一種人眼視線縱向距離的快速測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人眼視距的測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人眼視線縱向距離的快速測 量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，人眼視距的測量主要是基于雙眼視差法來進行的，這樣的測量精度非常差。 人的雙眼聚焦在同一點時，由于人的雙眼有一間距（大約3-5cm)，造成兩個眼睛的視線方 向矢量并未完全重合。所有，雙眼視差法就是通過單獨測量每個眼睛的視線方向矢量，兩矢 量的交點即為人眼觀察的焦點所在。但是，人眼視線方向矢量測量的誤差本來就比較大，再 用其來計算人眼焦點位置帶來的二次誤差會非常大，況且有研宄表明視線方向矢量交點的 位置并不一定是人眼觀察的焦點，人眼觀察焦點會出現(xiàn)在視線方向矢量交點的前后一段距 離內(nèi)。這樣就會造成傳統(tǒng)的雙眼視差法測量精度比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提出一種人眼視線縱向距離的快速測量方法。通過攝像頭拍攝 人眼的瞳孔圖像，從圖像上提取瞳孔亮暗分布特征，計算得出人眼視線距離。我們改善了紅 外偏心攝影法的光路，加入適當?shù)墓鈱W輔助（紅外濾光片、紅外截止濾光片、紅外光源、望 遠鏡系統(tǒng)），使得測量過程對人的限制比較小，時間花費也更少。
[0004] 本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0005] 一種人眼視線縱向距離的測量方法，其包括如下步驟：
[0006] (1)在光具座上構(gòu)建偏心攝像測量裝置，包括攝像頭、紅外光源、紅外濾光鏡、望 遠鏡、人臉支架、紅外截止濾光片；沿光路方向上的紅外截止濾光片、望遠鏡和攝像頭同軸 等高，人臉支架用于支持被測試者臉部；紅外截止濾光片將測量光路彎折到人臉支架右側(cè)； 望遠鏡用于縮短拍攝光路；攝像機在光路的最右端，望遠鏡與攝像頭之間設光闌與紅外光 源，使用紅外光源能獲得邊界清晰的瞳孔圖像，光闌遮擋住攝像頭的下半部分；攝像頭前面 設有一紅外濾光片，用于減少環(huán)境可見光的影響；攝像頭還通過USB接口連接電腦，在電 腦上用MATLAB軟件平臺上進行圖像處理和計算；
[0007] (2)瞳孔邊界檢測，用游程算法處理獲得瞳孔區(qū)域，再用方程擬合方法獲得瞳孔邊 界；
[0008] (3)瞳孔區(qū)域亮暗分布計算，由于裝置的光闌是遮擋攝像頭的下半部分，拍攝的瞳 孔圖像的亮暗分布是垂直變化的，可選取豎直方向的直徑來計算亮暗分布特征，整個瞳孔 區(qū)域灰度值平均值作為閾值，計算豎直方向的直徑上大于閾值的長度與瞳孔直徑的比值；
[0009] (4)縱向距離的測量，由測量前的定標參數(shù)以及當前瞳孔亮暗分布情況，計算獲得 視線縱向距離；所述定標參數(shù)包括瞳孔半徑R、攝像機與人眼瞳孔的距離A、瞳孔暗區(qū)域與 直徑比值k。
[0010] 進一步優(yōu)化地，上述方法運用改進的紅外偏心攝影法直接測量人眼視線的縱向距 離，具體改進的方法是將人眼屈光度對于人眼焦距的修正，變成是屈光度對物距的修正，進 而得到視線縱向距離的計算表達式。
[0011] 本發(fā)明采用望遠系統(tǒng)縮短拍攝光路，減弱瞳孔中心與紅外光源不同軸的影響。使 用紅外光源和紅外濾光片減弱環(huán)境雜散光干擾。
[0012] 進一步優(yōu)化地，上述方法運用圖像處理的方法計算瞳孔圖像的亮暗分布情況，首 先采用游程算法從人眼圖像上獲取瞳孔區(qū)域；然后對區(qū)域邊界用橢圓擬合的方法獲得瞳孔 中心，并將邊界修正成橢圓；接著進行伸縮變換，將瞳孔區(qū)域拉伸成圓形，最后取圓形豎直 的直徑來計算瞳孔區(qū)域亮暗分布特征。
[0013] 進一步優(yōu)化地，上述方法使用紅外截止濾光片使得測量光路與人眼視線光路垂 直，測量過程不會影響人眼視野范圍。
[0014] 進一步優(yōu)化地，步驟（4)所述計算獲得視線縱向距離具體計算表達式是：
[0016] S即視線縱向距離，R是瞳孔半徑，k是瞳孔暗區(qū)域與直徑比值，A是攝像頭與瞳孔 距離，E是光源偏離光軸距離，其中瞳孔暗區(qū)域與直徑比值k能從瞳孔圖像通過圖像處理技 術(shù)獲得，參數(shù)E、A和R是通過定標過程獲得的；對于每一幀人眼圖像，計算出瞳孔暗區(qū)域與 直徑比值k代入上面的表達式就能計算出當前人眼視線的縱向距離。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括以下幾點：
[0018] 1)使用紅外光源，使得圖像處理過程簡化，測量精度更好。
[0019] 2)使用望遠鏡系統(tǒng)的透鏡組，縮短光路，減弱瞳孔中心與紅外光源不同軸帶來的 影響，減少對人的限制。
[0020] 3)每次測量的時間少，能符合實時測量、追蹤測量的要求。
[0021] 4)使用紅外截止濾光片，反射紅外光、透射可見光，測量過程不會影響被測試者的 視野范圍。
【附圖說明】
[0022] 圖Ia和圖Ib為實例中偏心攝影測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為瞳孔圖像亮暗分布效果圖。
[0024] 圖3為紅外偏心攝影法原理圖。
[0025] 圖4為實際人眼觀察光路圖。
[0026] 圖5為瞳孔亮暗分布測量圖。
[0027] 圖6為實驗參數(shù)擬合曲線圖。
[0028]
【具體實施方式】
[0029] 以下結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明的具體實施作進一步說明，但本發(fā)明的實施和保護 不限于此。
[0030] 本實例要解決的問題主要可分為以下幾點：從拍攝的眼睛圖像中，準確檢測出瞳 孔的邊界。測定瞳孔區(qū)域中的亮暗分布情況。根據(jù)定標過程，獲得經(jīng)驗參數(shù)。實際測量，用 經(jīng)驗參數(shù)的公式計算視線距離。
[0031] 1.測量系統(tǒng)的同軸調(diào)節(jié)
[0032] 結(jié)合圖1說明，整個裝置是固定在光具座上的，人臉支架1用于支持被測試者臉 部；紅外截止濾光片2將測量光路彎折到人臉支架右側(cè)；望遠鏡3用于縮短拍攝光路；攝像 機5在最右端，望遠鏡3與攝像頭5之間是光闌與紅外光源，使用紅外光源可以獲得邊界 清晰的瞳孔圖像；攝像頭前面有一紅外濾光片4,可以減少環(huán)境可見光的影響。調(diào)節(jié)過程如 下：首先，調(diào)節(jié)光具座上的攝像頭5、望遠鏡3、中空管和紅外截止濾光片2同軸等高。然后， 攝像頭5拍攝眼睛圖像，通過USB接口傳輸?shù)诫娔X。查看實時的眼睛圖像，調(diào)節(jié)人臉支架1 高度（由于人眼個體差異），使得眼睛區(qū)域包含在圖像中。
[0033] 2.瞳孔區(qū)域分割
[0034] 這一步是從人眼圖像中分割出瞳孔區(qū)域，并將瞳孔區(qū)域拉伸成圓形區(qū)域如圖2所 示。由于瞳孔對紅外光比較敏感，讓紅外光源照射到眼球上，在圖像處理上可以將瞳孔區(qū)分 出來。紅外光源安裝在光闌上中心，亮度可以調(diào)節(jié)。圖像處理過程分為以下幾步：
[0035] (1)利用眼睛圖像的直方圖獲得一個能區(qū)分瞳孔與其他部分的合適