一种应用于眼球追踪的信号同步方法与流程

本发明涉及一种信号同步方法，尤其是一种应用于眼球追踪的信号同步方法。

背景技术：

眼球追踪(eyetracking)是指通过测量眼睛的注视点的位置或者眼球相对头部的运动而实现对眼球运动的追踪，在视觉系统、心理学、认知语言学的研究中有广泛的应用。目前眼球追踪有两大类方法，有创手段包括在眼球中埋置眼动测定线圈或使用微电极描记眼动电图；相较于有创手段，无创手段更为普及，最常用的无创手段是通过视频图像拍摄设备来获取眼球的位置。

现有技术中为了实现实时的眼球追踪效果，常采用高速摄像头进行眼球运动图像拍摄，通过提高摄像机拍摄帧率来保证眼球追踪的实时性，因此对于拍摄摄像头的硬件配置要求较高，同时增加了数据传输与处理压力，且某些帧图像可能存在延时较长的问题。

为了降低眼球追踪技术的使用门槛，提升眼球追踪定位的精确度与准确度，减小定位延时，本发明技术方案设计了一种用于眼球追踪的数据信号同步方法，降低了对眼球图像采集硬件设备和计算机主机的配置要求，通过降低眼球定位时的图像数据信息采集频率，只传输有效的眼球定位图像数据，减轻计算机主机端的数据处理压力，推进眼球追踪技术的普及。

虚拟现实(virtualreality，vr)技术是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉等感官的模拟，让用户感觉仿佛身临其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑随即进行复杂的运算，将模拟的三维世界视频传回产生临场感。

将眼球追踪技术应用于虚拟现实技术时，可明显提升虚拟现实体验的沉浸感。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种应用于眼球追踪的信号同步方法，降低计算模块数据处理压力，并保证采集到的眼球运动信息的实时性，解决现有技术中对图像采集硬件配置要求较高、数据处理量较大等问题。

本发明的技术方案是：提供一种应用于眼球追踪的信号同步方法，将硬件层或软件层对于眼球定位信息图像的需求频率与定位图像采集硬件的图像采集频率进行同步，以保证每次需求指令发出后获得的眼球图像信息是最实时的，并调节信号相位，控制延时在预设的范围内。

本技术方案步骤为由定位图像采集硬件采集眼球运动图像后，逐帧的将眼球图像传输给缓存模块，当控制模块发出眼球图像需求指令后，从缓存模块中提取最新图像数据，通过计算模块进行数据处理后输出眼球追踪定位的结果，当眼球图像需求指令频率变更，则向定位图像采集硬件发送频率更新指令；

可选的，所述定位图像采集硬件包括定位摄像头和其他图像采集传感器；

可选的，所述定位图像采集硬件传输眼球图像的方式包括：通过usb线(通用串行总线)或无线信号模式进行传输；

所述图像缓存模块用于暂存最新采集到的眼球图像；

所述眼球图像需求指令可以来自于软件层需求和硬件层需求；

可选的，所述软件层需求包括：虚拟现实软件中需要进行眼球追踪定位的软件，增强现实软件中需要进行眼球追踪定位的软件和其他需要眼球追踪定位功能的软件；

可选的，所述硬件层需求包括：带有眼球定位追踪功能的装置中显示设备的屏幕刷新率和计算模块的数据处理速率。

所述眼球图像需求指令能够根据实际情况进行调节，可以是固定频率指令或可变频率指令；

所述计算模块包括：计算机主机和数据处理芯片。

与现有技术相比，本技术方案具有以下有益效果：降低眼球定位时的图像数据信息采集频率，对图像采集硬件的硬件配置要求较低，便于眼球定位数据的传输，减轻计算模块的数据处理压力，推进眼球追踪技术的普及，应用于虚拟现实或增强现实技术时，可明显减小计算模块的待渲染数据量，降低延时，提升虚拟现实体验的沉浸感。

附图说明

图1为现有技术中眼球追踪信号采集与使用示意图；

图2为本发明技术方案眼球追踪信号同步原理示意图；

图3为本发明技术方案眼球追踪信号同步流程图；

具体实施方式

如背景技术中所述，现有技术中的眼球追踪同步技术存在对图像采集硬件配置要求较高、数据处理量较大等问题。

本发明技术方案通过将硬件层或软件层对于眼球定位信息图像的需求频率与定位图像采集硬件的图像采集频率进行同步，以保证每次需求指令发出后获得的眼球图像信息是最新的，并调节信号相位，控制延时在预设的范围内。

为使本发明的上述结构、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1为现有技术中眼球追踪信号采集与使用示意图；

如图1示意图所示，现有技术中眼球追踪方案常采用的方法为高速定位摄像头以固定的频率高速采集眼球运动图像(如步骤101)，并在完成每帧的图像采集后将图像逐帧传输至缓存模块，当控制模块发出眼球图像需求指令后(如步骤103至步骤108)，从缓存模块中调取最新的眼球图像，用于计算模块的数据处理与输出，坐标102表示流程进行的时间轴；

具体实施中，当控制模块发出眼球图像需求指令(步骤104)时，由于图像frame3未采集完成，还未传输至缓存模块，所以调取缓存模块中最新图像frame2；当控制模块发出下一个眼球图像需求指令(步骤105)时，图像frame5采集完成，因此可以调取缓存模块中最新图像frame5。

此方案存在某些帧延时较长和某些帧图像并没有被实际利用等问题，如当眼球图像需求指令(步骤105)发出时，frame5的采集完成，所以以图像frame5为基础进行数据处理，数据处理结果与实际眼球的运动位置偏差较小；而当眼球图像需求指令(步骤104)发出时，frame3的采集未完成，所以以图像frame2为基础进行数据处理，使得数据处理结果与实际眼球的运动位置存在较大偏差，即该步骤延时较长。

且由于相邻两个眼球图像需求指令(步骤104与步骤105)实际使用的眼球位置图像分别是图像frame2和图像frame5，图像frame3和图像frame4并没有被实际利用，因此增加了不必要的图像数据传输、缓存和数据处理压力。

图2为本发明技术方案眼球追踪信号同步原理示意图；

如图2示意图所示，将硬件层或软件层对于眼球定位信息图像的需求频率与定位摄像头的图像采集频率进行同步，以保证每次需求指令发出后获得的眼球图像信息是最新的，定位摄像头以采集眼球运动图像(如步骤201)的频率可以通过控制模块进行调整，并在完成每帧图像采集后将图像逐帧传输至缓存模块，当控制模块发出眼球图像需求指令后(如步骤203至步骤208)，从缓存模块中调取最新的眼球图像，用于计算模块的数据处理与输出，坐标202表示流程进行的时间轴；

具体实施中，当控制模块发出眼球图像需求指令(步骤203)时，图像frame1采集完成，传输至缓存模块，可调取图像frame1用于数据处理；当控制模块发出下一个眼球图像需求指令(步骤204)时，图像frame2采集完成，可以调取缓存模块中图像frame2；在采集图像frame1与图像frame2的间隙，定位摄像头无需进行拍摄操作，因此本发明方案无须高速摄像头，降低了对摄像头硬件配置的要求，同时减轻了图像数据传输压力和计算模块的数据处理压力。

在本发明方案中定位摄像头采集眼球图像与控制模块发送图像需求指令的时间差可以通过控制模块进行调节，即定位摄像头完成图像frame1采集到控制模块发送图像需求指令(步骤203)的时间差可以预设，因此能够保证每一个图像需求指令发出后获得的眼球图像都是实时的，且延时较短。

所述眼球图像需求指令可以来自于软件层需求和硬件层需求；

可选的，所述软件层需求包括：虚拟现实软件中需要进行眼球追踪定位的软件，增强现实软件中需要进行眼球追踪定位的软件和其他需要眼球追踪定位功能的软件，如虚拟现实游戏软件中，需要根据用户的眼睛注视位置进行图像的分区高分辨率的渲染，因此可以匹配游戏的刷新率设定图像需求指令；

可选的，所述硬件层需求包括：带有眼球定位追踪功能的装置中显示设备的屏幕刷新率和计算模块的数据处理速率，如在虚拟现实设备中可以匹配头带显示设备的屏幕刷新率设定图像需求指令；

所述眼球图像需求指令能够根据实际情况进行调节，可以是固定频率或可变频率，如在虚拟现实游戏软件中，不同的场景需要匹配不同的眼球定位频率，因此图像需求指令可以根据不同的场景进行实时的更改变换。

图3为本发明技术方案眼球追踪信号同步流程图；

步骤301为定位图像采集硬件采集眼球运动图像；

步骤302为将图像采集硬件采集完成的图像逐帧传输，传输方式可以分为有线传输方式和无线传输方式；

步骤303为缓存模块暂存图像数据，采集时间较晚的图像会覆盖采集时间较早的图像；

步骤304为控制模块发出眼球图像需求指令，提取最新图像数据；

步骤305为计算模块进行数据处理；现有技术中数据处理步骤是较为耗时的步骤；

步骤306为计算模块输出眼球追踪定位结果；

步骤307为频率更新指令，即当实际眼球追踪定位过程中，控制模块根据实际情况发出眼球图像需求指令的频率发生改变，则控制模块向定位图像采集硬件发送频率更新指令，接收到频率更新指令后，图像采集硬件的眼球图像采集频率做出相应更改；

以上所述，仅为本发明具体实施方式。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。