[发明专利]一种可穿戴眼动和面部表情同步采集系统

说明书

本发明公开了一种可穿戴眼动和面部表情同步采集设备及系统，属于心理学和情感计算技术领域。一种可穿戴眼动和面部表情的同步采集系统，主要包括同步采集系统模块、耳挂式托架模块、图像采集模块和识别算法模块，本发明创新设计了采集设备的结构和摄像头硬件，结构上避免面部关键区域的遮挡；通过在眼动摄像头引入红外补光和滤光技术，使瞳孔边缘更清晰；设计新型瞳孔识别算法FILSAC，能更精确的识别瞳孔区域并标记注视点；基于实时操作系统，设计微秒级延迟的同步机制，实现眼动图像和表情图像的严格同步。

技术领域

本发明涉及心理学和情感计算技术领域，尤其涉及一种可穿戴眼动和面部表情同步采集系统。

背景技术

眼动和表情作为人们一种自发的行为，可以直接或间接地反映被试当前的心理状态。眼动分析仪作为眼动行为的重要测量仪器，常用于心理学领域,在心理学实验中的应用主要是通过对眼睛活动的精确描述来推断其所反映的认知活动。其中主要从三个方面来描述人类的眼动行为：注视点，即人眼停顿下来注视某一点；扫视，即人眼从一个注视点往下一个注视点的运动过程；瞳孔大小。这种非侵入式设备能够方便的进行数据采集，操作方便。表情是一种快速的，不易察觉的表情，可以表达了真实的情感和意图，表情和眼动的融合分析可以捕获多模态数据的模态表示和跨模态互补相关性。而融合分析的时间同步十分重要的。人的眼动行为在毫秒级就可以完成的，表情变化微弱且迅速。精确的时间同步是多模融合分析的前提。

眼动表情融合分析逐渐应用在各个领域，在检测疲劳中，通过观察驾驶员的眼动行为和表情变化，可以判断其是否处于疲劳状态。在临床中，眼动仪可以作为一种诊断的工具，通过测试病人眼动的功能来诊断相应的精神疾病。在焦虑、抑郁、孤独症等精神障碍诊断和研究中，研究者通过心理学刺激范式或认知任务下被试的眼动指标和表情变化，对其精神状态做客观量化的评估。

发明内容

本发明提供了一种可穿戴眼动和面部表情的同步采集系统，设计开发了精确测量眼动指标的可穿戴眼动仪，该眼动仪对面部关键区域无遮挡；发明了新型瞳孔识别算法，并且能够实时精确的识别瞳孔的边缘与中心点；基于实时操作系统，设计微秒级延迟的同步机制，实现眼动和表情的严格同步。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种可穿戴眼动和面部表情同步采集系统，包括有同步采集系统模块、耳挂式托架模块、图像采集模块和识别算法模块；

所述同步采集系统模块设计有实时同步机制，采用内存文件系统；

所述耳挂式托架模块包括包括有一种可穿戴眼动和面部表情同步采集设备，所述一种可穿戴眼动和面部表情同步采集设备包括有3D打印支架，所述3D打印支架上连接有摄像装置；

所述图像采集模块包括有表情摄像头子模块、眼动摄像头子模块和前景摄像头子模块；

所述识别算法模块包括有图像去噪技术子模块、腐蚀边缘检测子模块和瞳孔分割子模块。

优选地，所述同步采集系统模块包括有实时进程子模块和非实时进程子模块，所述同步采集系统模块上还链接有进程预加载单元、实时同步信号单元和多处理器单元。

优选地，所述3D打印支架采用弹性尼龙材质制成，所述3D打印支架包括有耳挂支架、延长臂和后方支架，所述后方支架设计为半环状，所述耳挂支架固定连接在后方支架的开口末端上侧，所述耳挂支架与人体耳廓相匹配，所述延长臂固定连接在后方支架的开口末端下侧；所述摄像装置包括有前景摄像头和眼动摄像头，所述前景摄像头固定连接在右侧耳挂支架前端，所述眼动摄像头转动连接在延长臂远离后方支架一端上，所述眼动摄像头设置有两个。

优选地，所述表情摄像头子模块、眼动摄像头子模块和前景摄像头子模块上分别链接有表情图像采集单元、眼动图像采集单元和前景图像采集单元，所述眼动图像采集单元上还链接有红外补光处理单元和滤光处理单元。