基于椭圆拟合的改进Hough变换算法在眼控系统中的应用研究

发布时间：2021-06-01 06:26

　　针对现有眼睛控制系统检测瞳孔位置准确度不高的问题,设计了一种基于椭圆拟合的改进Hough变换算法的眼控系统.首先,把PC机上的15个键盘的用户界面输出到本实验室自主研制的头戴式显示屏上;然后,通过摄像头拍测试者的眼球图像,把人眼图像传输到PC机中,在PC机上采用瞳孔角膜反射方法以及改进Hough变换算法对人眼图像进行处理并实现瞳孔定位;其次,依据测试者前期校正过程中所建立的人眼移动、眨眼等特征与头戴式显示屏所呈现内容之间的关系,采用眼球映射模型计算测试者的视线方向,判断出测试者所看的键盘上的按键;最后输出键盘按键所对应的信息到文字显示框或改变键盘界面状态.实验表明系统检测瞳孔位置的精度达到95%,能够识别眨眼动作且准确通过瞳孔跟踪实现眼睛控制键盘的功能,解决了现有眼睛控制系统瞳孔检测精度不高的问题,提高了瞳孔检测的精度. 

【文章来源】：广东技术师范大学学报. 2020,41(03)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

参数平面示意图

眨眼是人眼运动跟踪、眼球识别的最重要的动作,合理获取眨眼,有效地弥补眼球移动功能性的不足.常用的眨眼检测算法采用模板匹配算法,利用样本库中的闭眼模板和睁眼模板对眼部图像进行匹配.此算法的优点在于准确度非常高,适应性好,适合在人脸图像中检测眨眼[16].缺点是太复杂,运算速度慢,对硬件要求高,不适合本系统使用.由于本系统只需处理眼部图像且眼部图像清晰,因此本文提出一种简单有效的眨眼检测算法.图4 椭圆拟合的改进Hough变换法的处理效果

其中(a,b)是圆心,r是半径,将二维平面x-y上的圆转换到三维立体面x-y-r参数空间,则图像空间中过(x,y)点圆对应参数空间中,高度r变化下的一个三维锥面,即在三维坐标系中,一个点可以确定一个圆,见图1所示.对于x-y平面的一个点(x0,y0),则对应的由a、b、r组成三维空间的空间曲面.对于a-b-r平面的一个点,则对应的在x-y平面它是一个圆.由于图像空间中经过任意一点的圆对应于参数空间中的一个三维锥面.因此,经过图像空间上同一圆上的点,对应的参数空间中的三维锥面,在r高度必然相交于一点(a,b,r).这样通过检测这一点可以得到圆的参数,相应的圆也可求得了.对于在x-y平面上的三个点(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2),在a-b-r三维空间是对应的三个空间曲面(此时a,b,r相当于常量),图像平面需要确定(a,b,r)三个参数的值.换言之,若知圆上的三个点,就能通过计算以下公式确认这三个参数的值.

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小二乘法的椭圆拟合改进算法研究[J]. 陈若珠,孙岳.  工业仪表与自动化装置. 2017(02)
[2]多姿态眼球中的瞳孔定位算法[J]. 王先梅,杨萍,王志良.  计算机辅助设计与图形学学报. 2011(08)
[3]基于Hough变换的圆检测方法[J]. 朱桂英,张瑞林.  计算机工程与设计. 2008(06)
[4]基于二阶梯度图的Canny检测边缘修补方法[J]. 李学勇,路长厚,李国平.  光电子.激光. 2007(03)

硕士论文
[1]基于因特尔感知计算技术的眼球追踪系统设计与实现[D]. 刘亮.东南大学 2015



本文编号：3209844