[发明专利]用于确定眼睛的姿势的方法和系统

说明书

确定使用者的眼睛的姿势，通过：提供眼睛的参数化3D模型，所述模型包括已被校准的参数集；采集(步骤S11)该眼睛的至少一个跟踪图像；在所采集的跟踪图像中标识(步骤S12)多个表征性特征；将所述表征性特征与已校准的3D模型的光学投影的相应特征进行拟合(步骤S13)，从而形成方程组；以及对该方程组进行数值求解(步骤S14)，以确定该眼睛的姿势。

技术领域

本发明涉及基于眼睛的3D模型的眼睛姿势检测。

背景技术

存在多种途径来基于一个或若干个图像传感器采集的图像来确定人的眼睛姿势或注视方向。通常，眼睛的模型与所获取的图像相关，从而确定注视方向。

一种途径是使用眼睛的3D模型。常规地，此类方法将包括校准阶段，在该校准阶段中通过分析所采集的图像数据来解析地确定3D模型的比如角膜尺寸和曲率等基本参数。在进行这样的校准之后，可以使用该模型和眼睛图像来解析地确定注视方向，可以从该眼睛图像中标识出闪烁以及瞳孔或虹膜。

上述途径可以很好地起作用，但是要求许多计算是解析性的通常导致使用过于简化的模型。如果使用更复杂的模型，找到解析解将变得非常复杂。

发明内容

本发明的目的是缓解上述问题，并且使用眼睛的3D模型来提供在计算上更有效的眼睛姿势检测，还允许更精细的模型。

根据本发明的第一方面，此目的和其他目的通过一种用于确定使用者的眼睛的姿势的方法来实现，该姿势包括眼睛的位置和取向，该方法包括：提供该眼睛的参数化3D模型，该模型包括已被校准的参数集；以及确定该姿势，通过：采集该眼睛的至少一个跟踪图像，在所采集的跟踪图像中标识多个表征性特征，将这些表征性特征与已校准的3D模型在该跟踪图像的图像平面上的光学投影的相应特征进行拟合，从而形成方程组，以及对该方程组进行数值求解，以确定该眼睛的姿势。

根据本发明的实施例，通过求解通过将眼睛的图像与3D模型在图像的图像平面中的光学2D投影进行比较而生成的方程组，来数值地执行对眼睛姿势的检测。这些方程可以是非线性的。方程组中的方程的数量由可以可靠地标识在图像中并映射到经投影的3D模型中的相应特征上的特征的数量确定。这些特征在图像中应是不同的，并且可轻松地从经投影的3D模型中提取。这样的特征的实例包括瞳孔中心点、瞳孔轮廓、以及虹膜轮廓的形状和尺寸。

该3D模型可以包括眼睛的角膜和瞳孔，在这种情况下，该参数集可以包括在该瞳孔与该角膜的远点之间的距离、该角膜的曲率、以及该角膜的半径。这样的参数对于建模眼睛的个体变化是有利的，并且可以使用本发明有效地校准。

“眼睛的姿势”是指六个自由度的位置(取向和地点)。眼睛姿势可以相对于“头部空间”、即在与头部对齐的坐标系中来表示。但是典型地，眼睛跟踪系统的最终输出是在空间的参考坐标系中表示的眼睛姿势。

“光学投影”是指从图像平面观看时3D模型的视觉外观。眼睛的外部部分(例如角膜的边缘)将简单地投影到平面上，而内部部分(例如瞳孔)将通过角膜表面折射。除了任何几何参数之外，3D模型将因此包括用于对角膜与周围介质(例如空气)之间的折射进行建模的光学参数。实际上，折射将由具有不同折射率的介质之间的一系列界面引起。然而，折射典型地通过单一界面和单一折射率来建模。此“总”折射率可以通过实验确定，并且相对接近盐水溶液的折射率。

另外的合适参数包括眼睛的光轴线与眼睛的视轴线之间的空间角，该空间角被表示为笛卡尔空间中的两个角度、或以光轴线作为Z轴的圆柱空间中的两个角度。如本领域技术人员将了解的，光轴线是经过眼睛的中心和瞳孔的中心的轴线，而视轴线是经过黄斑和瞳孔的结点的轴线。出于实际原因，结点典型地以瞳孔的中心或与角膜对齐的球体中心来近似。

根据一个实施例，使用在空间上彼此分离的两个图像传感器来采集至少两个跟踪图像。在这种情况下，将针对两个或更多个图像执行标识表征特征和使表征性特征与3D模型的投影拟合的步骤，从而形成更大(例如，两倍大)的方程组。