一种眼动追踪系统及眼镜的制作方法

本技术涉及光学，具体而言涉及一种眼动追踪系统及眼镜。

背景技术：

1、在一些增强现实的显示设备中，具有眼动追踪系统。该眼动追踪系统通常使用红外光源照射眼睛，眼部结构及周围皮肤会反射光线，使用成像装置(如摄像机)采集从角膜和视网膜上反射的红外光线。由于眼球的生理结构和物理性质，在光源和头部相对位置不变的前提下，角膜反射形成的光斑不会移动，而视网膜上反射的光线方向标示了瞳孔的朝向(光源光线从瞳孔射入，视网膜反射光线从瞳孔射出)，因此通过计算可以确定眼动的方向，进而得到注视点位置。

2、为提高眼动追踪的精度，通常采取增加光源数量的方法来满足高精度的要求。因此造成眼动追踪系统功耗高、系统结构体积大、成本高的问题，同时眼睛反射的光源图案特征较少，造成眼动追踪算法复杂度高，算法鲁棒性差。

3、因此，有必要对传统的眼动追踪系统进行改进，以至少部分地解决以上问题。

技术实现思路

1、在
技术实现要素：
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本技术的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、为至少部分地解决以上问题，本技术方面提供一种眼动追踪系统，包括：

3、至少一个投射器，所述投射器包括：

4、基板，

5、光源，所述光源设置于所述基板，用于投射用于照射到人眼处的作为参考位置的光，所述光源配置为包括多个子光源，并使得每个所述子光源可单独被点亮，和

6、衍射光学元件，用于衍射所述光源投射的光以在所述人眼处形成投射图案；

7、至少一个摄像头，所述摄像头用于拍摄所述人眼处的图像，所述人眼处的图像包括人眼的图像和在所述人眼处形成的所述投射图案的图像；和

8、控制器，所述控制器电连接至所述摄像头和所述投射器，所述控制器配置为执行以下步骤的工作：

9、根据所述人眼的图像分析瞳孔的位置；

10、根据所述瞳孔的位置控制点亮所述多个子光源中的至少部分，使得所述投射图案与所述瞳孔的位置匹配；

11、根据所述人眼的图像和所述投射图案的图像计算人眼注视点的位置。

12、根据本技术，用于向人眼投射参考位置光以进行视线追踪的光源包括多个可单独被点亮的子光源，通过摄像头拍摄人眼处的图像，即人眼的图像和光源向人眼处投射的投射图案的图像，根据人眼的图像分析瞳孔的位置，并点亮与瞳孔的位置匹配的子光源，可以避免一直点亮全部光源，降低光源功耗，且眼部的瞳孔位置附近反射的图案特征明显，有利于对图像特征进行识别以提高对人眼注视点的判断的准确度。

13、可选地，所述眼动追踪系统配置为，当全部所述子光源被点亮时，所述光源在所述人眼处形成全投射图案，其中不同的所述子光源所投射的光对应于所述全投射图案中的不同的部分，

14、所述根据所述瞳孔的位置控制点亮所述多个子光源中的至少部分，使得所述投射图案与所述瞳孔的位置匹配，包括：

15、将所述人眼处的图像划分为若干图像区域，

16、将与所述瞳孔的位置匹配的所述图像区域标记为匹配分析区域，

17、将用于点亮位于所述匹配分析区域中的所述全投射图案的全部所述子光源标记为第一子光源，

18、点亮全部所述第一子光源中的至少部分。

19、根据本技术，将人眼处的图像划分为若干图像区域，可以对人眼处分区照亮，只照亮用于确定人眼注视位置的主要区域，即与瞳孔的位置匹配的图像区域，以确定要点亮的相应的子光源，避免点亮全部光源造成浪费。

20、可选地，所述将与所述瞳孔的位置匹配的所述图像区域标记为匹配分析区域，包括：

21、将与所述瞳孔有重叠的所述图像区域中的至少部分标记为所述匹配分析区域，并且/或者

22、将与所述瞳孔的边界的距离小于预设距离的所述图像区域中的至少部分标记为匹配分析区域。

23、根据本技术，基于瞳孔的位置将与瞳孔有重叠或与瞳孔的边界的距离在设定范围内的图像区域(例如与瞳孔距离近的图像区域)标记为匹配分析区域，可以使得瞳孔处及周围区域反射的光线图案特征明显，便于确定瞳孔轮廓及瞳孔的中心位置进而确定注视点位置。

24、可选地，所述控制器配置为根据精度要求点亮全部所述第一子光源中的至少部分，其中

25、精度要求高时被点亮的所述第一子光源的数量多于精度要求低时被点亮的所述第一子光源的数量。

26、根据本技术，通过调整点亮的子光源的数量，可以使得在控制光源功耗的同时，光源对眼部的照明满足对瞳孔的轮廓和中心定位的不同精度要求。

27、可选地，所述眼动追踪系统配置为使得，精度要求高时所述匹配分析区域的数量多于精度要求低时所述匹配分析区域的数量，从而精度要求高时全部所述第一子光源的数量大于精度要求低时全部所述第一子光源的数量，使得精度要求高时被点亮的所述第一子光源的数量多于精度要求低时被点亮的所述第一子光源的数量。

28、根据本技术，可以调整匹配分析区域的数量，精度要求越高，参与分析的区域越多，从而分析结果越精确。

29、可选地，所述控制器配置为将与所述瞳孔的边界的距离小于预设距离的所述图像区域中的至少部分标记为匹配分析区域，并且精度要求高时所述预设距离的数值大于精度要求低时所述预设距离的数值，以使精度要求高时所述匹配分析区域的数量多于精度要求低时所述匹配分析区域的数量。

30、根据本技术，基于与瞳孔的边界的距离确定标记为匹配分析区域的图像区域时，可以通过改变预设距离调整标记为匹配分析区域的图像区域的数量，以在控制光源功耗的同时满足不同的精度要求。

31、可选地，所述控制器配置为根据睑裂形状点亮全部所述第一子光源中的至少部分，包括：

32、根据所述人眼的图像分析所述睑裂的位置；

33、将所述匹配分析区域中位于所述睑裂内部的区域标记为睑内分析区域；

34、将用于点亮位于所述睑内分析区域中的所述全投射图案的全部所述第一子光源标记为第二子光源，

35、点亮全部所述第二子光源中的至少部分。

36、根据本技术，在基于瞳孔的位置将与瞳孔有重叠或与瞳孔的边界的距离在设定范围内的图像区域标记为匹配分析区域的同时，还可以根据不同人眼的睑裂形状、大小将投射至睑内分析区域的第二子光源的至少部分点亮，第二子光源的投影图案主要照射在巩膜和瞳孔上，二者对光的吸收光谱有区别，更适于分析瞳孔位置，因此只点亮第二子光源以进一步节能。

37、可选地，所述投射图案包括散斑点、线条和网格中的一个或多个。

38、根据本技术，光源排布方式多样，使得眼部反射的光源图案特征较多，降低眼动追踪算法的复杂度，提高算法鲁棒性。

39、可选地，所述衍射光学元件用于叠加复制所述光源投射的光，以增大单个所述散斑点或增粗单个所述线条。

40、根据本技术，通过衍射光学元件增大单个散斑点或增粗单个线条，使得散斑点和线条的图像更便于识别。

41、可选地，所述光源投射的光为红外光。

42、根据本技术，使用红外光作为眼部追踪的照明光源，不影响人眼对可见光的识别，且符合人眼安全。

43、可选地，所述光源配置为包括多个激光点光源的激光阵列，并使得每一个所述激光点光源可单独被点亮。

44、根据本技术，激光光源投射的光方向好，亮度高，多个点光源组成阵列可单独控制点亮。

45、可选地，所述光源配置为垂直腔面发射激光器阵列或边发射激光器阵列。

46、根据本技术，激光光源的发射孔径小，组成的阵列共同产生的输出功率高。

47、可选地，所述衍射光学元件配置为发散光衍射光学元件；或者

48、所述衍射光学元件配置为准直光衍射光学元件，所述投射器还包括准直镜，所述准直镜设置于所述光源和所述衍射光学元件之间。

49、根据本技术，衍射光学元件可以配置为发散光衍射光学元件或准直光衍射光学元件。

50、可选地，所述光源单独封装，并且/或者所述衍射光学元件单独封装。

51、根据本技术，光源单独进行封装并且/或者衍射光学元件单独封装，均可以实现更高的可靠性。

52、可选地，所述的眼动追踪系统还包括：

53、通信器，与所述控制器电连接，用于将所述人眼注视点的位置的信息传输给外部设备。

54、根据本技术，通过通信器传输人眼注视点信息以便于根据人眼注视点的位置控制投影。

55、可选地，所述根据所述人眼的图像和所述投射图案的图像计算人眼注视点的位置，包括：

56、拟合瞳孔轮廓，并确定所述瞳孔的中心位置；

57、拟合所述投射图案的多个局部轮廓，并确定每一个所述局部轮廓所包围的区域的中心位置；

58、构成从所述局部轮廓所包围的区域的中心位置到所述瞳孔的中心位置的多个向量；

59、根据所述多个向量计算所述人眼注视点的位置。

60、根据本技术，人眼注视点的位置的算法简便。

61、可选地，所述基板为pcb印刷电路基板、铜基板、铝基板或bt树脂基板；并且/或者

62、所述衍射光学元件的材料包括聚碳酸酯pc、聚对苯二甲酸乙二醇酯pet、uv紫外光固化材料、玻璃或透明三氧化二铝。

63、根据本技术，基板和衍射光学元件的材料选择多样，易于制作，成本低。

64、可选地，所述投射器为smd表面贴装器件，或者所述投射器构造为包括fpc柔性印刷电路。

65、根据本技术，投射器设计简单，安装方便。

66、可选地，所述眼动追踪系统包括：

67、一个所述投射器，所述投射器设置为向两只人眼分别投射所述光；和

68、两个所述摄像头，所述摄像头与人眼对应设置，用于拍摄对应的所述人眼处的图像。

69、根据本技术，可使用一个投射器向两只人眼分别投射光，结构简单，成本低。

70、可选地，所述眼动追踪系统包括：

71、两个所述投射器，所述投射器与人眼对应设置，用于向对应的人眼投射所述光；和

72、两个所述摄像头，所述摄像头与人眼对应设置，用于拍摄对应的所述人眼处的图像。

73、根据本技术，可使用两个投射器与人眼对应设置，对投射器的安装位置要求低、设计要求简单。

74、可选地，对应于同一只人眼的所述投射器和所述摄像头封装为一个整体。

75、根据本技术，对应于同一只人眼的投射器和摄像头封装为一个整体，实现更高的可靠性。

76、可选地，所述摄像头设置在与所述摄像头对应的人眼所对应的所述投射器的基板上，从而对应于同一只人眼的所述投射器和所述摄像头封装为一个整体。

77、根据本技术，对应于同一只人眼的投射器和摄像头设置在同一个基板上，从而可以容易地将二者封装为一个整体。

78、本技术的第二方面，还提供一种眼镜，包括：

79、镜片；

80、框架，用于将所述镜片保持在靠近人眼的位置；和

81、根据前述的技术方案所述的眼动追踪系统，其中，所述投射器和所述摄像头设置在所述框架。

82、根据本技术的眼镜具有眼动追踪功能，其眼动追踪系统的光源功耗较低，眼部的瞳孔位置附近反射的图案特征明显，便于对图像特征进行识别，对人眼注视点判断的准确度高。