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眼动仪注视点定位技术研究

作　者: 张显勇
导　师: 王军宁
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 视线跟踪瞳孔-角膜反射眼动仪标定
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

眼动仪是专门用来测试和记录眼睛变化,并由此跟踪视线方向的专业仪器,是视线跟踪技术的产物,其研究在人类认知学、心理学、工业工程和计算机科学等诸多领域都有重要意义。视线跟踪技术的工作可以分为理论研究和系统实现两个方面。本论文重点讨论了头盔式眼动仪的标定方法及其实现。文章首先在讨论了眼动仪技术概况的基础上提出了头盔式眼动仪的实现框架,并对框架内的眼图处理模块,标定模块,光学子系统等进行了功能性介绍。基于瞳孔-角膜反射法所设计的眼动仪光学子系统集成在头盔上,根据眼睛生理特性选择了860nm波段的红外光源。根据反射光斑的成像关系、坐标系变换原理、摄像机标定原理,对头盔设计中眼摄像机和场景摄像机的几何位置关系进行了详细论述。标定系统设计中,我们基于眼球的生理模型,设计了两种标定方案。第一种根据眼睛的生理特征值和眼睛光学原理,在对视轴光轴等有了清楚的认识后,仿真出了眼睛观察位置与瞳孔、反射光斑的关系,在此基础上拟合出了标定函数式。第二种是根据简化的眼睛模型,基于几何关系推导出了眼睛同注视点关系,通过对关系式的仿真曲线进行拟合得到标定关系式。最后通过基于MFC编辑的软件系统,分别在以计算机屏幕为视场的静态标定和以现实场景为视场的动态标定条件下,验证了标定算法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 视线跟踪技术及应用  7-8
  1.2 眼动仪的发展和种类  8-12
    1.2.1 眼动仪的实现方法  8-10
    1.2.2 国内外眼动仪发展现状  10-12
  1.3 论文主要工作内容  12-13
第二章眼动仪系统设计  13-23
  2.1 眼睛运动特征  13-15
  2.2 眼动仪系统框架  15-20
    2.2.1 图像采集卡  17-18
    2.2.2 软件结构  18-20
  2.3 视线跟踪技术的难点  20-23
第三章标定的发展及摄像机标定  23-41
  3.1 标定算法的定义与分类  23-26
    3.1.1 标定算法的定义  23-24
    3.1.2 标定算法的分类  24-26
  3.2 几种现有的标定算法  26-32
    3.2.1 二维标定方法  26-30
    3.2.2 三维标定方法  30-32
  3.3 基于坐标系映射变换的标定算法  32-33
  3.4 摄像机标定及眼动仪坐标系转换关系  33-41
    3.4.1 摄像机标定  33-36
    3.4.2 眼动仪中坐标系变换关系  36-41
第四章标定算法的实现  41-61
  4.1 眼睛生理数据模型  41-42
  4.2 反射光斑运动轨迹  42-45
  4.3 基于眼睛模型的标定算法  45-49
  4.4 基于视线几何关系分析的标定算法  49-53
  4.5 系统设计与分析  53-61
    4.5.1 头盔注意事项  53
    4.5.2 软件设计及算法验证  53-61
第五章结论  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-69
作者在攻读硕士期间完成的工作  69

眼动仪注视点定位技术研究

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