[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的眼控光标稳定方法

说明书

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的眼控光标稳定方法，涉及眼睛交互技术领域，包括以下步骤：通过预先基于眼动仪，将屏幕划分为若干区域，获取每个区域内的眼睛凝视偏差，并将双眼原始眼动轨迹数据通过加权平均转化为单一的屏幕坐标位置；将获取的屏幕坐标位置导入调整好超参数的卡尔曼滤波模型中获取修正后的位置坐标；通过在光标移动程序中导入修正后的位置坐标，实现眼控光标稳定悬停与平滑移动。本发明基于卡尔曼滤波模型，实现实时眼动轨迹数据到屏幕坐标位置的转换，通过前一时刻的光标位置进行先验位置估计，实时修正眼睛凝视位置，减少眼控光标的不自主抖动，使得眼控光标可以达到像鼠标一样的稳定悬停和平滑移动效果。

技术领域

本发明涉及眼睛交互技术领域，具体来说，涉及一种基于卡尔曼滤波的眼控光标稳定方法。

背景技术

几十年来许多研究人员已经在人机交互(HCI)领域中探索了基于眼睛交互的可行性，与基于鼠标的交互不同，眼动凝视不仅能实现高速的光标定位，而且实时的眼动信息可准确反映出用户的兴趣点，从而进一步推测用户下一步的交互意愿。随着眼动跟踪算法与眼动跟踪设备的不断改进，该技术能够提供更精确的注视特征估计。同时眼动跟踪也逐渐发展成为一种增强型输入技术，包括基于凝视的文本选择、基于凝视的电影字幕显示、眼动辅助的文件拖拽等。

到目前为止，尽管眼动凝视交互有着无可替代的优势，但是因为眼睛固有的抖动动作与设备误差难以消除这一关键问题，导致眼控交互技术无法在实际生活中普遍应用。当用户有意识地将目光固定在物体上时，眼球会存在震颤，漂移和微扫视三种非自愿运动。而眼动仪自身的精度误差，造成注视输入信号控制的眼动光标受到严重噪声的现象产生。与鼠标光标相比，眼动光标无法精确地固定在单点位置。同时由于实时的位置不确定性导致眼动光标不能平滑且准确的移动，因此容易造成视觉干扰，甚至产生“米达斯误触”。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于卡尔曼滤波的眼控光标稳定方法，以克服现有相关技术大多是直接将眼睛注视的位置信息转化为屏幕的光标位置，因此无法有效解决眼睛固有抖动和眼动仪误差带来的光标不规则抖动和难以平滑移动的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于卡尔曼滤波的眼控光标稳定方法，包括以下步骤：

预先基于眼动仪，将屏幕划分为若干区域，获取每个区域内的眼睛凝视偏差，并将双眼原始眼动轨迹数据通过加权平均转化为单一的屏幕坐标位置；

将获取的屏幕坐标位置导入调整好超参数的卡尔曼滤波模型中获取修正后的位置坐标；

通过在光标移动程序中导入修正后的位置坐标，通过前一时刻的光标位置对下一时刻进行先验估计，以达到眼睛凝视位置修正的作用，实现眼控光标稳定悬停与平滑移动。

进一步的，所述双眼原始眼动轨迹数据，包括原始眼动坐标数据收集，表示为以下步骤：

预先收集眼动仪的原始眼动坐标数据；

标定左眼原始眼动坐标为A(X₁,Y₁)，右眼原始眼动坐标为B(X₂,Y₂)；

其中，X₁，X₂为水平位置坐标，Y₁，Y₂为垂直位置坐标，

分别将左眼和右眼原始眼动坐标加权平均后得到一个实时的原始位置坐标P(X,Y)，其坐标值X，Y的计算如下，表示为：