一个低成本的眼球追踪系统，用于监测眼球固定外文翻译资料

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一个低成本的眼球追踪系统，用于监测眼球固定

论点提交

大连海事大学

在一定程度上满足了对学位的要求

计算机科学硕士

通过

Athuman穆罕默德

(计算机科学与技术)

导师:副教授付先平

2014年6月

摘要

追踪人类眼球运动的能力代表了一种能力独特的研究方法。我们处理视觉信息的方式是我们在现实time.Numerous从事各种任务学科科学研究,如计算机科学、神经科学和实验心理学可以从眼动跟踪技术中获益。潜在的认知过程和视觉processes.Cognitive量化任务心理学家,研究人员阅读,可用性分析,运动科学家,电工程师、所用的神经生理学等,都有一个既得利益眼动跟踪是出于不同的原因。不幸的是,虽然有意义随着眼球追踪技术的进步，商用系统的成本仍然高得令人望而却步广泛使用。即使在残疾用户的情况下,有能力的人负担得起这样的系统是一小部分人可能会受益于这项技术。本论文的目标是开发一个低成本的眼动跟踪系统架子上的组件可以在当地的商店购买。跟踪器将比在市场上现有系统,易于使用、可伸缩的和兼容所有主流操作系统。捕获软件将利用现有的开源、跨平台的软件工具对计算机视觉、图像处理和图形用户界面设计。跟踪器将能够实时监控用户的注视点(注视点)时间和注视信息存储在本地存储进行进一步分析。

这篇论文可能对那些想要探索人类的人有特别的兴趣认知行为，它将以某种方式为未来眼睛的设计者提供指导跟踪系统。

关键词:眼动跟踪,眼睛注视点

第一章 介绍

眼动跟踪研究已经进行了多年的研究和分析

人类在执行自然任务时的视觉注意和认知过程的模式

(如。购物、驾驶、阅读等)。在这些研究中，眼球运动通常是

分析了定位,扫视。我们的大脑实际上结合了视觉

图片我们看到通过连续停留到视觉场景。通过分析

眼睛注视点我们可以回答关于个人视觉注意力的问题

在不同的自然场景中的对象,处理这种视觉的时间进程

信息以及大脑如何提取和使用视觉信息【11】

近年来,眼动跟踪发展迅速从一个利基产业和

用于科研目的的科学实验室技术成为标准的分析工具

了解人类的思想和行为

人机交互(HCI)的关键组件。

它抓住了许多人的想象力

可能的下一代交互方法

控制智能手机、电脑游戏、TVs.Etc。

尽管眼球追踪技术的进步,眼球追踪器的价格

被克服的一个障碍。许多供应商不在线offerpricing信息,

对于那些少数人提供,表明theseequipment出售在一个非凡的

昂贵的价格。【3】【4】A11rington Research眼部追踪器起价1000美元(6000美元)

元),Tobii X2-30成本每月699美元(4200元)雇佣通过他们的订阅

程序。另一个供应商是EyeTech数字系统,收费5000美元(约

60000元1 foahe眼动跟踪软件。这些趋势表明，高成本的

硬件和软件解决方案使得th技术不能用于普通用户。

1.2本论文的目标

眼球追踪系统的潜在用户抱怨称，眼球追踪器的高成本限制了这一趋势

眼动跟踪技术在应用和界面中的应用研究

发展,所以技术引起了本身的高成本和低的恶性循环

需求。造成眼球追踪系统高成本的一些因素是·硬件成本:商业的眼睛

追踪器使用自定义、小贵,高收入

分辨率摄像机能够高刷新率,装备也来了

定制的、高质量的帧,【6】·开发成本:商业眼动跟踪系统依靠他们自己的习俗

为可靠的眼动跟踪api和软件。为了达到这一目标供应商必须在研究investmuch需要几年才能完成。16]ese问题引发了两个问题,如何构建一个眼动跟踪硬件利用办嘞质量,可以轻松买到,eap现有shelfparts,任何人

可以在当地的电子商店挑选吗?“lsquo;如何使用现有的开源软件和视觉库来开发眼球追踪器

申请,这是接近商业将利用上面的眼动跟踪的

rdware吗?本文的目的是探索低成本眼球追踪器背后的技术

盟友用学到的知识来构建一个低成本的眼睛跟踪系统。3相关中航一直是许多研究几乎是类似于这个,由

rious大学在世界各地。最相关的和最重要的

抛物线形从提出系统是本研究;·OpenEyes啊

OpenEyes是一个开源的眼球跟踪系统，可以同时在两种眼睛上操作

可见光谱或变量照明条件。这种方法的这部小说是itautomatically iris-pupil边界之间的开关,在昏暗的灯光下跟踪

在明亮的光线追踪iris-sclera边界跟踪。追踪软件很旧

干旱的需要自定义修改使用USB摄像头. .这是一个开源的眼动仪，是由美国IT大学开发的

哥本哈根会议旨在为商业眼球追踪提供一个低成本的替代品

系统。跟踪软件与装有红外线的相机配合使用夜视或修改网络摄像头和红外照明补充道。跟踪器

软件在Microsoft windows只在这个论文的时候。

·学生19)

这是一个最好的开源软件目前available.It眼球追踪

开始作为一个硕士论文M1T积极。【12】社区驱动的项目。

瞳孔独立于平台，仰视为单目和双眼凝视

估计。功能先进的算法准确的目光估计,真实的

时间瞳孔检测与跟踪和校准程序。尽管PUPIl_,

跟踪软件在理论上是平台独立的,它不会工作在低

驱动的计算机。

1.4论文的路线图

本文共分七章，分别以a

顶级·时尚;

·第二章给出了凝视互动的一些背景信息，包括

眼睛的解剖,视线跟踪技术的历史和视线跟踪

技术。

·第三章展示了开发低成本眼动仪头盔所需的硬件

最后，本章将展示如何使用

组件进行了讨论。

·第四章继续详细描述眼睛的总体概况

跟踪系统,包括al l它所使用的算法。

·第四章算法的实现，包括算法的选择

开源开发工具将在第5章讨论。

·在第六章中，我们进行了一系列的实验来验证系统的算法

发展。

·第七章是论文的结束语，主要讨论了在开发过程中取得的经验

提出系统最后提供fewsolutions改善系统。I.4Authorship

我在此声明，这篇论文是我自己的工作和努力，并没有

提交的任何地方

任何

奖。1也宣布,由规则和要求

行为,我已经完全引用和引用的所有材料和结果不是原创

第二章 背景

本章的目的是简要介绍人眼，并提供简短的介绍

解释的重要条件。我们专注于眼睛的可见部分(externaland过渡层)。同时,我们解释了如何记录和眼球运动

处理眼睛追踪器。一些基本概念与数学模型有关

眼图像在图像传感器形成的方法追踪眼球运动和generalconcept ofvideo基于眼动跟踪系统还将简要discuss.2.1人眼解剖

研究了人眼很多年了。它是一个复杂的感官，给我们视觉，让我们观察和学习更多关于我们的

环境。我们用它们几乎在每一个活动,看电视,阅读信息在手机,写电子邮件和在很多很多方面。我们的眼睛

让我们比其他四个国家更多地看到和了解周围的世界

感官。大多数的我们可能会同意,我们的眼睛是organswith的感官比所有其他的值。

眼睛是一个

位于a中的椭球体结构

骨腔(亦称眼眶或眶)

位于颅骨正面，平均直径24毫米图1)。眼睛充满了果冻状透明的液体称为viWeous humor.The

视网膜是眼睛的最内层，它充满了神经细胞网络，称为视网膜

视杆细胞和视锥细胞的视觉信号通过视神经传递到大脑。虹膜就像

镜头光圈,它有一个开在中间叫学生。虹膜是由

肌肉,改变瞳孔的大小通过收缩和放松。它规定了

光线进入眼睛。角膜是透明圆顶,它作为外

窗口的眼睛。我们从别人的眼睛里看到的反射通常是来的

从角膜。镜头是一个

眼睛内部的放大镜，帮助聚焦光线

视网膜。它位于虹膜后面，是独一无二的，因为它没有任何神经支配

vascula-zation

2.2眼部肌肉(眼外肌肉)

为了优化感知和维护视力在每个注视的位置,它是

需要完全控制眼球的运动。我们的眼睛有能力

高度专业化的运动如缓慢追求动作,即时改变

固定到另一个点等等。

每个人眼有3双控制其movements.f13肌肉(图21】

这两对肌肉被称为直肌，它们的主要功能是

简单。上直肌和下直肌把眼睛拉上拉下

分别。内侧腹直肌和腹直肌外侧把眼睛分别。

最后一对,斜的肌肉,肌肉的非常复杂的眼球运动

功能。当眼睛指向下方时，上斜肌将眼睛向下拉

剂量。下斜拉力

我们的眼睛由一个中心区域协调

一个类似于汽车的前轮。

2.3眼球运动

眼球运动是人类活动最频繁的。【22】在我们的

日常活动我们没有意识到各种类型的眼球运动。

这些运动发生在眼部肌肉的活动的结果,介绍了

(2.2节)。基本上有三种类型的眼球运动被认为是

重要的在处理视觉信息:跳阅、追求和Fixation.The光滑

每种类型的运动功能如下解释。

Z.3.1跳阅

这些都是快速眼动,这是通常,共轭(两眼动

)在自愿contr01一起朝着相同的方向。扫视的目的

动作是把特定区域的图像带到视觉环境中去

窝。因此，它们可以被认为是选择性视觉的主要工具

的关注。扫视速度很快，可以达到a

采摘速度约为200-600

(度/秒)。f 1

连续扫射之间有一小段时间

约50 l ms。限制的数量每时间眼跳运动我们卡尔。同样，在跳蝶运动中，我们的视力也大大降低

抑制)。

2.3.2光滑的追求

这些类型的运动涉及到跟踪慢速移动的物体

视野。它们的目的是在视网膜上稳定运动物体的图像

使我们能够感知对象的细节。平滑的跟踪动作可以跟踪一个

在a点运动的物体

5到30度/秒的速度。

2.3.3固定

固定发生在眼球在眼跳之间是静止的，而且很方便

假设观察者在视觉上注意中央凹的成像区域

固定。固定通常持续约200 - 500 ms。知道a中的注视点的长度

重要的研究课题，因为它涉及到观察者的视觉信息

参加以及他们的认知状态。

2.4视角

眼动通常用视觉度数(.)或分钟()来衡量。

等于60”。视觉程度基本上表示直线之间的角度

从四肢视觉刺激眼睛的镜头。(图3)

已知d是眼球晶状体有效中心到视网膜的距离，h

场景对象的大小。我们可以计算由一个锥形垂张成的视角

使用图3中的三角关系;

2.5眼动跟踪的历史

(1)

视线追踪的历史可以追溯到1879年，当时路易斯·埃米尔·贾瓦尔注意到了这一点

人不读顺利整个页面,但是一系列的短停(固定)

快速跳阅。从这一观察中，研究者提出了一些重要的问题

阅读,然后在900年代被利用。第一个眼动仪是

埃德蒙·休伊usesa隐形眼镜与学生的一个小洞。一根小铝棒

附加的镜头将在应对眼睛movements.These

运动记录于a

由铝pointer.Guy旋转鼓筒

芝加哥的Thomas Buswell建造了第一个非侵入性眼睛

跟踪1 920年代f23【20】】。

通过捕捉和记录反射到眼睛上的光束

能够阅读和浏览图片进行系统的研究。伯爵,詹姆斯和卡尔

泰勒(1931)建立了Ophthalmograph Metronoscope。在20世纪50年代，阿尔弗雷德·亚伯斯

记录眼球运动的模特的眼睛同时观看自然物体和场景。

结果表明，给被试的任务具有一定的学习效果

很大的影响

主题,眼球运动。【211 Yarbus也显示了与固定和

的兴趣。我n 1 970年代,各种技术是用眼睛扫描了

相机和某些特性是电子检测和本地化。约[24]

980年代,许多先锋发达的许多不同的技术

后:

电磁线圈系统,计算出电磁感应

在特殊的隐形眼镜,放置在麻醉的眼睛。这些镜片必须

被建模为每个参与者的眼睛跟踪实验中,

甚至他们还不舒服。

·测量电磁感应的电光谱学系统

变化时,偶极子的眼球运动。

·双浦肯野系统非常精密,准确,但是di瓶崇拜维护。

从1 990年代中期开始,许多公司由工程师如Tobii开始

建立和眼动跟踪系统卖给研究人员。二十年后，情况确实如此

许

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