一种人眼跟踪视觉系统的制作方法

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种人眼跟踪视觉系统。

背景技术：

随着人们对人机交互技术研究的不断深入，多通道的人机交互备受关注。人机界面更强调“以人为中心的原则”，使用户能运用各种感觉通道，以最自然的方式和计算机交互。现有的人机交互输入绝大多数通过鼠标、键盘等实现，这些输入需要视觉或听觉接收输出信息相配合。此外，语音识别输入技术在逐渐成熟，而对身体姿势的理解、触觉的输入输出等技术在智能虚拟现实环境中得到了较多的研究。

人们在观察外部世界时，眼睛总是与其它人体活动自然协调地工作，并且眼动所需的认知负荷很低，人眼的注视包含着当前的任务状况以及人的内部状态等信息，因此人眼注视是一种非常好的，能使人机对话变得简便、自然的候选输入通道。

目前对于人眼视线的人机交互的研究还处于起步阶段，虽然有多种方法可以对人眼视线进行检测，但是由于人眼在观察时移动的速度较快，范围较小，大多数的检测方法精确度不够，并且对人眼的影响较大。目前研究的人眼跟踪系统存在两个方面的问题:一方面对人的影响较大，如头盔式和眼电式人眼跟踪系统；另一方面，硬件成本较高。

技术实现要素：

为全面解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种人眼跟踪视觉系统能够全面解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种人眼跟踪视觉系统，包括：

光源，所述光源发出光束以照亮使用者的眼睛；

摄像头，所述摄像头拍摄物体的图像经过镜头聚焦根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出；

计算机，所述计算机的系统软件采用labview8.5平台，以视觉辅助软件max和visionassistant8.5软件为辅助；

所述计算机系统由图像采集模块、图像处理模块、人机交互平台三大部分组成；

所述图像采集模块用来完成对人眼眼球图像的采集，并将图像转为数字图像传入图像处理模块；

所述图像处理模块在visionassistant8.5平台上将由图像采集模块传入的人眼图像进行图像色彩转换、平滑滤波、图像增强、图像分割、模板匹配等图像处理操作，然后封装成vi，在labview8.5中调用，最终完成对人眼眼球的识别，并获得人眼眼球中心的位置坐标，将处理结果传入人机交互平台获取眼球位置后，转换成屏幕坐标，再反馈给人机交互平台；

所述人机交互平台用于人与电脑的交互，需要设定图像采集间隔时间，并预先定位人眼的初始位置，和最大移动位置，最后在labview设置循环，在循环中的cin节点上引入c语言代码对数据进行编程实现对鼠标的控制。

进一步的，所述光源为卤素灯灯丝散发的光源，所述卤素灯为改进的白炽灯，所述白炽灯的灯泡中充入碘或溴等卤族元素。

上述的有益效果在于，卤素灯是一种改进的白炽灯。因钨丝在高温下蒸发使灯泡变黑，如果降低白炽灯的灯丝温度，则发光效率降低。可以在灯泡中充入碘或溴等卤族元素。使它们与蒸发在玻璃壳上的钨形成卤化物。当这些卤化物回到灯丝附近时，遇到高温便会分解，钨又回到钨丝上。这样，灯丝的温度可以大大提高，而玻璃壳不会发黑。因此，卤素灯灯丝亮度高、发光效率高、形体小、成本低。

进一步的，所述光源的照射方式为平行方式照射，所述平行方式照射主要针对反光表面的缺陷检测，对于规律表面，反射光源的扩散量少，而对于缺陷表面反射光源的扩散量则会大量增加；所述光源的照射角度为从头顶垂直向下照射。

上述的有益效果在于，光源，如同太阳光般以平行方式照射，主要针对反光表面的缺陷检测，对于规律表面，反射光源的扩散量少，而对于缺陷表面反射光源的扩散量则会大量增加；结构式光源以点状、线状或格状方式投影于物体，利用投射图案的变化检测物体的形状。

由于人眼眼球反光性很强，根据上述选择平行方式照射，即是光源从头顶垂直向下照射，这样既能使眼部光线更加明亮，采集的光线更清晰，而又让眼球不至于反光造成识别的困难。

进一步的，所述摄像头采用logiteche1100摄像头，所述logiteche1100摄像头获取人眼的图像以后，应用labview8.5中的几个软件模块即imaqcreate，imaqstart.vi，imaqcopyacquiredbuffer.vi就可以完成连续的、可控的、简单可靠的图像采集过程。

上述的有益效果在于，摄像头采用logiteche1100摄像头，该摄像头功能参数合适，成本低，具有很高的实用价值。

进一步的，所述摄像头的接口为模拟复合视频接口。

上述的有益效果在于，模拟复合视频接口的摄像头具有通用而数字接口的摄像头则便于实际应用中的后续数字处理。

进一步的，所述摄像头的分辨率在380～1024线之间。

上述的有益效果在于，分辩率越高，摄像头的表现越好，同时，分辩率越高频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。

进一步的，所述摄像头的照度为0.02～0.5lux。

上述的有益效果在于，0.02～0.5lux的照度能够便于摄像头摄像到最暗光线，提高了摄像头的使用范围。

进一步的，所述计算机系统中还添加buffer。

上述的有益效果在于，因为数据采集速度较快，labview图像处理的时间肯定跟不上，而加入buffer能够有效的解决上述问题。

本发明的有益效果是：本发明将机器视觉技术与虚拟仪器相结合，利用市场上常见的摄像头、个人电脑及虚拟仪器软件labview、visionassistant和max搭建简单、有效的人眼跟踪的人机交互平台。在通过机器视觉对人眼眼球进行图像检测识别的基础上，最终在labview平台上完成鼠标移动控制的人机交互。

本发明通过较低的成本将机器视觉技术和虚拟仪器应用到人眼跟踪上，利用机器视觉对人眼进行图像采集和处理，达到人眼跟踪的目的，最终达到开发对人眼的图像采集、人眼眼球的模式识别以及人眼眼球中心位置的分析系统和实现对人眼眼球的跟踪，并得到人眼眼球的中心位置信息。

附图说明

图1是本发明的硬件系统结构示意图；

图2是本发明图像采集的部分流程图；

图3是本发明计算机软件系统的具体流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

如图1所示，本发明提供一种人眼跟踪视觉系统，包括：光源，所述光源发出光束以照亮使用者的眼睛；摄像头，所述摄像头拍摄物体的图像经过镜头聚焦根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出；计算机，所述计算机的系统软件采用labview8.5平台，以视觉辅助软件max和visionassistant8.5软件为辅助；

所述计算机系统由图像采集模块、图像处理模块、人机交互平台三大部分组成；所述图像采集模块用来完成对人眼眼球图像的采集，并将图像转为数字图像传入图像处理模块；所述图像处理模块在visionassistant8.5平台上将由图像采集模块传入的人眼图像进行图像色彩转换、平滑滤波、图像增强、图像分割、模板匹配等图像处理操作，然后封装成vi，在labview8.5中调用，最终完成对人眼眼球的识别，并获得人眼眼球中心的位置坐标，将处理结果传入人机交互平台，获取眼球位置后，转换成屏幕坐标，再反馈给人机交互平台；所述人机交互平台用于人与电脑的交互，需要设定图像采集间隔时间，并预先定位人眼的初始位置，和最大移动位置，最后在labview设置循环，在循环中的cin节点上引入c语言代码对数据进行编程实现对鼠标的控制。

在机器视觉系统中，光源和照明方案的好坏往往会决定整个系统的成像质量。而且，随着光源光谱成分的变化，以及光源强度分布随时间等的变化，图像传感器输出的图像信号也要发生变化。因此，恰当地选择光源是获得理想图像信号的关键，是图像传感器应用技术的重要环节。

光源的特征是用光通量、射线的色温及发光体的形状与规格表示的。光通量表示单位时间内通过某一面积的辐射能量。发光效率指灯泡每瓦需用功率所辐射的光通量值。色温等于辐射同样光谱成分的黑体(在辐射作用下，既不反射也不透射，并将辐射全部吸收的物体)的温度，即光色所显示的温度，表示灯泡辐射光谱成分特征。光源设备的选择必须符合所需的几何形状、照明亮度、均匀度，发光的光谱特性也必须符合实际的要求。同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命。

除自然光源外，人工光源中钨丝灯应用最普遍。标准钨丝灯的发光光谱范围涵盖了整个可见光谱区，并延长至中红外区。但其在可见光谱区的辐射功率只占全部辐射功率的一小部分。卤素灯是一种改进的白炽灯。因钨丝在高温下蒸发使灯泡变黑，如果降低白炽灯的灯丝温度，则发光效率降低。可以在灯泡中充入碘或溴等卤族元素。使它们与蒸发在玻璃壳上的钨形成卤化物。当这些卤化物回到灯丝附近时，遇到高温便会分解，钨又回到钨丝上。这样，灯丝的温度可以大大提高，而玻璃壳不会发黑。因此，卤素灯灯丝亮度高、发光效率高、形体小、成本低。

传统光源基本上以接近垂直于桌面的方式安置。使得光源亮度集中于照明区域的中心。主要应用于字体的检验、电路板上零件的检测等；低角度光源以接近水平于桌面的方式安置，以强化对象的边缘及对象表面的缺陷，适合边缘检测、表面检测等；条状光源以led或雷射光源创造线状光源投射于物体表面，一般配合高分辨率的线扫描摄像头检验，它主要用于检测条状、筒状产品，例如布匹、钢板、纸张等；背光照明光源由对象的背面投射，使得物体成像于摄像头时呈现高对比的剪影效果，主要用于物体尺寸测量及轮廓识别；间接光源非直接投射于物体表面，而是经由反射板将光源均匀扩散于物体表面，主要用于强调平滑且规律表面的特性；同轴光源由分光镜将光源以垂直方向投射于物体表面，主要用于检测具有高反光特性的物体表面。

光源，如同太阳光般以平行方式照射，主要针对反光表面的缺陷检测，对于规律表面，反射光源的扩散量少，而对于缺陷表面反射光源的扩散量则会大量增加；结构式光源以点状、线状或格状方式投影于物体，利用投射图案的变化检测物体的形状。

由于人眼眼球反光性很强，根据上述选择平行方式照射，即是光源从头顶垂直向下照射，这样既能使眼部光线更加明亮，采集的光线更清晰，而又让眼球不至于反光造成识别的困难。

摄像头是一种应用极其广泛的图像输入装置，缩写为ccd，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度体积小、寿命长、抗震动等优点。被摄物体的图像经过镜头聚焦根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。视频信号连接到输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。在选择摄像头时主要参数有以下方面:

接口，市面上常见的摄像头有以下几种接口:模拟复合视频接口、并行口、数字pci接口以及usb等，模拟复合视频接口的摄像头具有通用而数字接口的摄像头则便于实际应用中的后续数字处理。

分辨率，摄像头的分辨率是用电视线来表示的，分辩率越高，摄像头的表现越好。常用彩色摄像头的分辨率在380～1024线之间。分辨率和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。

最低照度，摄像头的照度也称灵敏度，是摄像头对环境光线的敏感程度，或者说是摄像的最暗光线。照度的单位是勒克斯(lux)，数值越小，表示需要越灵敏。黑白摄像头的灵敏度大约是0.02～0.5lux。

如图2所示，摄像头采用logiteche1100摄像头，该摄像头功能参数合适，成本低，具有很高的实用价值。用该摄像头获取人眼的图像以后，应用labview中的几个软件模块即imaqcreate，imaqstart.vi，imaqcopyacquiredbuffer.vi就可以完成连续的、可控的、简单可靠的图像采集过程。在本发明的系统中添加buffer，因为数据采集速度较快，labview图像处理的时间肯定跟不上，因此有必要加入buffer。

如图3所示，本发明通过摄像头对人眼进行采集，传入电脑nivisionassistant8.5软件中进行图片处理、识别，然后封装成可用于labview的vi。再在labview8.5中设计人机交互界面以及应用图像处理后的结果数据编程实现人眼对鼠标的移动。由于要求不断的对人眼进行跟踪，需要在labview的循环程序中加入条件循环，以满足连续不断的自动采集、自动处理分析的需要。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。