[发明专利]采用扫描仪与眼动仪确定注视点在三维场景中位置的方法

说明书

本发明公开了采用扫描仪与眼动仪确定注视点在三维场景中位置的方法，属于眼动追踪技术领域。其通过3D扫描仪对三维场景进行三维扫描与建模，再采用眼动仪对三个不共线点进行定位，建立从眼动仪到扫描仪两者之间的坐标转换关系。然后根据眼动仪的虚拟平面注视点坐标与眼睛坐标建立注视直线方程，通过设置圆柱阈值得到视线点集合，再通过与眼睛距离最小，搜选出注视点，然后通过求解注视直线垂直平面方法，进一步求解更精确的三维注视点坐标，并给出了坐标的解析表达式，从而实现了对眼睛注视的三维场景准确快速追踪。该方法避免了传统方法的解算复杂与计算量庞大的缺点。

技术领域

本发明涉及眼动追踪技术领域，特别涉及一种解决注视点位置在三维空间的解算方法。

背景技术

眼动追踪技术，又称视线追踪技术，目前主要应用于网页布局优化、场景研究、人机交互、虚拟现实、临床医学等领域。视线追踪目前都是依赖于眼动仪设备来实现的。目前市场上有头戴式和遥测式眼动仪两类。头戴式眼动仪需要在头部佩带头盔或眼睛上佩带眼镜，给被试增加了一定的负担。遥测式眼动仪无需给被试佩带任何装置，对被试的干扰性小，可以检测到被试自然状态的眼动数据。

视线追综最关键的技术是要确定注视点在兴趣区的具体位置。这就需要明确两方面的内容：一是确定被试的视线方向，二是根据视线方向确定注视点在所观察的兴趣区的具体位置，而要完成这项内容，需要明确被试眼睛、眼动摄像头、兴趣区的相互位置关系，即建立统一的坐标系。目前，眼动追踪技术中确定视线方向的方法包括眼电图法、电磁感应法、双普金野法、虹膜-巩膜边缘法、角膜反射法等，目前最常用的是瞳孔角膜反射法。而最终如何依据视线方向，确定注视点在场景中的具体位置是至关重要的一步。

头戴式眼动仪头盔上设置有两个摄像机，一个为红外光瞳孔摄像机，另一个为场景普通摄像机。红外瞳孔摄像机将眼睛的视频图像经数字化及瞳孔中心定位后与场景摄像机得到的视场视频信号一起送入控制单元进行同步叠加、进行注视点的标定(建立统一坐标系)及视场匹配，从而确定注视点在场景中的位置，检测过程中，场景摄像头相对于兴趣区的位置是时刻在变化的。遥测单一摄像头的检测范围目前大多局限于平面场景中兴趣区的检测，在检测过程中，摄像头和兴趣区场景的相对位置是固定的。

不管哪类眼动仪，都必须建立场景模型，该模型建立的精确与否直接会影响到注视点的定位精度。目前场景模型的建立主要有场景摄像机进行同步拍摄，拍摄建立场景模型。该种方法导致了后续分析时，需要面对巨量的眼动数据；遥测式单个摄像头眼动仪与平面场景的位置相对固定,通过标定过程就完成了场景模型的建立，即标定眼动仪、被观测物体与测试对象之间的相对位置关系，建了基于眼动仪的坐标系。目前多个摄像头的遥测式眼动仪种类较少，均为国外品牌。如澳大利亚公司的Facelab遥测式眼动仪包括两个独立的摄像头，通过一块标定板及标定过程建立统一的世界坐标系及场景模型。美国公司的SmartEye多摄像头眼动仪是一种是一款可以扩展到多个摄像头的遥测式眼动仪，大大增加了眼动仪检测的视野范围。Smart Eye配有一台场景摄像头，用于场景模型的建立，通过将场景与多个摄像头跟踪的眼动数据叠加，建立世界坐标系。

基于以上背景，本发明提供一种采用3D扫描建立场景模型，最终确定的注视点在x,y,z三个轴向的坐标的方法。该方法可以避免已有方法对巨量眼动数据进行解算标定的麻烦。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供采用扫描仪与眼动仪确定注视点在三维场景中位置的方法，进而至少在一定程度上客服由于相关技术的限制和缺陷而导致的复杂飞行器运动过程乘员加速度测量困难或者真实测量经济费用太高的问题。

本发明提供了采用扫描仪与眼动仪确定注视点在三维场景中位置的方法，包括如下步骤：