人机交互论文—视线跟踪技术

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1、人机交互论文一视线跟踪技术1引二-12视线跟踪技术概述23视线跟踪的基本原理24视线跟踪技术分析34.1常见视线跟踪技术34.1.1眼电图法34.1.2巩膜接触镜/搜寻线圈法34.1.3照片图像法(POG)、视频图像法(VOG)44.1.3.1角膜-巩膜异色边缘反射法44.1.3.2角膜反射法44.1.3.3双普金野象法44.1.3.4基于视频结合睡孔和角膜反射的方法44.2各种方法的比较55视线跟踪技术在人机交互通道屮的特点66视线跟踪方法的研究趋势67视线跟踪技术在人机交互领域中的应用及前景78小结99参考文献9视线跟踪技

2、术及其应用摘要：木文介绍了研究、应用视线跟踪技术的必要性，冋顾了视线跟踪技术的硏究丿力程,概述了主耍的视线跟踪技术及其原理，比较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，并介绍了视线跟踪技术的研究方向和发展迤势。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：视线跟踪研究方向人机交互1引言随着对人机交互技术研究的不断深入，多通道的交互备受关注，人机界而更强调“以人为中心”的原则，使用户能运用各种感觉通道以最口然的方式和计算机交互。现有的人机交互输入

3、绝人多数通过鼠标、键盘等实现，这些输入需要视觉或听觉接收输出信息相配合。此外，语音识别输入技术在逐渐成熟；而对身体姿势的理解、触觉的输入输出等技术在智能虚拟现实环境中得到了较多的研究。人们在观察外部世界时眼睛总是与其它人体活动口然协调地工作，并且眼动所需的认知负荷很低，人眼的注视包含着当前的任务状况以及人的内部状态等信息，因此眼注视是—•种非常好的能使人机对话变得简便、自然的候选输入通道。由于常见的上下文信息还隐藏于我们的视线中，视线反应了我们感兴趣的对象、FI的和需求，具冇输入输出双向性特点。视线检测使得抽取对人机交互有用的

4、信息成为可能，从而实现自然的、巴觉的和有效的交互，因此，对视线跟踪技术及其在人机交互屮应用的研究具有特殊的价值。目前；视线跟踪技术和对视线所蕴含倍息的理解还处在实验研究阶段。12视线跟踪技术概述视线追踪是利用机械、电子、光学等各种检测手段获取受试者当前“注视方向”的技术。按照系统构成和采用的检测方法可以粗略划分为侵入式和非侵入式两种。在人机交互和疾病诊断两个领域冇着广泛的应用，如助残、虚拟现实、认知障碍诊断、车辆辅助驾驶、人因分析等。用于诊断的视线追踪系统口J以采用侵入式以达到更高的精度.川于交互的视线追踪系统除了对精度、魯棒

5、性、实时性的要求以外，需要最人程度地减少或消除对使用者的T•扰。随着数字化技术、计算机视觉、人工智能技术的迅速发展，基于眼睛视频分析(Videooculographic,V0G)的非侵入式视线追踪技术成为当前热点研究方向。冃前用户界面所使用的任何人机交互技术儿乎都有视觉参与。早期的视线跟踪技术首先应川于心理学研究(如阅读研究)，后被用于人机交互。眼动在人的视觉信息加丁过程中，起着重要的作用。它冇三种主要形式：跳动(Saccades),注视(Fixations)和平滑尾随跟踪(SmoothPursuit)o在正常的视觉观察过程屮

6、，眼动农现为在被观察Fl标上一系列的停留及在这停留点之间的飞速跳动，这些停留一般至少持续100ms以上，称为注视。绝人多数信息只冇在注视时才能获得并进行加工。注视点间的飞速跳跃称为眼跳动。眼跳动是—•种联合眼动（即双眼同时移动），具大小为1到40度视角，持续时间为30到120ms,最高运动速度为400-600度/秒。3视线跟踪的基木原理视线跟踪技术及装置冇强迫式（intrusiveness）与非强迫式（non-intrusiveness）、穿戴式与非穿戴式接触式（如Eyeglass-mounted）与非接触式（Remote）Z

7、分；其精度从0.1°至1。或2。不等，制造成本也有巨大差异。在价格、精度与方便性等因索Z间作出权衡是一件因难的事情，例如视线跟踪精度与对川户的限制和干扰就是一对尖锐的才盾。有关视觉输入的人机界面研究主要涉及两个方面：一是视线跟踪原理和技术的研究；二是在使用这种交互方式后，人机界面的设计技术和原理的硏究。眼睛能平滑地追踪运动速度为1到30度/秒的口标，这种缓慢、联合追踪眼动通常称为平滑尾随跟踪。平滑尾随跟踪必须有一个缓慢移动的口标，在没有口标的情况下，一般不能执行这种眼动。在人机交互中，主要表现为跳动和注视两种形式。视线追踪的基

8、木工作原理是利用图象处理技术，使用能锁定眼睛的特殊摄象机。通过摄入从人的眼角膜和蹄孔反射的红外线连续地记2录视线变化，从而达到记录分析视线追踪过程的R的。在人机交互屮对视线追踪的基本要求是：（1）要保证一定的精度，满足使用要求；（2）对用户基本无干扰；（3）定位校正简单；（4