用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備及視線焦點定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視線追蹤技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備及視線焦點定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人類通過眼睛獲取大量信息，同時使用眼睛來表達情緒與想法。人們可以通過追蹤視線焦點的方式，獲取眼睛傳遞出的豐富信息；進而進行有效的人機交互，以及傳播學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域的研宄。視線追蹤是利用各種檢測手段，獲取“注視點”的過程，并保證能在一段時間對其進行連續(xù)追蹤的技術(shù)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于人機交互、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的視線追蹤技術(shù)往往通過攝像機采集人臉或臉部圖像，利用光學(xué)方法計算獲得并追蹤視線方向。根據(jù)系統(tǒng)搭建的不同，視線追蹤設(shè)備可分為穿戴式和非穿戴式。穿戴設(shè)備通過攝像頭采集眼部圖像，首先確定相機坐標系中的視線方向；再通過增加外設(shè)等方法以確定世界坐標系中的視線方向。非穿戴式設(shè)備，則是通過多個外部攝像機采集照射眼部并獲取眼部圖像，直接得到測試者視線的空間坐標。非穿戴設(shè)備最大的缺點是:需要紅外點光源準確照射眼部，因此不能隨便移動頭部位置；同時對攝像頭精度要求高，也極易受到環(huán)境因素影響，不易推廣。
[0004]根據(jù)光學(xué)方法的不同，視線追蹤技術(shù)可分為2D視線追蹤技術(shù)和3D視線追蹤技術(shù)。2D追蹤技術(shù)以瞳孔-角膜反射法為代表，利用瞳孔中心與角膜亮斑組成的向量表征視線方向。2D追蹤技術(shù)已有不少類似設(shè)備，例如現(xiàn)有技術(shù)中已有一種基于人眼圖像和視線追蹤的操作指針指示控制設(shè)備，其能夠佩戴于人體頭部上且能夠通過眼部動作對操作指針加以操作控制而實現(xiàn)人機交互，其在交互控制過程中，達到操作指針的指示位置與人眼視線所觀察到的現(xiàn)實場景相疊加的人機交互效果。該設(shè)備采用了紅外測距傳感器對人眼所在位置進行測距，還通過其紅外發(fā)射器實時地向人體眼睛所在位置發(fā)射出紅外光，以此作為輔助的紅外光源，并借助紅外光在人眼角膜上反射而形成角膜反射光斑，相應(yīng)地采用微型紅外攝像頭有效的拍攝人體眼睛所在位置的原始紅外圖像，用以進行人眼識別和視線追蹤，避免了可見光環(huán)境陰暗等情況引起的干擾，并且角膜反射光斑可用于在后續(xù)的視線追蹤識別過程中對角膜反射光斑中心所在位置加以定位，進而結(jié)合瞳孔中心所在位置，輔助實現(xiàn)對人眼的視線方向加以捕捉。該設(shè)備還通過分割人眼區(qū)域圖像的方式，不管原始圖像中人眼位置是否因為頭部運動而發(fā)生位移變化，分割出的人眼區(qū)域圖像的圖像區(qū)域范圍是相對固定的。
[0005]然而，此類2D視線追蹤技術(shù)的缺點是利用的圖像信息少，準確性和穩(wěn)定性比較低。
[0006]3D追蹤技術(shù)是通過雙攝像頭或多攝像頭獲得3D空間中各個參考點的坐標進行視線追蹤。相比2D追蹤技術(shù)準確率和穩(wěn)定性都有提升，其主要問題在于可用的3D特征比較少，只能通過若干特征點獲取眼球的大致的3D運動信息，而無法實現(xiàn)高精度的視線定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明實施例提供一種用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備，用以實現(xiàn)高精度的視線焦點定位并忽略頭部運動的影響，該設(shè)備包括:
[0008]眼鏡支架，所述眼鏡支架的左右眼鏡框上分別安裝有多個紅外光源；所述多個紅外光源分布于所述左右眼鏡框上的不同位置，用于從不同角度照射虹膜；所述左右眼鏡框上還分別安裝有用于拍攝紅外光源照射下的虹膜圖像的攝像頭；
[0009]所述眼鏡支架上還安裝有信號處理單元，所述信號處理單元包括:
[0010]同步控制模塊，用于控制所述多個紅外光源按設(shè)定順序分別開啟；以及，在紅外光源開啟的同時，同步觸發(fā)開啟的紅外光源所在眼鏡框上的攝像頭拍攝紅外光源照射下的虹膜圖像；
[0011]圖像處理模塊，用于對虹膜圖像進行處理，建立左右眼虹膜的3D模型；根據(jù)左右眼虹膜的3D模型，定位左右眼視線焦點。
[0012]一個實施例中，所述同步控制模塊具體用于控制所述左右眼鏡框上同時各有一個紅外光源開啟，以及，控制所述左右眼鏡框上的攝像頭同時拍攝開啟的紅外光源照射下的虹膜圖像；
[0013]所述圖像處理模塊具體用于同時處理所述左右眼鏡框上的攝像頭拍攝的虹膜圖像。
[0014]一個實施例中，所述圖像處理模塊具體用于:
[0015]結(jié)合虹膜圖像對應(yīng)紅外光源的標定方向參數(shù)，基于光度學(xué)3D重建原理，對所述多個紅外光源從不同角度照射的虹膜圖像進行處理，建立左右眼虹膜的3D模型；
[0016]對左右眼虹膜的3D模型進行平面擬合，獲得左右眼虹膜的3D平面；
[0017]將左右眼虹膜的3D平面的法向分別確定為左右眼視線方向；
[0018]根據(jù)左右眼視線方向，結(jié)合所述左右眼鏡框上的攝像頭的標定參數(shù)，確定世界坐標系下左右眼視線的焦點位置。
[0019]一個實施例中，所述攝像頭配備紅外濾光片。
[0020]一個實施例中，所述信號處理單元還包括:
[0021]通信模塊，用于將定位的左右眼視線焦點位置發(fā)送至被操控設(shè)備；
[0022]和/或，用于供電的電源。
[0023]本發(fā)明實施例還提供一種視線焦點定位方法，用以實現(xiàn)高精度的視線焦點定位，該方法包括:
[0024]獲得多個紅外光源分別從不同角度照射左右眼的虹膜圖像；
[0025]對獲得的虹膜圖像進行處理，建立左右眼虹膜的3D模型；
[0026]根據(jù)左右眼虹膜的3D模型，定位左右眼視線焦點。
[0027]一個實施例中，左右眼同時各有一個紅外光源照射，同時獲得左右眼被紅外光源照射的虹膜圖像；
[0028]同時處理獲得的左右眼被紅外光源照射的虹膜圖像。
[0029]一個實施例中，對獲得的虹膜圖像進行處理，建立左右眼虹膜的3D模型，包括:
[0030]結(jié)合虹膜圖像對應(yīng)紅外光源的標定方向參數(shù)，基于光度學(xué)3D重建原理，對多個紅外光源分別從不同角度照射左右眼的虹膜圖像進行處理，建立左右眼虹膜的3D模型；
[0031]根據(jù)左右眼虹膜的3D模型，定位左右眼視線焦點，包括:
[0032]對左右眼虹膜的3D模型進行平面擬合，獲得左右眼虹膜的3D平面；
[0033]將左右眼虹膜的3D平面的法向分別確定為左右眼視線方向；
[0034]根據(jù)左右眼視線方向，確定世界坐標系下左右眼視線的焦點位置。
[0035]一個實施例中，根據(jù)左右眼視線方向，確定世界坐標系下左右眼視線的焦點位置，包括:
[0036]根據(jù)左右眼視線方向，結(jié)合拍攝左右眼虹膜圖像的攝像頭的標定參數(shù)，確定世界坐標系下左右眼視線的焦點位置。
[0037]一個實施例中，該方法還包括:
[0038]將定位的左右眼視線焦點位置發(fā)送至被操控設(shè)備。
[0039]本發(fā)明實施例的用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備及視線焦點定位方法，利用多個紅外光源分別從不同角度照射左右眼，獲得多個紅外光源分別從不同角度照射左右眼的虹膜圖像；對獲得的虹膜圖像進行處理，建立左右眼虹膜的3D模型；根據(jù)左右眼虹膜的3D模型，定位左右眼視線焦點；由于建立左右眼虹膜的3D模型所基于的虹膜圖像是由多個紅外光源分別從不同角度照射左右眼而獲得的，因此相對于現(xiàn)有的3D追蹤技術(shù)，可用的3D特征比較多，能夠獲取眼球的較為詳細的3D運動信息，因而能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的視線焦點定位。此外，本發(fā)明實施例的用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備還設(shè)計成眼鏡的形狀，從而實現(xiàn)穿戴式操作，可以忽略頭部運動的影響。
【附圖說明】
[0040]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0041]圖1為本發(fā)明實施例中用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備的示意圖；
[0042]圖2為本發(fā)明實施例中用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備的詳細工作原理圖；
[0043]圖3為本發(fā)明實施例中視線焦點定位方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0044]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0045]為了實現(xiàn)高精度的視線焦點定位，本發(fā)明實施例提供一種用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備及視線焦點定位方法，利用三維重建技術(shù)重建出眼球內(nèi)虹膜的三維形狀，通過對三維模型的分析得出兩個眼球的視線方向，進而得到雙目視線方向的交點，從而達到追蹤視線焦點的目的；在實時獲得眼球內(nèi)虹膜圖像并作分析處理的情況下，本發(fā)明實施例可以實時追蹤視線焦點。
[0046]下面先介紹本發(fā)明實施例的用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備。圖1為本發(fā)明實施例的用于視線焦點定位的可穿戴設(shè)備的示意圖。如圖1所示，該設(shè)備可以包括:
[0047]眼鏡支架1，所述眼鏡支架I的左右眼鏡框上分別安裝有多個紅外光源2 ;所述多個紅外光源2分布于所述左右眼鏡框上的不同位置，用于從不同角度照射虹膜；所述左右眼鏡框