頭戴式視線跟蹤算法研究

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1、碩士學位論文頭戴式視線跟蹤算法研究作者姓名費舒學科專業(yè)電路與系統(tǒng)指導教師秦華標教授所在學院電子與信息學院論文提交日期2016年6月StudyofHead-MountedGazeTrackingAlgorithmADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：FeiShuSupervisor：Prof.QinHuabiaoSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分類號：TP391學校代號：10561學號：201320108081華南理工大學碩士學

2、位論文頭戴式視線跟蹤算法研究作者姓名：費舒指導教師姓名、職稱：秦華標教授申請學位級別：工學碩士學科專業(yè)名稱：電路與系統(tǒng)研究方向：圖像技術與智能系統(tǒng)論文提交日期：2016年6月2日論文答辯日期：2016年6月8日學位授予單位：華南理工大學學位授予日期：年月日答辯委員會成員：主席：賀前華教授委員：朱延軍高級工程師秦華標教授黃茜教授李艷雄講師華南理工大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研巧成果。除了文中特別加Ｗ標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的

3、研究做出重要貢。獻的個人和集體，均己在文中Ｗ明確方式標明本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名；日期：＞４年＾月＞專日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：研巧生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權單位屬華南理工大學。學校有權保存并向國家有關部口或機構送交論文的復印件和電子版，允許學位論文被查閱（除在保密期內的保密論文外）；學?？膳P公布學位論文的全、部或部分內容，可允許采用影印縮印或其它復制手段保存、匯編學位－致論文。本人電子文檔的內容和紙質論文的內容相。

4、本學位論文屬于：□保密，在年解密后適用本授權書。口不保密，同意在校園網上發(fā)布，供校內師生和與學校有共享協(xié)議的單位瀏覽；同意將本人學位論文提交中國學術期刊（光盤版）電子雜志社全文出版和編入ＣＮＫＩ《中國知識資源總庫》，傳播學位論文的全部或部分內容。＂＂Ｖ（請在［＾１上相應方框內打）。作者簽名：日期：＾．指導教師簽名：日期ｗｉ作者聯系電話：電子郵箱：聯系地址（含郵編）：摘要視線跟蹤技術作為最新穎的人機交互方式，其方法是通過攝像頭獲取人眼圖像，建立圖像中的眼動特征與注視點之間的映射關系以獲取人眼注視點的位置。

5、將視線跟蹤技術與增強現實相結合，不僅能夠跟蹤用戶的視線方向，獲取用戶在場景中的感興趣區(qū)域，還可以體現增強現實系統(tǒng)虛實結合的特點。頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)將紅外光源和攝像頭通過頭盔設備固定在人眼周圍，為增強現實系統(tǒng)提供了一種簡單、高效且雙向的交互方式，具有重要的研究意義和廣泛的應用前景。本文從頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)結構的特殊性出發(fā)，重點研究了頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)下眼動特征提取算法和視線映射模型的建立。本文的主要工作和研究成果如下：1）近紅外光下眼動特征提取算法研究。在頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)下，人眼距離攝像頭較近，紅外光源以及系統(tǒng)前方反射鏡會使人眼圖像對比度不均勻并使人眼

6、特征產生形變。針對以上的問題，本文選取瞳孔和虹膜作為表征視線方向的眼動特征，采用先獲取眼動特征輪廓再定位眼動特征中心的思路，提出自動瞳孔閾值分割算法，在傳統(tǒng)OTSU算法的基礎上結合直方圖峰值搜索閾值補償算法，實現對瞳孔區(qū)域的精確分割；利用直方圖迭代算法獲取虹膜區(qū)域分割閾值，采用Sobel邊緣檢測以及RANSAC算法分別提取瞳孔中心和虹膜中心特征參數。2）頭戴式視線跟蹤三維視線映射模型建立。本文從頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)注視點估計的精度和系統(tǒng)整體的復雜度出發(fā)，提出一種基于瞳孔和虹膜的新型三維視線映射模型，只利用單攝像頭和單紅外光源以及屏幕上指定區(qū)域的四個標定點

7、，利用提取的眼動二維中心特征對瞳孔和虹膜進行三維空間建模，建立三維視線方向向量并結合視線角度信息，從而估計人眼注視點的位置。仿真實驗與對比分析表明，本文瞳孔和虹膜的特征提取精度分別為96%和95%，提取速率可達25幀／秒，在提取精度和提取速率之間取得了一個較好的平衡。而利用!本文建立的三維視線映射模型估計注視點位置的平均精度為1.16，在保證頭戴式視線跟蹤系統(tǒng)注視點估計精度的同時，極大地減小了系統(tǒng)整體結構和標定過程的復雜度。關鍵詞：頭戴式；視線跟蹤；閾值補償；特征提取；三維映射模型IAbstractGazetrackingtechnology,asth

8、elatestkindofhumancomputerinteraction,obtainsth