单摄像机视线跟踪技术研究

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1、～渊㈣一⑧天洋大薯博士学位论文__。J_¨●I■■：f-1j：■—!■一I●l一一级学科：堡壁塾兰皇垫垄学科专业：壁宣丝量墨垫壁作者姓名：!!堕室指导教师：堑些叁墼堡天津大学研究生院2007年8月中文摘要视线跟踪技术是未来智能人机接口的关键技术之一，在工业控制、机器人学和临床医学上有着广泛的应用前景。基于角膜反射原理和图像处理的视线跟踪技术，具有非侵入的优点，近年来取得了较快进展。但由于视线跟踪技术还没有完全成熟及眼动本身的特点，现有的视线跟踪技术要解决的主要问题是：提高视线跟踪系统的精确度；提高系统的可靠性；简化校准程序；减少对用户的限制。针对上述问题，论文对单摄像机视线跟踪技术进

2、行了深入研究，减少了对用户头部的限制；提高了系统的精确度、可靠性及便利性。论文的主要创新性研究工作如下：1．提出了一种单摄像机视线跟踪方法，利用三个光斑和瞳孔中心的位置关系计算视线方向，校准参数随用户头部位置不同而自动选择；同时改进了特征检测算法。提出的方法减少了系统在使用过程中对用户头部的限制，提高了系统的精确度、可靠性及便利性。2．对视线跟踪技术的光学采集系统进行了研究，设计了一种实时跟踪眼睛与调光、变焦、聚焦相结合的CCD摄像机自动调节系统。在不同外部环境光强及用户不同使用位置情况下，摄像机可由大视场下的头肩图像通过自动调节，实时跟踪眼睛并捕获到小视场下的眼睛清晰图像。避免了人

3、工调节的繁琐并提高了调节的准确性。3．对眼睛图像中瞳孔定位算法进行了研究，提出了一种眼睛红外图像中瞳孔椭圆边缘及中心的亚像素定位算法，能够精确地确定瞳孔中心位置，提高了系统的精确度。4．提出了一种眨眼检测算法和在人脸图像序列中判别眼睛睁、闭状态的方法，提出的算法检测正确率高，可应用于视疲劳监视及眼控鼠标。关键词：视线跟踪眨眼检测眼控鼠标自动调焦亚像素椭圆拟合ABSTRACTEyegazetrackingisoneofthekeytechniquesoftheintelligentinterfaceinthe向nlrebetweenhumanandcomputerizeddevices

4、andhaswidespreadprospectsofapplicationinindustrycontrol，roboticsandclinicalmedicine．Thetechniqueofeye．gazetracking，basedoncornealreflectionandimageprocessmg，hastheadvantageofunobtrusivenessandhasmadeconsiderableheadwayinrecentyears·However，owingtothatitisalsoadevelopingtechniqueandthecharacters

5、oftheeyemove口1锄￡therearestillmanyunresolvedproblemspreventingtheuseofnon．．intrusiveeyegazesystemsinactualapplications．Themostprevalentoftheseare：accur暑lcv，restrictedheadmovement,robustness，andeaseofcalibration．Tosolvetheseproblems，thetechniqueofsinglecameraremoteeyegazetrackinghasbeenstudied；th

6、econstraintsontheuser’Sheadimposedbymostexistingeyetrackershavebeensignificantlyrelaxed．Theaccuracyandrobustnessoftheeyegazetrackingsystemhavebeenimproved。ThemaininnovativeresearchesinthisPaperareasfollows：Asinglecameraremoteeye-gazetrackingtechniqueisproposedtOcalculatethegazedirectionbytherel

7、ationshipbetweenthepositionsofthepupilcenterandtbreecomealreflections，thecalibrationparametersCanbeautomaticallyadjustedtoallowfreeheadmovements．Also，robustfeaturedetectionalgorithmsaredeveloped．ThesystemCallworkundernaturalheadmo