电脑验光仪人眼跟踪系统的研究

摘要

随着近视人口数量的增长和科学技术的发展，人们对电脑验光仪的要求不断提高。现阶段电脑验光仪大多仅具备半自动人眼跟踪系统，即验光师手动调节和仪器自动调节相结合，人眼定位速度慢、精度差，自动化水平低。
　　本文在分析现有跟踪技术和验光仪的特点后，设计了一套基于光电跟踪技术的人眼跟踪系统，无需验光师手动调节即可实现人眼跟踪，是全自动的人眼跟踪系统。本文完成了系统的上位机和下位机设计。上位机主要包括视频图像采集、视频图像处理等模块，下位机主要包括硬件控制、三轴步进电机执行机构等部分。
　　视频图像采集模块基于主动光视觉法设计，使用同轴红外辅助光源照射目标区域，再通过摄像头采集目标区域内的眼角膜反射光斑图像，用API接口传输给视频图像处理模块。视频图像处理模块获取控制跟踪定位的脱靶量和控制对焦的清晰度评价参数，包括图像预处理、识别标记、参数计算等部分。
　　结合跟踪定位、对焦算法和步进电机工作原理，设计完成下位机FPGA主控板和专用三轴电机驱动板并实现具体功能。FPGA主控板通过串口接收指令，通过电机驱动板驱动执行机构，将步进电机的角位移转化为丝杠的直线位移，实现丝杠的精确定位，完成系统高精度跟踪定位功能。
　　经上下位机联合测试分析，验证本文设计的人眼跟踪定位系统图像处理算法、跟踪定位算法、对焦算法和硬件控制策略是切实可行的，系统具有很好的跟踪效果，并具有很高的跟踪精度。
　　本文最后对所做工作进行了归纳，并对下一阶段系统设计中需要改进的地方进行了展望。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 结构安排

第二章 人眼跟踪系统总体设计方案

2.1 人眼跟踪系统工作原理

2.2 人眼跟踪系统构成和工作流程

2.3 本章小结

第三章 上位机软件设计及实现

3.1 上位机程序总流程设计

3.2 视频图像采集模块设计

3.3 串行通信模块设计

3.4 跟踪定位算法设计

3.5 对焦算法设计

3.6 视频图像处理模块设计

3.7 上位机人机交互设计

3.8 本章小结

第四章 下位机硬件设计及实现

4.1 FPGA选型及简介

4.2 主控制板功能分析及实现

4.3 步进电机及其工作原理

4.4 Verilog硬件功能实现

4.5 本章小结

第五章 系统搭建及测试分析

5.1 系统平台搭建

5.2 系统工作流程

5.3 测试结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢