專利名稱：一種自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于人機接口技術(shù)領(lǐng)域，具體地是涉及一種自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
視線跟蹤技術(shù)是未來智能人機接口的關(guān)鍵技術(shù)之一，在人機交互領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。眼注視是一種非常好的能使人機對話變得簡便、自然的候選輸入通道，將人的眼睛作為輸入媒介，通過眼睛盯視對外部設(shè)備進行控制可以實現(xiàn)多任務(wù)操作，在一些工業(yè)控制、機器人學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)上有著廣泛的發(fā)展前景。視線跟蹤是根據(jù)眼睛的特征和位置以及其他一些臉部線索來決定用戶注視的方向，獲得用戶的意圖。作為人機交互技術(shù)的重要分支，視線跟蹤技術(shù)主要研究對人類眼睛運動特性的檢測與識別，實現(xiàn)對其他功能系統(tǒng)的自動控制。該技術(shù)的最大優(yōu)點是可以通過眼睛注視實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制，進而實現(xiàn)多任務(wù)操作，在軍事及民用上具有廣闊的應(yīng)用前景。視線跟蹤技術(shù)可分為以硬件為基礎(chǔ)的和以軟件為基礎(chǔ)的兩種。以硬件為基礎(chǔ)的方法需要用戶戴上特制的頭盔、置于用戶頭頂?shù)臄z像機、或者使用頭部固定支架等，對用戶的干擾很大。為了克服視線跟蹤裝置對人的干擾作用，研究人員提出了用軟件實現(xiàn)的對用戶無干擾的視線跟蹤方法。其基本工作原理是先利用攝像機獲取人眼或臉部圖像，然后用軟件實現(xiàn)圖像中人臉和人眼的定位與跟蹤，從而估算用戶在屏幕上的注視位置。以軟件為基礎(chǔ)的視線跟蹤技術(shù)，對用戶的限制大大降低，用戶的頭部可以移動，但其精度相對較低。如何在不干擾用戶的前提下，獲得準確的注視焦點是視線跟蹤技術(shù)相關(guān)研究人員需要解決的重要問題。但現(xiàn)有的視線跟蹤技術(shù)大多存在系統(tǒng)精度不高及對用戶限制過多等不足。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，而提供了一種自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)。本實用新型所采取的技術(shù)方案是:本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)，包括通過數(shù)據(jù)線相互連接的CXD攝像機、圖像米集卡、和計算機；CCD攝像機設(shè)直在攝像機z 臺上。所述的CXD攝像機裝有電動連續(xù)可變焦距的變焦鏡頭。CXD指電荷耦合型圖像傳感器。本實用新型的優(yōu)點和有益效果為:本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)，能夠?qū)ν獠凯h(huán)境光強變化、用戶頭部位置變化具有自適應(yīng)能力。避免了人工調(diào)節(jié)的繁瑣并提高了調(diào)節(jié)的準確性。與目前大多數(shù)調(diào)焦系統(tǒng)相比較，具有以下優(yōu)點:1.對運動目標能夠瞄準、跟蹤并自動調(diào)焦。攝像機可由大視場下的頭肩圖像通過自動調(diào)節(jié)，實時跟蹤眼睛并捕獲到小視場下的眼睛清晰圖像。2.能夠適應(yīng)不同的光照條件。3.可應(yīng)用于實時系統(tǒng)中。

圖1為本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)的原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。圖1為本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)，包括通過數(shù)據(jù)線相互連接的CXD攝像機、圖像采集卡、和計算機；(XD攝像機設(shè)置在攝像機云臺上。CXD攝像機裝有電動連續(xù)可變焦距的變焦鏡頭。(XD指電荷f禹合型圖像傳感器。系統(tǒng)中，(XD攝像機直于攝像機z 臺上，能作二維掃描，適應(yīng)頭部位置變化；CCD的物鏡鏡頭是采用可變焦距的變焦鏡頭，是依靠變倍組和補償組這兩個透鏡組沿光軸方向的移動來改變焦距的大小，從而改變物鏡對目標的放大倍數(shù)和視場角，達到連續(xù)調(diào)節(jié)觀察范圍的目的，適應(yīng)頭部在景深方向的運動。圖2為本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)的原理圖。如圖2所不，(XD攝像機捕獲的眼睛圖像傳輸?shù)接嬎銠C，經(jīng)對視頻圖像進行預(yù)處理及特征檢索等圖像處理之后，提取瞳孔中心位置信息，進而估算出眼睛視線方向。高質(zhì)量圖像是基于圖像處理視線跟蹤技術(shù)的基礎(chǔ)，本實用新型采用自調(diào)節(jié)移動平臺和電動連續(xù)三可變CCD物鏡，以補償頭部運動產(chǎn)生的影響；為防止頭部活動范圍過大，造成眼睛跑出CCD攝像機的視場范圍，設(shè)計使用攝像機云臺使CCD攝像機能掃描跟蹤用戶的眼睛。由于人的內(nèi)眼角點是非常穩(wěn)定的，人臉表情的變化基本上不會引起它的位置改變，因此將攝像機捕獲到的人眼視頻圖像中兩個內(nèi)眼角的距離作為判定依據(jù)，調(diào)節(jié)攝像機鏡頭的焦距，使光學(xué)成像系統(tǒng)放大率保持不變，根據(jù)提取的圖像特征實現(xiàn)自動聚焦及調(diào)整圖像亮度，構(gòu)成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)。本實用新型的工作過程如下:計算機通過變焦鏡頭和圖像采集卡采集到一系列的數(shù)字圖像，對每一幀圖像進行實時處理。首先依據(jù)圖像灰度信息調(diào)整光圈；光圈確定后，依據(jù)圖像中光斑信息，判斷焦距是否合適，驅(qū)動變倍電機使變焦物鏡向長焦或短焦方向相應(yīng)運動來調(diào)整焦距，并控制云臺瞄準、跟蹤目標；最后利用聚焦算子，判斷聚焦是否準確、成像是否清晰，并給出反饋信號控制鏡頭的運動來實現(xiàn)自動聚焦，獲得清晰眼睛圖像。本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)，能夠?qū)ν獠凯h(huán)境光強變化、用戶頭部位置變化具有自適應(yīng)能力。避免了人工調(diào)節(jié)的繁瑣并提高了調(diào)節(jié)的準確性。與目前大多數(shù)調(diào)焦系統(tǒng)相比較，具有以下優(yōu)點:第一，對運動目標能夠瞄準、跟蹤并自動調(diào)焦。攝像機可由大視場下的頭肩圖像通過自動調(diào)節(jié)，實時跟蹤眼睛并捕獲到小視場下的眼睛清晰圖像。第二，能夠適應(yīng)不同的光照條件。第三，可應(yīng)用于實時系統(tǒng)中。
權(quán)利要求1.一種自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括通過數(shù)據(jù)線相互連接的CCD攝像機、圖像米集卡和計算機；CCD攝像機設(shè)直在攝像機z 臺上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:CCD攝像機裝有電動連續(xù)可變焦距的變焦 鏡頭。
專利摘要本實用新型公開了一種自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)，包括通過數(shù)據(jù)線相互連接的CCD攝像機、圖像采集卡、和計算機；CCD攝像機設(shè)置在攝像機云臺上。所述的CCD攝像機裝有電動連續(xù)可變焦距的變焦鏡頭。本實用新型的優(yōu)點和有益效果為本實用新型的自適應(yīng)視線跟蹤系統(tǒng)，能夠?qū)ν獠凯h(huán)境光強變化、用戶頭部位置變化具有自適應(yīng)能力。避免了人工調(diào)節(jié)的繁瑣并提高了調(diào)節(jié)的準確性。與目前大多數(shù)調(diào)焦系統(tǒng)相比較，具有以下優(yōu)點對運動目標能夠瞄準、跟蹤并自動調(diào)焦。攝像機可由大視場下的頭肩圖像通過自動調(diào)節(jié)，實時跟蹤眼睛并捕獲到小視場下的眼睛清晰圖像；能夠適應(yīng)不同的光照條件；可應(yīng)用于實時系統(tǒng)中。
文檔編號G06K9/00GK203027358SQ20132002950
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者周欣, 劉瑞安, 王為 申請人:天津師范大學(xué)