【摘要】：眼睛是人的重要感覺(jué)器官之一,人類從外界獲得的信息約80%~90%來(lái)自于視覺(jué)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)眼睛的觀察引起了大量科研人員的注意,越來(lái)越多的科學(xué)工作者投入到了視線估計(jì)技術(shù)的研究當(dāng)中。視線估計(jì)技術(shù)目前在用戶體驗(yàn)、交互研究、市場(chǎng)、消費(fèi)者調(diào)研、心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)甚至安全與執(zhí)法等各種不同的領(lǐng)域都有大量應(yīng)用。本文首先介紹了視線估計(jì)方法的研究背景與發(fā)展歷程,歸納了國(guó)內(nèi)外視線方法的研究現(xiàn)狀,對(duì)于視線估計(jì)方法的應(yīng)用也進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。了解眼球結(jié)構(gòu)是研究基于三維眼球模型的視線估計(jì)方法的前提,因此從其生理結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等方面也對(duì)眼球進(jìn)行了詳細(xì)的描述。同時(shí)針對(duì)基于三維眼球模型的視線估計(jì)方法進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)基于球面眼球模型、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱眼球模型以及橢球面眼球模型三種不同的三維模型,研究了三種不同的求解方法并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)。在球面眼球模型中,視線估計(jì)主要是利用入射光線在眼球角膜表面時(shí)發(fā)生的折射與反射現(xiàn)象,通過(guò)反射與折射的幾何模型求解出眼球角膜中心與瞳孔中心,進(jìn)而重構(gòu)眼球的視線方向。在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的眼球模型中,因?yàn)椴⒉粷M足角膜表面反射光線的反向延長(zhǎng)線會(huì)匯聚與角膜曲率中心這一特殊性,需要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行特殊的設(shè)置,就是將紅外光源和相機(jī)放置在同一位置,之后利用共面關(guān)系對(duì)光軸進(jìn)行求解。最后利用一個(gè)模擬眼動(dòng)儀數(shù)據(jù)框架,設(shè)定了眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)條件如眼球、光源、相機(jī)等的三維位置以及內(nèi)部參數(shù),得到相應(yīng)條件下的眼動(dòng)數(shù)據(jù),通過(guò)這些數(shù)據(jù)驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱模型中的求解方法的正確性。另外一種視線估計(jì)方法是基于橢球面模型的三維眼睛模型進(jìn)行的。雖然利用第三章的旋轉(zhuǎn)模型已經(jīng)進(jìn)一步貼合實(shí)際人眼形態(tài)。但是這種方法仍然只是將光軸的求解過(guò)程定義為非球面求解,實(shí)際角膜曲率中心的求解并非是基于非球面三維眼球模型進(jìn)行的。因此,為了更加貼切實(shí)際人眼,使視線估計(jì)方法的精度進(jìn)一步提高,其應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大。使用新的橢球面眼球模型,利用橢球面法線的光學(xué)性質(zhì)而反射、折射關(guān)系對(duì)眼球模型的光軸、角膜曲率中心等信息進(jìn)行求解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用該種方法求解的角膜曲率半徑的平均誤差僅為0.00634mm。
【圖文】：

圖1.1電流記錄法的視線估計(jì)實(shí)例指的是通過(guò)對(duì)人眼進(jìn)行麻醉之后，佩戴上一睛運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，從而達(dá)到記錄眼睛睛有著相關(guān)較大的影響，但是精度卻極高[1圖1.2 接觸鏡法的視線估計(jì)實(shí)例

[18]。圖1.2 接觸鏡法的視線估計(jì)實(shí)例1.2.2 非干擾式視線估計(jì)方法隨著光學(xué)記錄設(shè)備、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的相繼出現(xiàn)和不斷發(fā)展，使基于光學(xué)影像的視線估計(jì)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)與實(shí)踐的應(yīng)用中成為了可能。20 世紀(jì)前半葉，一些科研人員對(duì)上述這種干擾式視線估計(jì)方法進(jìn)行了一些新的改進(jìn)[19]。首先由高幀率的攝像機(jī)采集眼睛運(yùn)動(dòng)的圖片，使用圖像處理技術(shù)提取人眼特征參數(shù)，利用這些參數(shù)對(duì)視線進(jìn)行重構(gòu)，就可以在不打擾使用者的情況下完成視線估計(jì)。鞏膜-虹膜邊緣檢測(cè)法、瞳孔-角膜反射法（PCR）、瞳孔跟蹤法、普欽野圖像法[20]等是當(dāng)前主流的非干擾式方法。其中，視線估計(jì)技術(shù)的主流方法為普欽野圖像法，，因?yàn)樗哂惺褂煤?jiǎn)便、精度較高而且對(duì)使用者的干擾小等優(yōu)點(diǎn)。但隨著機(jī)器學(xué)習(xí)等方法的快速發(fā)展，對(duì)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的非干擾式視線估計(jì)方法
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R338;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2614994