眼动跟踪系统算法研究与实现

论文摘要

眼动跟踪技术的研究被认为是视觉信息加工研究中最有效的手段。眼动跟踪技术的发展使被试的实验情境更趋于自然,大大改进了研究的生态学效度,其研究成果被普遍应用于心理学、工效学、计算机科学及运动学等领域。本文首先论述了眼动跟踪技术的发展历程和相关理论,在此基础上提出了一种实现眼动跟踪系统的结构框图,由眼图处理子系统、标定子系统、光学子系统和数据记录分析子系统四个子系统组成,本文主要研究了前两个。眼图处理子系统首先将眼图进行自适应阈值的二值化变换提取角膜反射光斑中心;通过延展星射线法对经过插值法剔除了角膜反射光斑的眼图逐像素求导,探测瞳孔轮廓特征点,并根据随机样本一致法拟合瞳孔轮廓,提取出瞳孔中心。随后,文中又介绍了一种最佳线性逼近的方法来解决连续帧眼图处理中眨眼等引起的数据中断的问题。标定子系统设计中,我们通过函数拟合的方法求解眼图参照系与场景图像参照系之间的映射关系;再将实时眼图数据代入其中求取注视点位置,标识在同步的场景图像中。通过在不同阶数、视线跟踪方式和眼图数据有无耦合情形下做仿真验证,得到了一种基于瞳孔-角膜跟踪模式、眼图数据交叉耦合二阶映射函数,能够较好地完成标定工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 眼动跟踪技术
• 1.2 眼动跟踪技术应用
• 1.3 眼动跟踪技术研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 眼动跟踪系统设计
• 2.1 眼动特性
• 2.2 眼动实验方法发展
• 2.3 眼动跟踪系统框架
• 第三章 眼图处理子系统设计
• 3.1 眼睛图像
• 3.2 眼图处理步骤
• 3.2.1 眼图预处理
• 3.2.2 提取角膜反射光斑中心
• 3.2.3 剔除角膜反射光斑
• 3.2.4 提取瞳孔轮廓特征点
• 3.2.5 瞳孔轮廓拟合
• 3.2.6 眼图处理子系统仿真结果
• 3.3 眼图数据中断的处理
• 3.3.1 最佳线性逼近算法
• 3.3.2 最佳线性逼近算法性能分析
• 第四章 标定子系统设计
• 4.1 标定子系统概述
• 4.2 注视点标定实现方法
• 4.2.1 模板匹配法
• 4.2.2 基于注视方向的判别法
• 4.2.3 基于眼球模型的判别法
• 4.2.4 基于求解映射关系的方法
• 4.3 标定子系统设计
• 4.3.1 拟合阶数n 对标定子系统的影响
• 4.3.2 眼动跟踪模式对标定子系统的影响
• 4.3.3 与无耦合多项式法的比较
• 4.3.4 结论
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间完成的工作