜反射的视线估计方法，构建了头戴式视线跟踪系统。通过人眼摄像机采集人眼图像，在Linux系统下结合OPENCV的开发语言进行算法编程，对人眼图像依次进行高斯滤波去噪、ROI区域提取和灰度化等预处理。基于灰度直方图确定自适应阈值并对灰度图二值化分割，采用Canny边缘检测方法提取瞳孔轮廓，结合总体最小二乘椭圆拟合算法确定瞳孔中心坐标。采用质心法获取普尔钦斑点中心坐标，并计算出二维偏移向量P-CR。以多项式函数的形式建立P-CR向量与注视点之间的映射关系，实现了人眼信息与注视点信息的

5、转化，达到了人眼视线跟踪的目的。实验结果表明，视线跟踪定位准确率超过90%，为无人武器视线跟踪瞄准技术奠定了基础。关键词：视线跟踪；瞳孔中心；普尔钦光斑；注视点；总体最小二乘法；多项式函数I北京理工大学硕士学位论文AbstractUnmannedweaponsystemisanimportantdirectionofthedevelopmentofweaponequipment.Foralongperiodoftimeinthefuture,humaninloopteleoperationisthemaincontrolofun

6、mannedweapon.Unabletomeetthedemandofreal-timebattlefield.Aimbyeyetrackingisanewtypeofhuman-computerinteraction,aimingbytheeyegazedirectioncanliberatethesoldiers'hands,cangreatlyimprovetheoperationalefficiencyofthesoldiershandlingtheunmannedweaponsystem.Theeyetracking

7、discussedinthisarticleisthekeyofthistechnology.Themethodinthisarticleisbasedonthepupilcentercorneareflectiontechnique.Wedesignthehead-mountedgazetrackingsystem,captureeyeimagesbycamera.ThenprogramalgorithmsundertheLINUXsystemprogramwithOPENCV.ImagesareprocessedbyGaus

8、sfiltering,ROIregionextractionandgrayscale.Determinetheadaptivethresholdbasedongraylevelhistogramandbinarizationsegmentationofgrayi