人眼跟蹤與視線檢測算法分析

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1、人眼跟蹤與視線檢測算法研究主觀感知法、記紋鼓肌肉記錄方法、眼電圖法或EOG法、電磁線圈法、紅外光電反射法、紅外電視法【2】【3】【41。目前最受青睞的是紅外電視法，在紅外線照射下，用紅外敏感的攝像機將眼睛的圖像拍攝下來，就可得到垂直和水平的動態(tài)眼球位置信號【5】。視線跟蹤技術(shù)在國外也是剛剛起步，由于視線跟蹤技術(shù)還沒有完全成熟，另外眼動本身存在固有的抖動，以及眨眼等所造成的數(shù)據(jù)消失等問題，會存在許多干擾信號，使得我們在把注視焦點與屏幕元素相關(guān)聯(lián)時存在困難，目前只能簡單的將離觀測點最近的目標作為用戶感興趣的目標，當(dāng)需要更高分辨率的實現(xiàn)無縫連接時還沒有一種行之有效的辦法，需要不斷的研究與創(chuàng)

2、新。1．2國內(nèi)外現(xiàn)狀及應(yīng)用眼睛檢測算法的研究從很早就開始了，己經(jīng)有了比較成形的想法，但是在算法的普遍性上還存在著不足需要進～步研究。視線跟蹤雖然剛剛起步，但是由于它的應(yīng)用前景很有吸引力，也有很多人開始在眼睛檢測的基礎(chǔ)上進一步的研究視線跟蹤，并且取得了一定的成果，在研究者的共同努力下，正朝著更好的方向發(fā)展。下面簡單介紹一下眼睛檢測與視線跟蹤的一些算法。1．2．1眼睛檢測方法(1)模板匹配法【61傳統(tǒng)的模板匹配方法一般是從人臉圖像庫中選取，然后分別用左右眼模板在圖像中進行匹配，得到兩個相似度最大的點作為定位的眼睛。這種方法由于要對整幅圖掃描兩次，分別定位左眼和右眼，因此計算量較大，且常常

3、只能定位到一只眼睛。后來的研究者利用眼睛對的相對位置關(guān)系，將選取的左眼模板和右眼模板合成，用來檢測在圖像中匹配后選取多個相似眼睛點，通過計算相似眼睛點之間的兩兩距離來同時定位眼睛。這在一定程度上克服了傳統(tǒng)模板對左眼和右眼比較敏感的缺陷，使定位的準確率顯著提高，有效壓縮了計算量。(2)Hou曲變換法【7】霍夫變換是圖像處理中從圖像中識別幾何形狀的基本方法之一，應(yīng)用很廣泛，也有很多改進算法。由于眼睛的虹膜是圓形的，如果能夠在人臉圖像邊緣圖中找出這個圓的圓心，就能精確定位人的眼睛。但是，睫毛和上下眼皮的存在，會使圓的部分邊緣被遮擋住?；舴蜃儞Q具有受噪聲和邊緣間斷影響小的優(yōu)點，利用霍夫變換圓

4、檢測的算法就可以檢測到虹膜，進而定位到眼睛。Hough變化通過識別幾何形狀精確定位人眼中心。通常，在人臉圖像中利用水平積分投影可以確定出眼睛的大致位置，通常在人臉圖像中利用水平積分投影確定出眼睛的大致位置。由于眼睛的大小范圍已經(jīng)確定，在單側(cè)眼睛范圍內(nèi)進行Hou曲變換，就能得到該側(cè)眼睛的虹膜半徑和中心點。根據(jù)眼睛的相對位置可以確定另一側(cè)眼睛的具體位置，實現(xiàn)人眼精確定位。Hougll變換算法思路簡單，但是運2西華大學(xué)碩士學(xué)位論文算量較大，需要魯棒性較好的邊緣檢測算法，而且由于它是屬于形狀檢測，所以需要排除類似于圓形的干擾，在進行霍夫變換前首先要確定出眼睛的大致位置。(3)灰度投影法【8l

5、(9l灰度投影法是利用眼睛在灰度圖像中明顯的梯度性確定其位置。雙眼灰度圖像的水平方向上的灰度變化次數(shù)最多，可以首先計算出圖像水平微分圖像的積分和，對積分和進行直方圖統(tǒng)計，最大的值就是眼睛的垂直坐標。由于眼睛中間的黑色像素最多，在計算眼睛的水平坐標時，直接計算灰度圖像垂直方向積分和，直方圖中會出現(xiàn)兩個至高點和谷點，谷點的坐標就是一側(cè)眼睛的中心水平坐標，同理可得另一側(cè)眼睛中心水平坐標。(4)對稱變換法Ilo】在計算機視覺研究中，對稱性被認為是物體的基本性質(zhì)之一，通常在將物體從背景中分割出來后，用對稱性來簡化物體形狀的描述，或物體的近似。目前研究最多的是點對稱和軸對稱，眼睛，鼻子，嘴巴等特

6、征都有很弱的點對稱性，可以利用廣義對稱變換定位人眼進而提取臉部特征。在廣義對稱變換的基礎(chǔ)上，利用方向?qū)ΨQ變換，實現(xiàn)人眼精確定位。以上對稱變換對人臉偏轉(zhuǎn)、臉部表情變化、光照變化等因素的左右不敏感，因而具有很好的魯棒性。但是≯以上對稱變換需要在大范圍進行，計算量大，而且用于人眼定位時的候選點較多。結(jié)合廣義對稱變化和方向?qū)ΨQ變化的優(yōu)點，產(chǎn)生了一種新的對稱變換——離散對稱變換。它不僅具有廣義對稱變換描述物體對稱性大小的特點，而且通過對各點鄰域的考察，去除那些處于規(guī)則區(qū)域外的點，可大大降低計算量，實現(xiàn)眼睛定位的快速算法。離散對稱變換以減少計算量為出發(fā)點，在計算對稱之前加入一個對圖像灰度不均勻區(qū)

7、域的檢測步驟以減少計算量，其次定義一個與廣義對稱變化相似的對稱算子。完成圖像的離散對稱變換后，眼睛中心點附近的像素一般都處在對稱值最大的前四，五位。對這些點采用兩條簡單的規(guī)則篩選，規(guī)則l鄰近像素合并，選取對稱值最大的前l(fā)O位候選點，然后將位置相鄰的后選點合并到對稱值最大的像素處；規(guī)則2幾何約束判別，后選點經(jīng)過規(guī)則l篩選后，利用眼睛在臉部的幾何分布性質(zhì)進一步篩選，取基本滿足眼睛分布規(guī)律的兩點作為最終的雙眼定位結(jié)果。(5)紅外光照法紅外線照射法是利用紅外光源位