视线方向跟踪方法及装置的制造方法

文档序号:8299403阅读:356来源:国知局
视线方向跟踪方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及视频分析和眼球追踪领域,具体涉及一种视线方向跟踪方法及装置。
【背景技术】
[0002] 视线追踪技术早期被广泛应用在心理学、医学领域,通过分析用户的眼球运动情 况,来判断用户的心理状态和健康状态。随着视线追踪技术的发展,越来越多的日常应用开 始借助视线追踪技术来提供大量有用和有趣的功能。如追踪眼球的视线方向可以帮助定位 用户所注视的位置,从而可以通过眼球运动操控鼠标,甚至进行输入;眼球的视线方向也被 应用到商场、超市等地方,帮助商家分析用户感兴趣的商品区域;此外,还有很多游戏可以 借助视线跟踪的方式实现真实感游戏互动。
[0003] 视线追踪技术需要追踪视线方向。而现有的视线方向追踪方法通常需要两个相对 位置固定的摄像头,通过在三维空间中重建眼球模型,从而确定眼睛凝视的方向。这类方法 目前已经能够达到几度的精度,然而却有重大的局限性。一方面需要两个摄像头,使得该类 方法成本高、不宜佩戴、难以用于移动应用。同时由三维建模带来的巨大计算开销和由双摄 像头带来的电量开销也是普通个人移动设备难以承受的。因此,此类方法极大的局限了视 线方向跟踪技术的应用前景。目前也有少数技术能够仅用一个摄像头实现视线追踪,但是 它们通常需要每个用户针对自身特点和佩戴情况进行繁琐的训练和校准。这样就极大程度 地提高了该技术的使用门槛。

【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是现有技术成本高、不宜佩戴、不能广泛适用于各类 移动设备、需要人工校准和用户训练的问题。
[0005] 为此目的,本发明提出一种视线方向跟踪方法,包括:
[0006] 利用单个摄像头采集的当前的眼球图片构建眼球模型,并建立所述眼球模型在摄 像头坐标系中的投影模型;其中,所述眼球模型包括球形眼球和圆形虹膜;
[0007] 确定出所述眼球模型所在的眼球坐标系和所述摄像头坐标系之间的转换矩阵;
[0008] 根据所述转换矩阵确定出视线方向。
[0009] 本发明实施例视线方向跟踪方法,利用单个摄像头采集的当前的眼球图片构建眼 球模型,并建立所述眼球模型在摄像头坐标系中的投影模型,确定出所述眼球模型所在的 眼球坐标系和所述摄像头坐标系之间的转换矩阵,并根据所述转换矩阵确定出视线方向, 这就使得仅需要利用一个低分辨摄像头即能实现用户视线追踪,成本低,佩戴方便,同时, 该方法对用户的头部运动没有任何限制,无需人工校准摄像头,或者进行用户训练,用户佩 戴设备即可使用,而且,计算开销小,能广泛适用于各类移动设备。
[0010] 另一方面,本发明提出一种视线方向跟踪装置,包括:
[0011] 摄像头,用于实时采集人的眼球图片;
[0012] 构建单元,用于根据所述摄像头所采集的当前的眼球图片构建眼球模型,并建立 所述眼球模型在摄像头坐标系中的投影模型;
[0013] 转换矩阵确定单元,用于确定出所述眼球模型所在的眼球坐标系和所述摄像头坐 标系之间的转换矩阵;
[0014] 视线方向确定单元,用于根据所述转换矩阵确定单元确定出的转换矩阵确定出视 线方向。
[0015] 本发明实施例视线方向跟踪装置,利用单个摄像头采集的当前的眼球图片构建眼 球模型,并建立所述眼球模型在摄像头坐标系中的投影模型,确定出所述眼球模型所在的 眼球坐标系和所述摄像头坐标系之间的转换矩阵,并根据所述转换矩阵确定出视线方向, 这就使得仅需要利用一个低分辨摄像头即能实现用户视线追踪,成本低,佩戴方便,同时, 该方法对用户的头部运动没有任何限制,无需人工校准摄像头,或者进行用户训练,用户佩 戴设备即可使用,而且,计算开销小,能广泛适用于各类移动设备。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明一种视线方向跟踪方法一实施例的流程示意图;
[0017] 图2为本发明一种视线方向跟踪方法另一实施例的部分流程示意图;
[0018] 图3为图2中S320 -实施例的流程示意图;
[0019] 图4为本发明一种视线方向跟踪装置一实施例的方框结构示意图。
【具体实施方式】
[0020] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例 中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是本发明 一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0021] 如图1所示,本实施例公开一种视线方向跟踪方法,包括:
[0022] S1、利用单个摄像头采集的当前的眼球图片构建眼球模型,并建立所述眼球模型 在摄像头坐标系中的投影模型;其中,所述眼球模型包括球形眼球和圆形虹膜;
[0023] S2、确定出所述眼球模型所在的眼球坐标系和所述摄像头坐标系之间的转换矩 阵;
[0024] S3、根据所述转换矩阵确定出视线方向。
[0025] 本发明实施例视线方向跟踪方法,利用单个摄像头采集的当前的眼球图片构建眼 球模型,并建立所述眼球模型在摄像头坐标系中的投影模型,确定出所述眼球模型所在的 眼球坐标系和所述摄像头坐标系之间的转换矩阵,并根据所述转换矩阵确定出视线方向, 这就使得仅需要利用一个低分辨摄像头即能实现用户视线追踪,成本低,佩戴方便,同时, 该方法对用户的头部运动没有任何限制,无需人工校准摄像头,或者进行用户训练,用户佩 戴设备即可使用,而且,计算开销小,能广泛适用于各类移动设备。
[0026] 可选地,在本发明视线方向跟踪方法的另一实施例中,所述眼球坐标系的原点为 球形眼球的中心,所述眼球坐标系的X轴与圆形虹膜平面与水平面的交线平行,所述眼球 坐标系的Z轴的方向为从球形眼球的中心指向圆形虹膜的中心的方向,所述摄像头坐标系 的X轴和Y轴分别为摄像头成像平面的X轴和Y轴,所述摄像头坐标系的Z轴为摄像头光 轴,
[0027] 其中,所述确定出所述眼球模型所在的眼球坐标系和所述摄像头坐标系之间的转 换矩阵的步骤,包括:
[0028] 建立所述眼球坐标系和所述摄像头坐标系之间的转换关系Vc=RecVe+t;
[0029] 确定出圆形虹膜在摄像头成像平面的椭圆形投影的中心横坐标长度lx、纵坐标长 度Iy、短半轴长度a、长半轴长度b和短轴与所述摄像头坐标系的X轴的夹角P;
[0030] 根据所述椭圆形投影的中心横坐标长度IX、纵坐标长度Iy、短半轴长度a、长半轴 长度b和短轴与所述摄像头坐标系的X轴的夹角P确定出圆锥参数矩阵A=STHS;
[0031] 根据所述圆锥参数矩阵A确定出投影模型方程GTAG=kQ;
[0032] 根据所述转换关系和所述投影模型方程确定出所述Rec
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