视线跟踪系统的研究与实现

发布时间：2017-04-25 13:16

  本文关键词：视线跟踪系统的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：视线跟踪是指通过提取出人的眼部特征来确定人眼的注视方向的一种技术。视线跟踪技术是未来人机交互中非常重要的技术,能够应用在多种领域,如助老助残、广告分析、临床医学等。近年来视线跟踪技术取得了长足的发展,但是在具体的实际应用当中还存在一些不足,具体有以下几点:(1)一些视线跟踪系统的使用条件苛刻,结构复杂,给使用者带来了很大的不便;(2)在精度上无法达到实际使用的需求;(3)一些系统反应慢,无法达到实时性的效果;(4)多数视线跟踪系统需要使用各种辅助设备,如多个摄像头、红外光源等,系统硬件成本昂贵。为了解决上述问题,本文实现了一种单个相机的无红外光源的的视线跟踪系统。该系统采用了基于阈值技术和椭圆拟合的虹膜中心定位的方法,这种方法能够在普通的办公室光照条件下准确的定位虹膜中心,并且具有很好的稳定性和帧率,增强了系统的性能,降低了对硬件的要求;使用人工神经网络的方法来映射人眼图像和注视点,并对人工神经网络的结构、特征向量等进行改进和优化,使系统不需要使用红外光源和多个摄像头,降低了系统的硬件要求,减少了硬件成本,提高了系统跟踪精度,增强了系统的实用性。本文主要的工作和研究成果有:(1)对眼睛图像特征中的瞳孔定位算法进行了研究,通过基于阈值技术和椭圆拟合的方法,准确的定位出了眼睛虹膜中心,并提出一种基于梯度矢量的方法来定位瞳孔中心,这种方法能够较准确的检测出人眼图像的瞳孔中心;(2)对视线跟踪算法进行了研究,对基于人工神经网络的视线跟踪方法进行了改进和优化,提高了系统的跟踪精度;(3)完成了系统硬件平台的搭建和系统软件的设计与实现。
【关键词】：视线跟踪 人工神经网络 瞳孔中心定位 眼睛角点检测
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 本文的主要研究内容10-11
• 1.4 本文章节安排11-12
• 第二章 主要的视线跟踪算法原理12-20
• 2.1 视线跟踪系统的分类12-13
• 2.2 非光学的视线跟踪算法13-14
• 2.2.1 电流记录法13-14
• 2.2.2 电磁感应法14
• 2.3 2D视线跟踪算法14-17
• 2.3.1 瞳孔-角膜反射法14-15
• 2.3.2 普金野象法15-16
• 2.3.3 虹膜-巩膜边缘法16-17
• 2.3.4 基于人工神经网络的方法17
• 2.4 3D视线跟踪算法17-19
• 2.4.1 眼球模型17-18
• 2.4.2 3D视线跟踪算法介绍18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 眼睛图像特征提取算法的研究20-39
• 3.1 普通光照条件下人眼图像特征介绍20-21
• 3.2 人眼虹膜中心定位算法21-28
• 3.2.1 基于阈值技术和椭圆拟合的虹膜中心定位算法21-26
• 3.2.2 基于梯度向量的虹膜中心定位算法26-28
• 3.3 眼睛角点检测28-35
• 3.3.1 Harris角点检测29-31
• 3.3.2 Shi-Tomasi角点检测31-32
• 3.3.3 FAST角点检测32-33
• 3.3.4 SUSAN角点检测33-35
• 3.4 眨眼检测35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 视线跟踪算法的研究与改进39-49
• 4.1 人工神经网络的介绍39-40
• 4.1.1 人工神经网络的结构和基本特征40
• 4.1.2 人工神经网络的优点40
• 4.2 基于人工神经网络的视线跟踪系统40-44
• 4.2.1 人工神经网络输入特征向量41-42
• 4.2.2 人工神经网络的结构42-43
• 4.2.3 人工神经网络的样本获取及训练过程43-44
• 4.3 改进的基于人工神经网络的视线跟踪系统44-48
• 4.3.1 人工神经网络输入特征向量的改进45-46
• 4.3.2 人工神经网络的结构的改进46-48
• 4.4 本文视线跟踪系统的特点48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 系统的实现及实验结果分析49-64
• 5.1 系统硬件和软件平台49-51
• 5.1.1 系统硬件平台49-50
• 5.1.2 系统软件平台50-51
• 5.2 系统的实现51-54
• 5.2.1 眼睛参数提取模块53
• 5.2.2 样本获取模块53
• 5.2.3 视线跟踪模块53-54
• 5.3 结果分析54-63
• 5.3.1 虹膜中心定位结果分析54
• 5.3.2 眼睛角点检测结果分析54-55
• 5.3.3 眨眼检测结果分析55-56
• 5.3.4 视线跟踪结果分析56-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-68
• 附录1攻读硕士学位期间撰写的论文68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘瑞安;靳世久;李文清;宋维;吴晓荣;;瞳孔亚像素边缘检测与中心定位[J];计算机工程与应用;2007年05期

2 迟健男;张闯;胡涛;颜艳桃;刘洋;;视线追踪系统眼部特征检测及视线方向计算方法研究[J];控制与决策;2009年09期

  本文关键词：视线跟踪系统的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：326406