[发明专利]一种视线追踪系统Kappa角标定方法及标定装置

说明书

本发明提供一种视线追踪系统Kappa角标定方法及标定装置，能够实时确定眼球处于任意位置处的视轴方向。所述方法包括：在标定过程中，建立眼球坐标系并确定眼球在标定位置处的视轴方向，根据建立的眼球坐标系及确定的眼球在标定位置处的视轴方向，标定Kappa角的值，其中，眼球坐标系为三维坐标，Kappa角为光轴与视轴之间的夹角；在视线估计过程中，根据标定的Kappa角的值，确定眼球在标定位置处和任意位置处眼球坐标系之间的变换矩阵，根据确定的变换矩阵，利用眼球在标定位置处的视轴方向实时确定眼球处于任意位置处的视轴方向。本发明涉及图像处理领域。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别是指一种视线追踪系统Kappa角标定方法及标定装置。

背景技术

视觉跟踪系统的实现方法经历了一个很漫长的过程。从早期的直接观察法，到后来发展成眼电图法(EOG)、接触镜法，瞳孔角膜反射法等等。一般来说，视线跟踪系统可以分为接触式和非接触式两大类，由于接触式跟踪系统需要在试验者眼部贴上一些辅助感应器(如电极，眼帖片等)，这对试验者产生了很大的干扰，给使用者带来了极大的不便。同时随着摄像机及计算机技术的逐步发展，传统的接触式方法也因而逐渐被非接触式的光学图像技术所代替。

基于瞳孔角膜向量(Pupil-Corneal reflection，PCR)反射技术的2D视线跟踪系统对头部的位置比较苛刻，视线跟踪的误差也随着头部的运动(例如，平移、转动和俯仰)急剧增加，这也是阻碍这种技术广泛应用的主要原因。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种视线追踪系统Kappa角标定方法及标定装置，以解决现有技术所存在的由于头部运动，导致视线跟踪误差大的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种视线追踪系统Kappa角标定方法，包括：

在标定过程中，建立眼球坐标系并确定眼球在标定位置处的视轴方向，根据建立的眼球坐标系及确定的眼球在标定位置处的视轴方向，标定Kappa角的值，其中，眼球坐标系为三维坐标，Kappa角为光轴与视轴之间的夹角；

在视线估计过程中，根据标定的Kappa角的值，确定眼球在标定位置处和任意位置处眼球坐标系之间的变换矩阵，根据确定的变换矩阵，利用眼球在标定位置处的视轴方向实时确定眼球处于任意位置处的视轴方向。

进一步地，所述建立眼球坐标系并确定眼球在标定位置处的视轴方向包括：

在标定过程中，以角膜曲率中心C₁为原点，以眼球光轴为第一方向轴，以与第一方向轴垂直并相互垂直的任意两条直线分别为第二方向轴和第三方向轴，建立眼球坐标系，其中，C₁为标定位置；

在屏幕上标定点Pc，由角膜曲率中心C₁和标定点坐标Pc确定眼球在标定位置处的视轴方向。

进一步地，所述根据建立的眼球坐标系及确定的眼球在标定位置处的视轴方向，标定Kappa角的值包括：

通过公式标定Kappa角的值，其中，E₁为瞳孔中心。

进一步地，所述根据标定的Kappa角的值，确定眼球在标定位置处和任意位置处眼球坐标系之间的变换矩阵包括：

设眼球在标定位置C₁处，眼球光轴方向向量为O₀＝[x₀ y₀ z₀]^T，视轴方向向量为V₀＝[x′₀ y′₀ z′₀]，角膜曲率中心为