基于嵌入式硬件架构的视线定位算法研究

摘要

人是通过眼睛获得绝大部分信息，如果能够直接使用视线来进行一些人机互动将会极大方便人们的生产生活。视线追踪技术的关键是要侦测人类眼睛注视的方向。现今主要实现方法是通过定位人类眼睛视线落点，建立使用者与电脑间新的互动方式，但传统的视线追踪方式，主要利用红外光线反射原理、配戴视线追踪装置或眼动图资讯等，不仅所需硬件成本较高，且有些光线反射装置更可能对人眼造成的伤害，或者需要用户在头部佩戴或安装专门的设备使用上极不方便。目前视线追踪技术主要应用在医学方面、军事方面、智能交通等领域。且随着人机互动技术的发展，视线追踪技术成为越来越热门的研究领域。本研究工作主要为改进一个能够基于嵌入式且硬件要求低的视线追踪方法。
　　在本研究中，为了克服传统的视线追踪方式的不足，依据以下要求:一不需要各种昂贵的眼动仪;二满足硬件成本非常低，处理器运算负荷尽可能小;三只需要进行简单相机设置能够满足用户。四适应于任何形状尺寸的屏幕。使用前无需要进行标定需，且无需用户校准，简单易学;五高视线跟踪的精度并且可以修正头部运动带来的定位误差，使用时可以允许头部运动。提出了新的非接触式三维视线追踪的方法。即基于三维模型的视线追踪方法:以眼睛影像为基础的视线追踪方式，能够提供使用者较宽松的环境即不要在头部佩戴昂贵且笨重的设备，并提供一定范围的准确度视线定位。本文所设计算法针对视线跟踪在保证高检测率和较低工作频率的条件下，消耗的资源相对较少，并且定位精度高，能够修正误差。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 视线跟踪技术研究的背景和意义

1．2 视线跟踪技术的现状

1．2．1 国外视线跟踪技术的现状

1．2．2 国内视线跟踪技术的现状

1．3 研究内容

1．4 论文研究内容和组织结构

第2章 视线追踪算法

2．1 视线跟踪使用主要方法及其原理

2．2 平台架构

2．3 存储器的选择

2．3．1 程序存储器的选择

2．3．2 NAND FLASH MLC和SLC的区别

2．3．3 存储器映射I／O

2．4 内核源代码的执行流程

2．5 BootLoader

2．6 OV7610图像传感器

2．7 OV7610与S3C2440A接口

2．8 瞳孔中心定位主要算法

2．9 图像预处理算法

2．9．1 二值化和腐蚀膨胀运算

2．11 肤色模型

2．14 基于交比的视线跟踪

2．15 小结

第3章 眼部特征提取算法研究

3．1 区域质心算法

3．2 头部方向的估算

3．2．1 采集到的图像上有两只眼睛

3．2．2 采集到的图像信息中只有一张眼睛的信息

3．2．3 采集到的图像信息中没有眼睛的信息

3．3 瞳孔边缘扫描

3．4 嵌入式处理器运算能力

3．5 整数运算以及浮点数运算瓶颈实验比较

3．6 实验以及结果分析

3．7 小结

第4章 基于交比的视线定位算法及其误差修正

4．1 头部运动引起的误差

4．2 提取图像特征所用坐标系的选择

4．3 投影平面

4．4 头部位移定位

4．5 实验及实验数据分析

4．5．1 实验设计

4．5．2 实验结果

4．7 小结

结论

参考文献

致谢