头盔瞄准显示系统眼球定位算法研究

摘要

随着现代空战环境的日趋恶化，对飞行员的战场态势感知（SA）能力提出了很高的要求，同时研制成功和相继列装的各种大离轴空空导弹以及具有很强超低空机动作战能力的武装直升机都需要实时性很强并可快速跟踪、截获的瞄准显示系统的快速发展。另外，欲取得空战的胜利，最明了的说法就是要做到“先敌发现”、“先敌开火”。这些需求促进了头盔瞄准显示系统的快速发展。论文正是在此背景下，对头盔显示器中人眼视线方向相对头部位置的跟踪做了深入的研究。通过研究各国眼动设备的技术状况，对比其运用的方法和技术，了解眼睛的结构及其眼动特性和测量方法，论述了眼跟踪技术的发展方向和未来。同时，在前人的基础之上，确定了一种视线方向跟踪方案。根据实时眼部图像的瞳孔中心点坐标与正视时的基准坐标偏差来跟踪视线移动的方向。该方案是建立在获得准确的单眼偏移角度的基础之上的，同时还要考虑保证运算速度的实时性。 本文运用中值滤波算法对采集到的图像进行滤波去噪预处理，结合固定阈值图像分割方法，采用Hough圆检测算法实时提取瞳孔中心坐标相对基准图像的偏移量，从而分别得到两眼偏转的角度。之后，根据双眼视轴的辐合原理，在测得左右两眼的视线角度的前提下，以正视方向（头部中心线的方向）为基准，运用几何关系分别得到XZ平面和YZ平面的转角分量，也就是说，实际的视线方向得到确定。利用Visual C++6．0和VFW为开发工具，进行了仿真架构搭建，并进行一定数量的试验，试验结果显示，该方案用于眼跟踪瞄准头盔系统是完全符合要求的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1头盔显示器简介

1.1.1头盔显示器概念及分类

1.1.2头盔显示器在现代空战中的主要作用分析

1.2视线跟踪研究的背景

1.3视线跟踪的国内外现状

1.4研究内容

1.5本章小结

2 眼球结构及其运动特征

2.1眼睛结构与视线模型

2.2眼球运动的基本形式和规律

2.2.1眼球运动的基本形式

2.2.2眼球运动的规律

2.2.3眼球的光学特性

2.3视线跟踪技术的理论基础

2.3.1计算机视觉理论

2.3.2模式识别理论

2.3.3图像处理理论

2.3.4眼球运动的测量方法

2.4视线跟踪技术的硬件实现

2.4.1视线跟踪系统类型

2.4.2视线跟踪设备的性能

2.4.3国内外眼动设备研究现状及性能比较

2.4.4视线跟踪数据处理软件

2.5本章小结

3跟踪系统设计

3.1摄像系统光路设计

3.1.1跟踪系统原理图

3.1.2系统光路设计

3.2视线跟踪方法

3.2.1普尔钦斑点法

3.2.2视频图像处理法

3.2.3两种方法比较

3.3视频图像处理算法研究

3.3.1阈值化分割算法

3.3.2 Hough变换原理及应用研究

3.3.3瞳孔中心的提取

3.3.4视线方向判断算法

3.4本章小结

4视线角度计算及仿真

4.1眼点的概念及定位

4.2转动角计算

4.2.1 XZ平面内的转角分量

4.2.2 YZ平面内的转角分量

4.3仿真系统开发环境

4.3.1 Visual C++6.0特性

4.3.2 VFW简介

4.4仿真实验构架

4.5程序流程图

4.6试验结果及误差分析

4.4.1试验程序界面及结果

4.4.2误差分析

4.7本章小结

5结论

5.1课题研究结论

5.2今后研究工作的方向和建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢

附录:关于"当前高校学生资助状况"的调查问卷