基于人眼运动特征的眼动操作系统若干关键技术研究

摘要

随着科技的发展，眼动操作系统作为高级人机交互的重要应用之一，逐渐成为当前国内外相关科研领域的热点课题，已经被应用到医学、心理学、广告学等领域，尤其在军事、航空航天等方面具有重要的意义。目前，眼动操作系统仍处于研究的初级阶段，因此对于其关键技术及控制信息指标的研究具有重要的实践意义和理论价值。
　　 本文概括叙述了眼动操作系统技术的发展现状，总结了当前眼动操作系统在发展中所遇到的问题及其发展方向，分析了眼动操作系统的整体概念、人眼结构及眼睛的基本参数指标等基础知识进行，并根据眼睛运动基本形式的数据范围对眼动操作系统的结构及性能要求进行了研究与分析。在眼动操作系统中，将人眼运动的基本形式作为眼动操作新系统信息输入部分的输入信息，包括注视、眼跳、平滑尾随跟踪三种，其中注视作为眼睛运动中捕捉外界信息的最重要途径，本文对其进行了详细深入的分析。
　　 眼动跟踪技术是眼动操作系统中信息输入部分的关键技术，也是整个眼动操作系统的核心技术之一，本文对其进行了深入探索研究，在前人研究的基础上对眼动跟踪技术进行了重新分类，同时，对该技术的2D及3D两种方式作出比对，分析了两者的不同应用场合。
　　 本文根据眼动操作系统的结构，详尽的分析了控制输入部分的两个关键控制信息，并结合眼动仪的先进手段进行实验验证。第四章中深入研究了现阶段常用眨眼检测方法，并对眨眼控制信息进行了分析和实验验证，设计实验检测眼睛疲劳对眨眼控制的影响，最终得到对眨眼控制精度影响最小的注视时间阈值；第五章对于控制输入部分的另一个关键控制信息--注视时间进行了详细深入的研究，首先通过分析发现在人眼的注视过程中，眼睛会不自主的进行无规则的抖动，而这种抖动的范围具有一定的规律且其大小不可忽视，因此本文对注视抖动进行了的实验设计与结果分析，实验结果表明注视抖动的范围在1°以内，设计眼动操作系统时应予以注意，最后通过实验验证了眼睛疲劳是否对注视位置精度有所影响。