閾值。
[0036] (2)利用得到的閾值，對(duì)眼睛圖像進(jìn)行閾值處理，劃分不同區(qū)域。
[0037] (3)用游程編碼算法和鄰接向量的判斷，給每個(gè)區(qū)域編號(hào)。
[0038] (4)對(duì)每個(gè)區(qū)域所包含的點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選取區(qū)域面積最大的作為瞳孔區(qū)域。
[0039] (5)并選取區(qū)域的每一列向量的頭尾兩端，提取瞳孔的邊界。
[0040] (6)利用得到的邊界，進(jìn)行橢圓的擬合。以最小二乘法為思想，利用奇異值分解算 法計(jì)算出橢圓的擬合方程。獲得最終邊界和瞳孔區(qū)域。
[0041] (7)將上面獲得的瞳孔區(qū)域?qū)E圓短軸拉伸，使得瞳孔區(qū)域變成圓形區(qū)域。
[0042] 3.瞳孔亮暗分布比值測(cè)量
[0043] 結(jié)合圖3的紅外偏心攝影法原理圖說明，偏心攝影法是測(cè)量人眼屈光度的方法， 上面獲得的瞳孔區(qū)域圖2是由圖3所示的光路拍攝獲得的。從偏心攝影法的原理結(jié)合光路 圖可以推導(dǎo)出屈光度D的表達(dá)式：
[0045] 其中D是屈光度，E是圖3所示的紅外光源302到光闌301邊緣的距離，A是攝像 頭到瞳孔303距離，R是瞳孔半徑，k是瞳孔暗區(qū)域與直徑比值（這個(gè)在后面會(huì)提到）。結(jié) 合圖3和圖4說明，將屈光度對(duì)眼睛（眼球305)焦距的調(diào)整加入進(jìn)去，變成正常眼睛，成像 在視網(wǎng)膜304上，這個(gè)光路的高斯成像公式：
[0049] 這里變形的意義非同小可，可以這樣理解：將屈光度對(duì)人眼焦距的調(diào)整變換成屈 光度對(duì)物距的調(diào)整。如果考慮這個(gè)過程是物點(diǎn)在正常視網(wǎng)膜上成像，那么物點(diǎn)到瞳孔的距 離S，即視線的縱向距離滿足：
[0051] 由上面的關(guān)系式，將屈光度D的表達(dá)式代入可以得到視線深度S的表達(dá)式：
[0053] 其中S是視線縱向距離，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是紅外光源到光闌邊緣距離。
[0054] 從上面的原理推導(dǎo)可以看出，不同的視線距離，瞳孔的亮暗分布特征（瞳孔暗區(qū) 域與直徑比值K)是不一樣的，并且隨著距離增大，暗區(qū)域比值也增大。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，因此，簡(jiǎn)單選取豎直方 向的直徑來計(jì)算亮暗分布特征，整個(gè)瞳孔區(qū)域灰度值平均值作為閾值，計(jì)算豎直方向的直 徑上大于閾值的長(zhǎng)度與瞳孔直徑的比值。對(duì)于一張圖的測(cè)量如圖5所示。
[0056] 4.定標(biāo)過程
[0057] 使用一個(gè)中心為一黑點(diǎn)的圓靶作為定標(biāo)物，人眼盯著靶心。在眼睛視線方向，在 50cm-300cm，每個(gè)隔50cm做一次定標(biāo)測(cè)量。獲得視線距離s和與之對(duì)應(yīng)的瞳孔暗區(qū)域與整 個(gè)豎直軸的比值k，將數(shù)代入理論推導(dǎo)的公式，通過擬合曲線的方法獲得定標(biāo)參數(shù)，擬合圖 如圖6所示，這樣，定標(biāo)后的公式就可以用于實(shí)際測(cè)量。定標(biāo)后的視線縱向表達(dá)式為：
[0059] 將上面得到的定標(biāo)表達(dá)式計(jì)算圖5所示的結(jié)果，其中k = 0. 21，代入上式：視線 縱向距離S = 0. 873m。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種人眼視線縱向距離的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 在光具座上構(gòu)建偏屯、攝像測(cè)量裝置，包括攝像頭、紅外光源、紅外濾光鏡、望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡和攝像頭同軸等高， 人臉支架用于支持被測(cè)試者臉部；紅外截止濾光片將測(cè)量光路彎折到人臉支架一側(cè)；望遠(yuǎn) 鏡用于縮短拍攝光路；攝像機(jī)在光路的最右端，望遠(yuǎn)鏡與攝像頭之間設(shè)光闊與紅外光源，使 用紅外光源能獲得邊界清晰的瞳孔圖像，光闊遮擋住攝像頭的下半部分；攝像頭前面設(shè)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 MTLAB軟件平臺(tái)上進(jìn)行圖像處理和計(jì)算； (2) 瞳孔邊界檢測(cè)，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； (3) 瞳孔區(qū)域亮暗分布計(jì)算，由于裝置的光闊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(jì)算亮暗分布特征，整個(gè)瞳孔區(qū)域 灰度值平均值作為闊值，計(jì)算豎直方向的直徑上大于闊值的長(zhǎng)度與瞳孔直徑的比值； (4) 縱向距離的測(cè)量，由測(cè)量前的定標(biāo)參數(shù)W及當(dāng)前瞳孔亮暗分布情況，計(jì)算獲得視線 縱向距離；所述定標(biāo)參數(shù)包括瞳孔半徑R、攝像機(jī)與人眼瞳孔的距離A、瞳孔暗區(qū)域與直徑 比值k。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人眼視線縱向距離的測(cè)量方法，其特征在于運(yùn)用改進(jìn)的 紅外偏屯、攝影法直接測(cè)量人眼視線的縱向距離，具體改進(jìn)的方法是將人眼屈光度對(duì)于人眼 焦距的修正，變成是屈光度對(duì)物距的修正，進(jìn)而得到視線縱向距離的計(jì)算表達(dá)式。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人眼視線縱向距離的測(cè)量方法，其特征在于運(yùn)用圖像處 理的方法計(jì)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(duì)區(qū)域邊界用楠圓擬合的方法獲得瞳孔中屯、，并將邊界修正成楠圓；接著進(jìn)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(jì)算瞳孔區(qū)域亮暗分布特征。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人眼視線縱向距離的測(cè)量方法，其特征在于使用紅外截 止濾光片使得測(cè)量光路與人眼視線光路垂直，測(cè)量過程不會(huì)影響人眼視野范圍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人眼視線縱向距離的測(cè)量方法，其特征在于步驟（4)所 述計(jì)算獲得視線縱向距離具體計(jì)算表達(dá)式是：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(biāo)過程獲得的；對(duì)于每一帖人眼圖像，計(jì)算出瞳孔暗區(qū)域與直徑 比值k代入上面的表達(dá)式就能計(jì)算出當(dāng)前人眼視線的縱向距離。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種人眼視線縱向距離的測(cè)量方法。具體步驟包括：1.構(gòu)建偏心攝像測(cè)量裝置,包括攝像頭、紅外光源、紅外濾光鏡、望遠(yuǎn)鏡、人臉支架、紅外截止濾光片等；2.瞳孔邊界檢測(cè)，用游程算法處理獲得瞳孔區(qū)域，再用方程擬合獲得邊界；3.瞳孔內(nèi)亮暗分布計(jì)算，整個(gè)瞳孔區(qū)域灰度值平均值作為閾值，計(jì)算瞳孔區(qū)域縱向大于閾值的長(zhǎng)度與整個(gè)縱軸長(zhǎng)度的比值；4.縱向距離的測(cè)量，由測(cè)量前的定標(biāo)參數(shù)以及當(dāng)前瞳孔亮暗分布情況，計(jì)算獲得視線縱向距離。本方法可以獲得視線跟蹤中縱向距離信息，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)的三維視線跟蹤，還可以用于提高傳統(tǒng)的二維視線跟蹤系統(tǒng)精度。同時(shí)，該方法計(jì)算復(fù)雜度低，可以達(dá)到快速測(cè)量、實(shí)時(shí)跟蹤的效果。
【IPC分類】A61B3/10
【公開號(hào)】CN104921697
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510256799
【發(fā)明人】韓鵬, 陳文創(chuàng), 尹禮明, 林棉璇
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月18日