基于Windows平台的眼动仪设计与应用研究

摘要

眼动仪是通过测量人眼观察外界时眼睛某些特征变化实现视线跟踪的仪器，在众多领域都有广泛的应用，是近年来研究的热点。本文的主要内容包括两方面:(1)基于Windows平台的头戴式眼动仪系统设计与实现(2)眼动仪应用开发。
　　在头戴式眼动仪系统设计与实现方面，本文详细论述了整体系统的设计、实现、调试及测试。本文首先设计了眼动仪系统整体框架，详细论述了框架中各个功能模块实现。然后用多线程将相关功能模块整合，设计了一种高效的无锁队列用于解决线程间数据耦合紧密，性能低下，编程复杂的问题。针对系统调试过程中出现的疑难问题，本文深入其原因并给出解决方法。最后对所设计的眼动仪进行测试，结果表明所设计的眼动仪功能正常，眼图/场景图处理算法可运行时间接近理论上限，视线跟踪精度在1°以内，整个系统具有较高的可用性。
　　本文还研究了眼动仪的两种应用实现:视线打字和用户感兴趣区域识别。对于视线打字应用，本文首先设计并实现了视线打字支持界面，然后研究了视线估计点平滑方法，设计了一种将扫视和注视实时区分后再与均值滤波相结合的视线估计点平滑方法。该方法在用户注视时具有较好平滑效果，同时又可以实时响应用户大范围扫视。随后设计了一种用户目标字符判定方法，该方法仅靠视线就可以稳定输出字符。最后对所设计的视线打字系统进行了测试，结果表明该视线打字系统能达到50字符/分的输入速率，准确度在90％以上。对于识别用户感兴趣区域应用，本文设计相关实验，首先采用I-DT分类算法对用户观察场景的视线估计点进行分类并对结果进行分析，指出存在的问题。然后提出用方差作为视线估计点分散程度度量准则。对比分析结果表明用方差作为视线估计点分散度度量准则时阈值选取更加方便，但分类误差稳定性不如标准I-DT分类方法。但从平均误差来看，两种方式差别不大。

目录

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摘要

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表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 论文的选题背景

1．2 眼动仪国内外发展现状

1．3 眼动仪应用现状

1．4 选题的目的和意义

1．5 本文主要工作与论文结构组织

第二章 视线跟踪技术及windows应用开发

2．1 视线跟踪技术

2．1．1 人眼生理结构

2．1．2 视线跟踪方法概述

2．1．3 本文眼动仪所采用的视线跟踪方法

2．2 多线程

2．2．1 多线程概念与优点

2．2．2 线程同步方法

2．2．3 多线程技术在本文系统中的使用

2．3 肛C框架与消息处理简介

2．4 驱动开发方法

2．4．1 WDM驱动开发模型

2．4．2 IRP和硬件中断处理

2．4．3 本文系统使用的中断和硬件操作函数

2．5 眼动仪硬件系统介绍

2．6 本章小结

第三章 眼动仪系统设计与实现

3．1 眼动仪系统设计要求

3．2 眼动仪系统框架设计

3．3 眼动仪系统各个模块实现

3．4 眼动仪系统线程设计

3．4．1 线程任务分配与线程之间关系

3．4．2 无锁队列的设计与实现

3．5 眼动仪系统调试关键问题分析与解决

3．5．1 眼动仪死机问题与解决

3．5．2 眼动仪图像显示失真问题与解决

3．5．3 眼动仪界面闪烁问题与解决

3．6 眼动仪系统测试

3．6．1 眼动仪系统线程正确性测试

3．6．2 眼动仪图像采集帧率测试

3．6．3 眼动仪视线跟踪精度测试

3．7 本章小结

第四章 眼动仪应用开发示例

4．1 眼动仪视线打字应用研究

4．1．1 视线打字界面设计与实现

4．1．2 眼动仪输出视线估计点特点与平滑算法

4．1．3 视线打字目标字符判定方法

4．1．4 视线打字系统测试

4．2 眼动仪用户感兴趣区域识别应用研究

4．2．1 视线估计点分类算法

4．2．2 实验与结果分析

4．2．3 感兴趣区域识别实例

4．3 本章小结

第五章 结束语

5．1 工作总结

5．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

作者简介