视线跟踪技术及其应用研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文视线跟踪技术及其应用研究姓名：徐兴民申请学位级别：硕士专业：安全技术及工程指导教师：左洪福20070101南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文基于角膜反射-瞳孔中心的视线跟踪技术，构建了头部静止台架式和头部自由运动头盔式两套视线跟踪硬件框架，并开发了与之配套的软件系统。本文开发的视线跟踪系统能够实时提供用户注视点信息，获得用户的感兴趣区域。通过实验获得的数据进行精度分析可知，头部静止的台架式视线跟踪系统平均误差为0.9585°，头部自由运动的头盔式视线跟踪系统几何标定平均误差为9.5871mm。本文开发的视线跟踪系统成本低，通过引入电磁式位置跟踪器和

2、共面4彩色标志点位置跟踪算法，可允许用户头部在一定的范围内自由运动。为了满足增强现实维修诱导系统对人机交互的要求，通过将视线跟踪技术和增强现实技术进行整合，本文为维修诱导系统提供一种具有直接性、自然性及双向性的视线交互手段，为增强现实维修诱导系统的研制打下了良好的基础，为视线跟踪系统的实际应用开辟了新的领域。本文所取得的研究成果有：1．视线跟踪系统硬件①基于角膜反射-瞳孔中心技术，构建了头部静止的台架式视线跟踪系统硬件框架；②在头部静止的视线跟踪系统基础上，引入电磁式位置跟踪器和共面4彩色标志点位置跟踪算法，构建了两套允许头部自由运动的视线跟踪系统硬件框架；③提出了将视线跟踪系

3、统和光学透视式头盔显示器的整合方案，并给出了一种减小整合系统硬件体积的硬件结构改进方案。2．视线跟踪系统软件①基于OpenCV计算机视觉开源代码，开发了基于Starburst算法的头部静止的视线跟踪系统软件；②基于电磁式位置跟踪器开发库，开发了头部自由运动的视线跟踪系统软件。关键词：视线跟踪，位置跟踪，人机交互，光学透视式HMDI视线跟踪技术及其应用研究ABSTRACTThispaperconstructedahardwareframeworkforeyegazetrackingsystem，anddevelopedtherelevantsoftwaresystem，based

4、onthetechnologyofcombiningcornealreflectionandpupilcenter.Theeyegazetrackingsystempresentedinthepapercanprovidetheuser’sfixationinformationandtheregionofinterestinrealtime.Theanalysisofthedatacollectedfromexperimentsshowedthattheerroroftheeyegazetrackingsystemwasfoundedtobeapproximately0.958

5、5°whenuser’sheadkeepsstillandthecalibrationerrorwasapproximately9.5871mmwhenuser’sheadmovesfreely.Moreover，thesystemcostlow，andsolvedpreferablytheproblemofhead’smovementsdependingonanelectromagneticpositiontrackerandtheposition-trackingalgorithmusing4coplanarmarkers.Inordertosatisfytherequir

6、ementsofinteractionbetweenusersandaugmentedrealitymaintenanceguidingsystem，thepaperprovideduseramethodofinteractionwithstraight，naturalandbi-directionalfeaturesbyintegratingtechniquesoftheeyegazetrackingsystemandtheaugmentedreality.Thisresearchhassettledthefoundationfordevelopingtheaugmented

7、realitymaintenanceguidingsystem，andenrichedtheapplicationoftheeyegazetrackingtechnology.Thisthesisachievedthefollowingfindings:1．Thehardwareofframeworkforeyegazetrackingsystem①Havingconstructedaneyegazetrackinghardwareframeworkwhenuser’sheadkeepsst