專利名稱：一種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，特別涉及ー種綜合應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，圖像壓縮技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)、眼球跟蹤技術(shù)的頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，應(yīng)用帶有紅外LED照明的攝像頭獲得眼動(dòng)視頻，經(jīng)過(guò)解碼后由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片完成圖像壓縮，通過(guò)WIFI模塊傳輸?shù)綗o(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)的主計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)眼球定位跟蹤，并接收主機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的視覺(jué)刺激動(dòng)態(tài)圖像，由安裝在頭盔上視頻眼鏡顯示，以完成多種試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)試。
背景技術(shù)：
隨著圖像分析技術(shù)的發(fā)展，眼球定位與跟蹤技術(shù)已逐漸成熟并實(shí)用化。應(yīng)用眼動(dòng)信息可進(jìn)行多種心理和生理測(cè)試。通過(guò)眼球定位可進(jìn)行視線追蹤，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；ー些學(xué)者通過(guò)提取人在閱讀過(guò)程中的眼球運(yùn)動(dòng)特征可以進(jìn)行人的性格及心理分析；“眼睛是心靈的 窗戶”，通過(guò)受試者對(duì)敏感的視覺(jué)刺激信息的反應(yīng)，還可以進(jìn)行眼球運(yùn)動(dòng)和瞳孔收縮與擴(kuò)張分析，實(shí)現(xiàn)“測(cè)謊”等多種應(yīng)用。在生理疾病測(cè)試方面，眼動(dòng)分析也逐漸顯現(xiàn)出其應(yīng)用價(jià)值。尤其是通過(guò)對(duì)眼球震動(dòng)(眼震，Nystagmus)信號(hào)分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種眼科、內(nèi)耳、前庭與中樞神經(jīng)疾病的檢測(cè)。在醫(yī)學(xué)上，眼震是ー種不自主的、有節(jié)律性的、往返擺動(dòng)的眼球運(yùn)動(dòng)，常由視覺(jué)系統(tǒng)、目艮外肌、內(nèi)耳迷路及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病引起，患者臨床表現(xiàn)為弱視、斜視、視覺(jué)疲勞、代償頭位、休息眼位及立體視覺(jué)銳度減弱等癥狀，還常常伴發(fā)于遺傳性白化病、全色盲，也可能伴發(fā)于先天性白內(nèi)障的形成過(guò)程中，發(fā)病率高，危害嚴(yán)重。醫(yī)學(xué)研究表明，眼震癥狀與老年癡呆、帕金森綜合癥、癲癇、內(nèi)耳與中樞神經(jīng)疾病、眩暈癥、平衡功能障礙等疾病有著密切關(guān)系。近年來(lái)，眼震檢查方法逐漸成為這些疾病的重要診斷手段。目前，國(guó)際上已有多款視頻眼震電圖(Videonystagmography，VNG)儀問(wèn)世,最具代表性的有美國(guó)EDI公司生產(chǎn)的House牌VNG，采用紅外視頻攝像的方法直接錄取眼震運(yùn)動(dòng)影像，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理，實(shí)時(shí)觀測(cè)分析眼震波相關(guān)參數(shù)，能夠?yàn)檠壅鹩涗浱峁┅`種全新的、無(wú)接觸、無(wú)損傷、無(wú)背景噪聲和高清晰度影像的檢測(cè)方法；法國(guó)Synapsys公司生產(chǎn)的VNG產(chǎn)品，可以對(duì)受試者進(jìn)行掃視試驗(yàn)、平穩(wěn)跟蹤試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)、位置和自發(fā)眼震試驗(yàn)、凝視試驗(yàn)、Dix-Hallpike及溫度實(shí)驗(yàn)等多種測(cè)試，在歐洲具有較大的市場(chǎng)份額。目前，國(guó)際上VNG儀器由于設(shè)計(jì)思路和當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，在應(yīng)用上有一定缺陷，主要表現(xiàn)在在信號(hào)采集環(huán)節(jié)采用有線傳輸，儀器不可避免存在多條線纜連線，造成使用不便，部分新的試驗(yàn)方案無(wú)法實(shí)施；在顯示方面采用大屏幕投影或LED燈制做顯示屏，需要受試者頭部位置相對(duì)固定；在眼震分析方面多采用眼球運(yùn)動(dòng)的振幅、頻率信息，沒(méi)有充分分析眼震的能量和統(tǒng)計(jì)信息，造成眼動(dòng)特征提取方面存在薄弱環(huán)節(jié)。為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，設(shè)計(jì)目標(biāo)為無(wú)線、小型、輕便、易用、可靠。為此，采用TI公司的Davinci DM6446雙核處理器作為核心芯片，該處理器包括ー個(gè)297MHz的ARM926E-J內(nèi)核和ー個(gè)594Mhz的C64x DSP內(nèi)核，支持Linux2. 6操作系統(tǒng)，可以運(yùn)行各種音視頻編解碼算法。應(yīng)用帶有紅外LED照明的攝像頭獲得眼動(dòng)視頻，經(jīng)過(guò)解碼后由C64x DSP內(nèi)核采用H. 264標(biāo)準(zhǔn)完成圖像壓縮，通過(guò)WIFI模塊傳輸?shù)綗o(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)的主計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)眼球定位跟蹤。ARM926E-J內(nèi)核運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種控制功能，接收主機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)，產(chǎn)生各種試驗(yàn)項(xiàng)目所需的視覺(jué)刺激動(dòng)態(tài)圖像，由安裝在頭盔上視頻眼鏡顯示，實(shí)現(xiàn)儀器的一體化獨(dú)立設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有各種眼動(dòng)儀的缺陷，本發(fā)明設(shè)計(jì)了ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀。應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)和無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，對(duì)圖像信號(hào)采集、壓縮、傳輸、顯示和控制等功能模塊和部件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)儀無(wú)線、小型、便攜的功能。ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，包括頭盔和設(shè)置在所述頭盔里的核心電路板、顯示系統(tǒng)及至少ー個(gè)攝像系統(tǒng)。其中所述核心電路板包括電池電源、視頻編碼、至少ー個(gè)視頻解碼、處理器、DC-DC、無(wú)線傳輸模塊和存儲(chǔ)器；所述電池電源直接給顯示系統(tǒng)和攝像系統(tǒng)供電，電池電源還通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換后給處理器供電。處理器將存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激圖像通過(guò)視頻編碼后，由顯示系統(tǒng)顯示。攝像系統(tǒng)獲取由顯示系統(tǒng)顯示的動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激圖像后的眼動(dòng)模擬視頻信號(hào)，由視頻解碼轉(zhuǎn)換為Y、Cr、Cb數(shù)字信號(hào)，經(jīng)處理器的視頻接ロ輸入處理器；處理器對(duì)該數(shù)字信號(hào)壓縮(采用札264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn))后通過(guò)無(wú)線傳輸模塊向外發(fā)送。上述顯示系統(tǒng)由LED顯示屏和光學(xué)成像系統(tǒng)組成，光學(xué)成像系統(tǒng)利用若干鏡頭組件構(gòu)成的光路將LED顯示屏放大。攝像系統(tǒng)由攝像頭和分布在攝像頭外圍的紅外LED組成。上述處理器還設(shè)置有仿真接ロ、RS232串口和網(wǎng)絡(luò)接ロ。上述核心電路板通過(guò)無(wú)線傳輸模塊以無(wú)線局域網(wǎng)方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交換信息，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接ロ以有線局域網(wǎng)方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交換信息。視頻眼動(dòng)儀采用頭盔式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，頭盔殼體采用雙層結(jié)構(gòu)，所有安裝材料、電氣設(shè)備、內(nèi)部連接線都安裝于兩層殼體之間，使儀器獨(dú)立、緊湊、輕便，增強(qiáng)易用性能。


圖I為無(wú)線視頻眼動(dòng)儀的電路結(jié)構(gòu)框 圖2為頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀組件安裝示意 圖3為頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀分析系統(tǒng)組成 圖中1_核心電路板；2_顯不系統(tǒng)；3. I-攝像系統(tǒng)I，3. 2_攝像系統(tǒng)II ;4_頭藍(lán)；5_計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；6_無(wú)線路由器；1. I-電池電源；1. 2-視頻編碼；1. 31-視頻解碼I ;1. 32-視頻解碼 II ;1. 4-處理器；I. 5- DC-DC;1. 6-仿真接 ロ ；1. 7-RS232 接 ロ ；1.8_ 網(wǎng)絡(luò)接 ロ ；1.9-無(wú)線傳輸模塊。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給ー個(gè)非限定性實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的說(shuō)明。ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀包括頭盔4和設(shè)置在所述頭盔4里的核心電路板I、顯不系統(tǒng)2、攝像系統(tǒng)I 3. I及攝像系統(tǒng)II 3. 2。其中所述核心電路板I包括電池電源I. I、視頻編碼I. 2、視頻解碼I I. 31、視頻解碼II I. 32、處理器I. 4、DC-DC1. 5、無(wú)線傳輸模塊I. 9和存儲(chǔ)器I. 10 ;所述電池電源I. I直接給顯示系統(tǒng)2和攝像系統(tǒng)供電，電池電源I. I由9V充電電池提供，電池電源I. I還通過(guò)DC-DC1. 5將9V轉(zhuǎn)換為3. 7V后給處理器I. 4供電。處理器I. 4將存儲(chǔ)器I. 10存儲(chǔ)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激圖像通過(guò)視頻編碼I. 2后，由顯示系統(tǒng)2顯不。攝像系統(tǒng)獲取由顯示系統(tǒng)2顯示的動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激圖像后的眼動(dòng)模擬視頻信號(hào)，由視頻解碼轉(zhuǎn)換為Y、Cr、Cb數(shù)字信號(hào)，經(jīng)處理器I. 4的視頻接ロ輸入處理器I. 4 ;處理器I. 4對(duì)該數(shù)字信號(hào)壓縮后通過(guò)無(wú)線傳輸模塊I. 9向外發(fā)送。處理器I. 4 采用 Davinci DM6446 雙核處理器，Davinci DM6446 包括ー個(gè) 297MHz的ARM926E-J內(nèi)核和ー個(gè)594Mhz的C64x DSP內(nèi)核，其中ARM926E-J內(nèi)核運(yùn)行Iinux操作系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的控制功能；DSP內(nèi)核完成圖像壓縮功能。頭盔4是各其它組件的載體，核心電路板I安裝在頭盔上，顯示系統(tǒng)2位于人戴上頭盔4后眼睛的斜上方，與眼睛距離約3cm，使眼睛可以正常觀察顯示系統(tǒng)2呈現(xiàn)的虛擬大屏幕全景范圍，同時(shí)又不影響攝像頭獲得眼睛圖像，攝像系統(tǒng)(攝像頭及紅外照明裝置)安裝在顯示系統(tǒng)2下方，紅外照明裝置由12粒紅外LED構(gòu)成，左右各6粒，均勻分布在攝像頭外國(guó)。光學(xué)顯示系統(tǒng)2及攝像系統(tǒng)3安裝在頭盔上，可以進(jìn)行位置和角度微調(diào)。眼動(dòng)儀的實(shí)現(xiàn)步驟如下
I)運(yùn)行在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5上的分析軟件通過(guò)無(wú)線路由器6與頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀建立連接，開(kāi)辟由眼動(dòng)儀到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5的眼動(dòng)視頻信號(hào)和由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5到頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀的用戶命令雙向信息傳輸通道。2)受試者戴上頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，調(diào)整顯示系統(tǒng)2使雙眼能夠正常觀察，依據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5上的分析軟件顯示的圖像調(diào)整攝像系統(tǒng)3，使眼睛顯示在圖像中間位置。3)用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5上的分析軟件向頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀的無(wú)線傳輸模塊I. 9發(fā)送通道選擇命令(既對(duì)左右通道的選擇，以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)左右眼的運(yùn)動(dòng)軌跡提取)和試驗(yàn)項(xiàng)目命令。4)頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀核心電路板I根據(jù)所選試驗(yàn)項(xiàng)目生成動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激圖像，由顯示系統(tǒng)2顯示。5)頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀核心電路板I根據(jù)所選通道完成眼動(dòng)信號(hào)的采集、壓縮和傳輸，具體步驟如下
Ca)在紅外LED照明條件下，由所選通道(對(duì)應(yīng)于左、右眼)的攝像頭獲取的眼動(dòng)視頻信號(hào)送至核心電路板1，由視頻解碼I或視頻解碼II轉(zhuǎn)換為Y、Cr、Cb數(shù)字信號(hào)，由DavinciDM6446處理器I. 4的視頻接ロ接收。(b) Davinci DM6446處理器I. 4的DSP內(nèi)核運(yùn)行圖像壓縮軟件，采用H. 264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)完成對(duì)視頻信號(hào)(上述數(shù)字信號(hào))的壓縮，得到壓縮數(shù)據(jù)包。(c)壓縮數(shù)據(jù)包傳送到無(wú)線傳輸模塊I. 9，采用WIFI方式通過(guò)無(wú)線路由器6以無(wú)線局域網(wǎng)方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5交換信息。(d) Davinci DM6446處理器I. 4的ARM內(nèi)核運(yùn)行Iinux嵌入式系統(tǒng),其應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制，包括系統(tǒng)初始化、雙核之間信息交換、來(lái)自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5命令的接收與解析、控制信號(hào)的生成，保障系統(tǒng)正常工作。6)顯示系統(tǒng)由LED顯示屏和光學(xué)成像系統(tǒng)組成，其中LED顯示屏接收并顯示頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀核心電路板I根據(jù)所選試驗(yàn)項(xiàng)目生成動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激圖像，光學(xué)成像系統(tǒng)包括光路和鏡頭組件，用于對(duì)LED屏進(jìn)行放大，對(duì)被測(cè)試人員形成虛擬大屏幕視覺(jué)效果。
7)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5分析軟件提供用戶操作界面、實(shí)現(xiàn)與眼動(dòng)儀的通信連接、完成壓縮數(shù)據(jù)包的接收與解壓、人眼圖像的瞳孔定位，最終得到各類試驗(yàn)條件下的眼球運(yùn)動(dòng)軌跡，為后續(xù)的特征提取和生理、心理研究提供信息支撐。
權(quán)利要求
1.ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，其特征在于包括頭盔(4)和設(shè)置在所述頭盔(4)里的核心電路板(I)、顯示系統(tǒng)(2)及至少ー個(gè)攝像系統(tǒng)； 其中所述核心電路板(I)包括電池電源(I. I)、視頻編碼(I. 2)、至少ー個(gè)視頻解碼、處理器(I. 4)、DC-DC (I. 5)、無(wú)線傳輸模塊(I. 9)和存儲(chǔ)器(I. 10);所述電池電源(I. I)直接給顯示系統(tǒng)(2)和攝像系統(tǒng)供電，電池電源(I. I)還通過(guò)DC-DC (I. 5)轉(zhuǎn)換后給處理器(I. 4)供電； 處理器(I. 4)將存儲(chǔ)器(I. 10)存儲(chǔ)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激圖像通過(guò)視頻編碼(I. 2)后，由顯示系統(tǒng)(2)顯示； 攝像系統(tǒng)獲取由顯示系統(tǒng)(2)顯示的動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激圖像后的眼動(dòng)模擬視頻信號(hào)，由視頻解碼轉(zhuǎn)換為Y、Cr、Cb數(shù)字信號(hào)，經(jīng)處理器(I. 4)的視頻接ロ輸入處理器(I. 4);處理器(I. 4)對(duì)該數(shù)字信號(hào)壓縮后通過(guò)無(wú)線傳輸模塊(I. 9)向外發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，其特征在于所述顯示系統(tǒng)(2)由LED顯示屏和光學(xué)成像系統(tǒng)組成，光學(xué)成像系統(tǒng)利用若干鏡頭組件構(gòu)成的光路將LED顯示屏放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，其特征在于所述攝像系統(tǒng)由攝像頭和分布在攝像頭外圍的紅外LED組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，其特征在于所述處理器(I.4)對(duì)數(shù)字信號(hào)壓縮時(shí)采用H. 264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，其特征在于所述處理器(I.4)設(shè)置有仿真接ロ(1.6)、RS232串ロ(I. 7)和網(wǎng)絡(luò)接ロ(I. 8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述ー種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，其特征在于所述核心電路板(I)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊(I. 9)以無(wú)線局域網(wǎng)方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(5)交換信息，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接ロ(I. 8)以有線局域網(wǎng)方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(5)交換信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種頭盔式無(wú)線視頻眼動(dòng)儀，對(duì)眼動(dòng)儀進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，不需要任何外圍電纜連接，通過(guò)無(wú)線路由器與計(jì)算機(jī)的分析軟件交換信息。該無(wú)線視頻眼動(dòng)儀綜合應(yīng)用了嵌入式系統(tǒng)，圖像壓縮，無(wú)線局域網(wǎng)等多種技術(shù)，應(yīng)用帶有紅外LED照明的攝像頭獲得眼動(dòng)視頻信息，經(jīng)過(guò)解碼后由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片完成圖像壓縮，然后通過(guò)無(wú)線傳輸模塊經(jīng)無(wú)線路由器傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，并接收計(jì)算機(jī)分析軟件發(fā)送的控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的視覺(jué)刺激動(dòng)態(tài)圖像，由安裝在頭盔上視頻眼鏡顯示，引導(dǎo)受試者產(chǎn)生眼球跟蹤信息。計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的分析軟件還實(shí)現(xiàn)圖像解壓、瞳孔定位，獲得眼球運(yùn)動(dòng)軌跡，以完成多種試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)試。
文檔編號(hào)A61B3/113GK102626304SQ20121011582
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者何為, 杜震宇, 毛玉星, 毛靖淅, 苗伽略 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)