视线跟踪技术及其应用

《视线跟踪技术及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·48·人类工效学2009年3月第15卷第1期文章编号:100628309(2009)0320048205·综述·视线跟踪技术及其应用123卞锋,江漫清,张红(1.同济大学汽车学院,上海201804;2.泛亚汽车技术中心有限公司,上海201201;3.中国农业大学工学院,北京100083)摘要:本文介绍了研究、应用视线跟踪技术的必要性,回顾了视线跟踪技术的研究历程,概述了主要的视线跟踪技术及其原理,比较了各种视线跟踪技术的优缺点。重点探讨了当前常用的基于视频的瞳孔-角膜高光向量法的原理和技术,并介绍

2、了视线跟踪技术的研究方向和发展趋势。最后对视线跟踪技术在人机交互、智能机器等领域的应用前景进行了介绍和展望。关键词:视线跟踪;眼睛跟踪;视线交互中图分类号:TP391.41文献标识码:A1引言常使用后一种测量方法。最广泛使用的测量关随着对人机交互技术研究的不断深入,多通注点是基于瞳孔-角膜反射向量的视线跟踪方道的交互备受关注,人机界面更强调"以人为中法。心"的原则,使用户能运用各种感觉通道以最自2.1常见的眼睛运动测量方法然的方式和计算机交互。目前存在四大类的眼睛运动测量方法:眼电现有的人机交互输入

3、绝大多数通过鼠标、键图法,巩膜接触镜/搜寻线圈,POG法或VOG法盘等实现,这些输入需要视觉或听觉接收输出信和基于视频的结合角膜反射。息相配合。此外,语音识别输入技术在逐渐成2.1.1眼电图法熟;而对身体姿势的理解、触觉的输入输出等技眼电图法(图1)出现在70年代,曾被广泛应术在智能虚拟现实环境中得到了较多的研究。用,它使用电极测量眼窝附近皮肤的电压差来实常见的上下文信息还隐藏于我们的视线中,现对眼睛运动的测量。人的眼球存在着电压差,视线反应了我们感兴趣的对象、目的和需求,具角膜表现为正极,眼底为负

4、极,一般为1毫伏到有输入输出双向性特点。视线检测使得抽取对数毫伏。在眼睛附近皮肤贴上电极,当眼睛运动人机交互有用的信息成为可能,从而实现自然时,电极会产生不同信号,大约可以识别出3度[1]的、直觉的和有效的交互,因此,对视线跟踪技术的眼球水平转动和5度的眼球竖直转动。及其在人机交互中应用的研究具有特殊的价值。眼电图法会产生不适的感觉,不适合长期使目前,视线跟踪技术和对视线所蕴含信息的理解用和用于人机交互。另外,仪器制造材料要求较还处在实验研究阶段。高且需要稳定的照明条件和调节标定程序,而使2视线跟踪

5、技术概述用者的变化也可能造成信号的不稳定,比如,皮视线跟踪器是用于测量眼睛运动的装置。肤电阻会因为皮角质的不断分泌而改变。一般而言,存在两种类型的眼睛运动跟踪技术:2.1.2巩膜接触镜/搜寻线圈法第一种方法测量相对于头部的眼睛位置,第二种巩膜接触镜/搜寻线圈法是最精确的眼睛运是测量空间中眼睛关注点[1]。人机交互系统主动测量方法之一,它将一个机械的或者光学的元要关注的是交互场景中用户所关注的对象,这通件连接到直接佩戴到眼睛的接触镜上。早期的作者简介:卞锋(1978-),男,上海人,博士研究生,研究方

6、向:车辆现代设计理论与方法、虚拟现实技术、汽车人机工程学,(电话)021-63085705(电子信箱)cnbf@163.com。人类工效学2009年3月第15卷第1期·49·光源的角膜反射等。2.1.3.1角膜-巩膜异色边缘反射法角膜-巩膜异色边缘反射法利用红外线光在角膜-巩膜边缘反射的差异来测量眼睛运动状况。该方法以数个红外线LED以固定的角度照射在虹膜周围,经虹膜和巩膜反射的红外光被对应的红外光敏管接受;由于深色虹膜的反射能力差,大部分光线被吸收,而白色巩膜部分的红外线几乎被完全反射;眼睛转动的

7、时候,光敏管图1眼电图方法接收到的红外线会随之变化,利用这些变化的红[2]记录仪将熟石膏圈附加到角膜上,通过机械铰外线信号,可以检测眼球的运动。链连接到纪录笔上。随着技术的发展,现代的接2.1.3.2角膜反射法触镜通常附有安装杆。接触镜的尺寸需要足够角膜能反射落在它上面的光,当眼球运动大,将角膜和巩膜同时覆盖,以免镜头滑动。常时,光以变化的角度射到角膜,得到不同方向上用的附加装置有:反射镜、搜寻线圈等。的反光。角膜表面形成的虚像因眼球旋转而移动,实时检测出图像的位置,经信号处理可得到眼动信号。2.1

8、.3.3双普金野象法普金野图像是由眼睛的若干光学界面反射所形成的图像。角膜前表面、晶状体后表面所反图2接触镜和磁场框架射的图像是第一和第四普金野图像。双普金野其原理是通过测量由于眼睛的转动而决定方法使用红外光照射形成的第一和第四普金尔的附加装置的方位来确定眼睛的方位。使用反野反射,测量这两个反射的相对位置并分析图像射镜可以将固定光束反射到不同方向,从而获得数据,可以计算眼睛在相对于头部的朝向。Gen2[3]眼睛的运动状态。使用搜寻线圈时在眼睛周围eration-V眼睛