基于虹膜与瞳孔的用于头戴式设备的视线估计方法

摘要

本发明公开了基于虹膜与瞳孔的用于头戴式设备的视线估计方法，该方法只利用单摄像头和单红外光源以及屏幕四个平均区域内均具有的中心标定点，通过提取的眼动二维中心特征对瞳孔和虹膜进行三维空间建模，建立三维视线方向向量并结合视线方向角度信息，从而估计人眼注视点的位置。本发明充分考虑了头戴式设备应用的特点，在保证头戴式设备下注视点估计精度的同时，极大地减小了系统整体结构和标定过程的复杂度，为头戴式设备下的视线跟踪提供了一种精度高、复杂度低的解决方法。

主权项

基于虹膜与瞳孔的用于头戴式设备的视线估计方法，该方法只需要单摄像头和单红外光源以及屏幕四个平均区域内均具有的中心标定点，其特征在于包括如下步骤:（1）眼动特征提取：头戴式设备中人眼距离屏幕以及摄像头较近，对摄像头捕获的近红外光下的人眼图像，采用先获取眼动特征轮廓再定位眼动特征中心的思路，对于分割的瞳孔和虹膜特征区域，利用边缘检测、椭圆拟合算法获取瞳孔和虹膜的二维中心参数；（2）眼动特征三维空间建模：人眼与屏幕以及摄像机的相对位置和距离始终保持不变，同时瞳孔和虹膜并不位于同一平面且虹膜位于瞳孔前方；根据图像像素坐标系到摄像机坐标系的转换公式，将人眼观察屏幕四个区域内中心标定点时摄像机捕获的人眼二维图像信息与标定点位置信息相结合，对眼动特征向量进行三维空间建模得到三维视线映射模型，即获得人眼注视四个区域中心标定点时的瞳孔和虹膜三维中心坐标参数；（3）注视点位置估计：当人眼注视屏幕上任意一点时，将二维人眼图像中提取的瞳孔以及虹膜中心参数与四个标定点的二维中心相比较以定位人眼注视区域，利用已经建立的三维视线映射模型计算此注视区域内瞳孔中心和虹膜中心的三维坐标，获取瞳孔－虹膜三维视线方向向量，结合视线估计角度信息以获得最终人眼注视点的位置。