视线追踪技术在网页关注点提取中的应用研究

摘要

视线追踪技术也叫眼动跟踪技术，其利用电子、机械、光学等各种检测手段，获取用户当前眼睛的状态，进而分析得到用户眼睛当前凝视位置。本文研究的目的在于，实现一个非穿戴式的视线追踪系统，并用该系统来帮助进行网页的关注点提取，利用视线追踪技术为网页可用性分析带来可靠的数据支持，为网页设计提供科学的参考。本文研究的重要性在于，网页关注点是用户浏览网页时，视线首先注意到的位置及停留时间较长的位置，网页关注点提取对于网页可用性测试、网页设计及开发都有较大的数据支持作用，并最终能产生较好的经济效益。传统的网页关注点分析技术主要从用户浏览网页时点击等操作结果的角度进行，很难分析网页设计好坏的内在原因;所谓“眼睛骗不了人”，视线追踪技术从视觉信息加工的角度，为网页关注点提取提供了新的、高效的途径。本文首先研究人眼的视觉机制以及视线追踪方法的发展及原理，确定本系统利用瞳孔-角膜反光法实现;在系统开发阶段先进行视线参数检测和人眼特征提取，然后利用基于粒子滤波的方法进行瞳孔跟踪，进而利用得到的双眼瞳孔及普尔钦斑的位置坐标进行视线方向计算，最终得到用户浏览网页时的视线落点，提取出网页关注点。
　　本文的研究中成功设计并开发出一个实时的、较精确的非穿戴式视线追踪系统，并用该系统提取出用户浏览网页时的关注点，将视线追踪技术应用于网页关注点提取。目前国内对视线追踪及瞳孔跟踪方法的研究不多，落后于国外的研究进度和成果，利用粒子滤波的方法进行瞳孔跟踪更是少有提及。本文的瞳孔追踪方法基于SIR，补充了这方面的一些内容。同时设计了四个近红外LED光源产生四个普尔钦斑的方法，较有创新性，降低了视线方向计算的难度;还创新地使用透视变换的方法计算视线方向，算法效率高，复杂度低。本课题实现的视线追踪系统效率较好，在相对较低廉的成本下即可进行实时、较精确的视线追踪，用户在普通PC上即可实现对网页关注点的提取，相比以往价格昂贵的眼动仪，本课题的成果有较好的可推广性。因为视线追踪技术特殊的优势，提取网页关注点后对网页设计帮助很大。本研究对视线追踪系统的开发和应用有较大参考价值，能对网页关注点提取和网页的设计提供客观科学的数据支持。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题来源和目的

1．2 课题的研究背景

1．2．1 眼动的概念

1．2．2 视线追踪技术的发展

1．2．3 视线追踪方法

1．2．4 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

1．3．1 技术路线及理论依据

1．3．2 实验基础

1．3．3 预期研究结果及其意义

1．4 论文的结构

2 系统设计方案

2．1 系统原理

2．2 系统的硬件结构

2．2．1 系统硬件介绍

2．2．2 系统硬件结构及功能

2．3 系统的软件结构

2．3．1 软件开发环境

2．3．2 系统软件结构

2．4 本章小结

3 视线参数检测

3．1 人脸及人眼检测

3．1．1 AdaBoost算法

3．1．2 人脸检测

3．1．3 人眼检测

3．2 普尔钦斑点检测

3．2．1 图像二值化

3．2．2 普尔钦斑轮廓检测

3．2．3 计算普尔钦斑中心坐标

3．3 瞳孔中心检测

3．3．1 方框滤波

3．3．2 图像二值化

3．3．3 霍夫变换检测瞳孔

3．4 本章小结

4 瞳孔跟踪

4．1 粒子滤波的原理

4．2 粒子滤波跟踪瞳孔的过程

4．2．1 初始化阶段-提取瞳孔特征

4．2．2 跟踪阶段

4．3 实验结果

4．4 本章小结

5 视线方向计算

5．1 透视变换原理

5．2 视线方向计算过程

5．3 视线方向计算结果

5．4 本章小结

6 网页关注点提取实验

6．1 实验环境

6．2 实验设计

6．2．1 参与测试的人员

6．2．2 实验任务

6．3 实验结果及分析

6．3．1 搜索时间影响

6．3．3 网页关注点影响因素

6．4 本章小结

7 结论

7．1 工作总结

7．2 课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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