一种利用红外眼球追踪控制眼睛与屏幕距离的方法及系统的制作方法_2

文档序号:9453414阅读:来源:国知局
计算用户与所述目标屏幕的距离,并对获得的距离与预设值进行比较,具体步 骤包括:
[0049]S2-1、采用检测人脸图像信息的算法对用户的人脸图像进行检测,获得用户人脸 图像信息;
[0050]S2-2、将获得的用户人脸图像信息,与预先设定的人脸图像数据进行比较,确定用 户是成人;
[0051]S2-3、根据用户是成人,选择与其相对应的预设值,然后将所述用户与屏幕的距离 与所述相对应的预设值进行大小比较;如果所述用户与屏幕的距离小于所述相对应的预设 值,则进入S3;如果所述用户与屏幕的距离大于等于所述相对应的预设值,进入S4;
[0052] 在步骤S2-3之前,存在如下步骤:计算用户与屏幕的距离;
[0053]S3、向用户发出请保持与屏幕的距离、请预防近视眼的提示,进入S5;
[0054]S4、不向用户发出提示,进入S5;
[0055] S5、获取用户的眨眼次数和眨眼频率,判断眨眼频率是否在门限值TH内,如果不 在门限值TH内,确认眼睛疲劳,则进入S6 ;如果在门限值TH内,确认眼睛处于正常状态,不 发出提示;
[0056] S6、向用户发送眼睛疲劳、请预防近视眼的提示。
[0057] 其中,步骤S2-3中,所述计算用户与屏幕的距离,采用精确的计算用户与所述目 标屏幕距离的方法,具体为:利用红外眼球追踪方法,建立眼睛三维空间模型,得到用户眼 睛三维空间坐标,精确计算用户眼睛与目标屏幕距离。
[0058] 所述精确的计算用户与所述目标屏幕距离的方法,更具体步骤为:
[0059] S2-3-1、计算用户角膜中心C和瞳孔中心P
[0060] 参照图1,以屏幕中心为原点,用右手原则建立世界坐标系,其中X轴为水平轴;如 图2,是视线跟踪装置光路图,所有点都是用右手世界坐标系表示的三维坐标点。
[0061] 光源的入射光线与角膜形成的交点q,,在角膜形成的反射光线通过摄像机的 光学中心〇]与相机平面交点Ul],从而形成表达式(1)。假设角膜半径为R和角膜中心为C, 可以形成公式(2)。基于反射过程的两个条件:1)入射光线,反射光线和反射点是共面的, 2)入射角和反射角是相等的;从而可以得到公式(3)和⑷:
[0062]
[0063] | |qirc| | =R(2)
[0064] (^-0,)X(qij-Oj) * (c-〇j) = 0 (3)
[0065] (li-qj? (q;.厂c) ? |loj-qJ| = (Oj-q。)?(q;.厂c) ? |Ili-qJ| (4)
[0066] 再结合瞳孔中心P形成的光线交角膜反射点为r,,通过摄像机光学中心〇],交摄像 机平面V],从而形成公式(5),同时由于反射点在角膜平面上,可以表示为(6),在满足①入 射光线,反射光线和反射点共面和②入射角和反射角相等的条件下,可以得到公式(7)和 (8):
[0067]
[0068] |rj-c| | =R(6)
[0069] (rj-〇j)X(c_〇j) ? (p_〇j) = 0 (7)
[0070] 叫? | | (r厂c)X(p-r) | 卜 | |o厂rj| | =n2 ? | | (r厂c)X(o厂r) | 卜 | |p-rj| | (8)
[0071] 最后,获取瞳孔中心P与角膜中心C距离为K,形成公式(9)。
[0072] |p-c| | =K (9)
[0073] 假设已经标定出眼睛参数R,K和ni,对于计算角膜中心C和瞳孔中心P,由于光 源li,图像光斑A,摄像机光学中心0组成的平面叫与光源12,图像光斑U2,摄像机光学中 心〇组成的平面叫形成的交线经过C(角膜中心),0(摄像机光学中心)两点。由此得到 公式(10),(11),计算出〇)直线方程方向为〇)(¥,6^)。由于已知〇)直线方程和?(:直线 方程,从而可以计算出眼球角膜中心C的坐标(cx,cy,CZ),同时计算出瞳孔中心P的坐标 (px,py,pz)〇
[0074] (Vo)X(Ul-o) (C-0) = 0 (10)
[0075] (12-〇)X(U2-〇) (C-0) = 0 (11)
[0076] S2-3-2、计算用户眼睛视点g的坐标
[0077] 标定出眼球视角(Peye,aeyJ,如图4,建立眼睛光轴方向的坐标系图;再根据图 3,可以用公式(12),从而可以计算出0^),简化公式(13,14),视轴可以用参数方 程表达成公式(15),其中g为表示的视点,由于显示屏被认为Z= 0。可知gz = 0,从而可 以计算出kg,公式(16),从而可以实时计算出眼睛视点坐标。
[0078]
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083] S2-3-2计算用户眼睛与目标屏幕的距离
[0084] 由于本实例以目标屏幕中心为世界坐标系,从而目标屏幕中心为S(0, 0, 0),而角 膜中心C(CX,cy,CZ)。所以用户与所述目标屏幕距离Dist,公式(17)如下:
[0085]
[0086] 步骤S2中,所述预设值为后台系统预先设定的用户与所述目标屏幕的距离值,所 述预设值包括用户为成人时的预设值和用户为儿童时的预设值。
[0087] 其中,步骤S5,具体的方法为:
[0088] ①、通过摄像设备和光源设备,获取的眼睛区域与睁眼模板的相关度r,利用相关 度r判断眼睛的开闭状态,进而计算得到用户眨眼次数和眨眼频率;
[0089] ②、判断在一段时间T内的眨眼频率是否在门限值TH内,如果不在,确认眼睛处于 疲劳状态,则进入S6 ;如果在,确认眼睛处于正常状态,不发出提示。
[0090] 所述一段时间T为5min,所述门限值TH为30次。
[0091] 其中,所述的眨眼频率f?是指:眼睛在一段时间T内的眨眼次数N与一段时间T的 比值。若眼睛区域与睁眼模板的相关度r大于等于阈值,则认为此时的眼睛为开眼,若眼睛 区域与睁眼模板的相关度r小于阈值,则认为此时的眼睛是闭眼;开眼一闭眼一开眼的过 程定义为一次眨眼。
[0092] 所述眼睛区域,指眼睛状态区域,睁眼模板指存储的用户睁开时的状态。
[0093] 所述红外眼球追踪方法:人的眼睛和面部,在朝向不同方向时,眼睛和面部的方向 会产生变化,通过摄像设备的被动图像捕捉或主动扫描,再经过处理和运算,提取眼睛和面 部变化特征,用于判定人眼注视的方向和目标。
[0094] 步骤S3中所述向用户发出提示的手段不限于声音和/或图像和/或震动和/或 电击。
[0095] 步骤S6中所述向用户发出提示的手段不限于声音和/或图像和/或震动和/或 电击。
[0096] 在本具体实施例中,计算用户与所述目标屏幕之间距离采用的是计算角膜中心与 目标屏幕的距离,在不脱离本具体实施例的原理下,也可以采用眼睛的其他结构如:瞳孔中 心、虹膜中心或晶状体中心与目标屏幕的距离,计算眼睛与目标屏幕的距离。
【具体实施方式】 [0097] 2,本实施方式与1的不同之处在于,步骤S2-3中,所 述计算用户与目标屏幕的距离,采用计算出用户眼睛的瞳距与预设的参考瞳距进行比较, 具体为:
[0098] 将计算得到的用户眼睛瞳距与预设的参考瞳距比较,若计算出的瞳距大于参考瞳 距超过一定值,则提示用户增大其眼睛与电子设备屏幕之间的距离,其中所述参考瞳距依 据用户与电子设备屏幕之间的参考使用距离而设定的用户眼睛的瞳距。
[0099] 所述用户眼睛的瞳距,按下述方法计算:通过摄像设备获取的人脸图像信息,在人 脸图像信息中获取用户眼睛区域并计算虹膜半径,再以眼睛区域的中心为椭圆中心,以虹 膜半径为短轴,以2-4倍的虹膜半径为长轴,确定一个椭圆区域,然后通过统计计算确定虹 膜区域的所在位置,进而确定出虹膜区域的中心点为瞳孔的中心点,最后经过瞳孔的中心 点,计算得到用户眼睛的瞳距;其中,所述用户眼睛的瞳距不是用户眼睛的实际瞳距。
[0100] 所述的参
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