自然光下基于單目攝像頭的視線跟蹤算法研究

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1、碩士學位論文自然光下基于單目攝像頭的視線跟蹤算法研究作者姓名胡大正學科專業(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StudyofGazeTrackingAlgorithmBasedonMonocularCamerainNaturalLightADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:HuDazhengSupervisor:Prof.QinHuabiaoSouthChinaUniversityofTec

2、hnologyGuangzhou,China分類號：TP391學校代號：10561學號：201320108067華南理工大學碩士學位論文自然光下基于單目攝像頭的視線跟蹤算法研究作者姓名：胡大正指導教師姓名、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4月20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：秦華標教授黃茜教授李艷雄講師朱延軍高工華商理工大學學

3、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取得的研究成果。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。對本文的研究做出重要貢。獻的個人和集體，均已在文中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。大足＾作者簽名：堿日期；年６月＾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；，即研究生在校攻讀學位期間論文王作的知識產權單位屬華南理工大學。

4、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?？桑坠紝W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一論文。本人電子文檔的內容和紙質論文的內容相致。本學位論文屬于：□保密，在年解密后適用本授權書。杠木保密，供校內師生和與學校有共享協議，同意在校園網上發(fā)布的單位瀏覽；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》，傳搔學

5、位論文的全部或部分內容。＂＂（請在上相應方框內打Ｖ）＞０／抑別：作者簽名；堿去日期ｗ指導教師簽名；日期／ｉ每Ｇ詞刈作者聯系電話：電子郵箱：聯系地址（含郵編）：；；；摘要隨著計算機技術的發(fā)展，人機交互技術的理論和技術得到越來越多的關注和重視。其中，基于攝像的視線跟蹤技術直接感知眼睛視線，在推動人機交互技術變革以及相關機器視覺、心理學研究等方面均具有重大意義。自然光下基于單目攝像頭的視線跟蹤技術無需主動紅外光源輔助和復雜的硬件標定，更有利于視線跟蹤技術的推廣應

6、用。然而，該領域仍然有許多基礎理論問題沒得到很好的解決，主要為自然光下眼睛特征信息的精確提取以及如何提高注視點映射模型的頭部運動容忍能力。因此，本文對這兩個方面進行深入研究，提出一種在自然光下能滿足頭部自由運動的視線跟蹤算法。主要工作內容如下：(1)自然光下的眼動特征提取。針對光照變化和頭部運動對特征提取帶來的影響，首先采用基于形狀回歸的人臉初定位方法確定各特征點的感興趣區(qū)域，其次依據不同角點特征的具體生理形狀分別進行定位，通過角點分值計算篩選方法得到眼睛內角點和嘴角點定位，并采用曲線擬合方法定位

7、眼睛外角點。對于虹膜特征，提出一種基于滑動窗口檢測的方法進行虹膜邊緣提取和虹膜中心定位。(2)滿足頭部自由運動的注視點映射模型構建。首先，根據虹膜中心與眼睛內外角點構建基于雙眼數據的眼動向量。其次，根據頭部自由運動時眼睛特征點在圖像上的位置變化關系，提出一種基于投影映射校正的方法進行眼動向量校正，降低頭部運動對眼動向量的影響。最后，通過支持向量回歸模型得到頭部運動與視線落點偏差的關系，對視線估計結果進行補償，從而構建滿足頭部自由運動的注視點映射模型。本文的眼動特征提取方法在自然光下能有效定位到眼睛

8、內外角點及嘴角點特征，虹膜特征檢測方法在不同眼睛姿態(tài)和頭部姿勢下定位準確率達到95.6%；結合眼動向量校正和視線落點補償模型在頭部自由運動下的視線估計約為2.67°。實驗結果證明本文的視線跟蹤算法能較好的解決自然光下基于單目攝像頭的視線跟蹤所遇到的問題。關鍵詞：自然光；視線跟蹤；投影映射校正；視線落點補償IABSTRACTWiththedevelopmentofcomputertechnology,human-computerinteractiontheoryandtechnolo