摘 要

本文根据摄像头下被检测者人眼的活动特性，对人眼球的运动方向进行检测，进而得到人眼视线的方向。本文中首先用头戴式眼动仪来对操作者的人眼的眼部图进行提取，由于图像存在噪声，需要对图像进行预处理，去噪。对去噪后的图像进行了人眼定位，定位出人眼瞳孔的中心位置，达到了定位人眼的目的。因为采用的是瞳孔-角膜反射法来测眼动，所以需要在眼部图中提取角膜反射光斑的中心位置。通过得到的两者的中心位置求出角膜瞳孔中心的偏移向量，这个向量就是人眼的视线方向。最后通过二维标定的方法，来获取人眼在屏幕中的坐标和偏移坐标的一一映射关系，然后校正得到的映射关系是否正确，最后可以得到人眼对屏幕的关注点的坐标。

关键词：瞳孔中心；人眼定位；角膜反射中心；标定；

Abstract

In this paper, we focus on the characteristics of the operator's eye activity ,and through the direction of the human eye’ motion , we can then get the human eye sight direction. Firstly he head-mounted eye tracker was used to catch the operator's eye diagram of the human eye, and secondly this image was transferred to the computer, and thirdly by using several filter transfer to process this image on the computer the image will become more clearly. In order to locate the approximate location of the iris of the human eye, the rough positioning of the human eye need to be seized in this processed image. Once it reached an initial period of the human eye purposes,as a result of the pupil - corneal reflection method to measure eye movement, and then locate the precise position of the pupil center by the least squares method, and then the eye diagram extracting a central position of radiation spot. Obtained by the center position between the two determined offset coordinates of the cornea center of the pupil, this coordinate is the human eye gaze direction. Finally, the static two-dimensional calibration method, through calibration, to obtain the human eye in the screen coordinates and offset coordinates one mapping. Then in turn offset by mapping coordinates relations and extracted two center position is calculated, you can finally get to the screen coordinates of the human eye's concerns.

Key Words：pupil center；corneal reflex center； eye location；demarcate

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2国内外发展现状 1

1.3论文的主要研究工作 4

1.4各章节的安排 4

第2章 总体方案的确定 5

2.1方案设计 5

2.2硬件的搭配和硬件配置 5

2.3整体系统软件设计 6

第3章 人眼定位 8

3.1获取人眼图像 8

3.2对图像进行预处理 8

3.2.1中值滤波 9

3.2.2高斯滤波 9

3.3定位瞳孔位置 10

3.3.1定位方法的选取 11

3.3.2曲线转化为点 11

3.3.3定位瞳孔中心位置 12

3.4角膜反射中心的获取 13

第4章 屏幕关注点的获取 15

4.1函数关系 15

4.2注视点的标定 15

4.3校正过程 15

第5章 总结..................................................................................................................................17

参考文献 18

致 谢 19

第一章 绪论

1.1课题背景

人总是通过各种感官来感知这个世界，然后传递给大脑由大脑来处理，在各种感官中，最直接的就是视觉，人眼包含了很多重要的信息，包括表情、身份、感情、反应等信息。所以很多人开始关注眼睛的定位的研究。眼睛的定位可以作为定位人脸图像位置、大小、方向的依据。人眼的检测在很多领域中都有运用，如疲劳驾驶的检测、心理学、临床医学、监控等。

在现有的检测方法中，对人眼部的精确检测和定位存在一定困难，是由于人眼部的检测受到一系列外部因素影响，例如光照条件、视线、检测背景等。^[1]为了避免这些条件的影响，学者们研究了很多有关定位眼睛位置的技术。由于人眼的定位主要是利用眼睛瞳孔的颜色比周围区域颜色深这个特点，因此对眼睛进行颜色梯度区域分类来实现对眼睛的位置检测这种方法被广泛研究。

在众多的科学家对人眼检测研究的基础上，发现人眼识别与定位随着科技的发展对生活中的很多方面都有很大的影响。人眼分析中如果人眼确定了，那就可以通过人脸来确定一个人的身份背景等一系列的信息。对于疲劳驾驶方面来说，在确定了人眼之后，根据人眼的状况可以知道司机的疲劳状况，通过对眼睛的观察，还可以指导司机的视线问题之类的，这样当司机疲劳的时候可以安装一个报警装置，可以帮助司机在疲劳的时候提高自己的注意力，来降低在出行中的事故情况。人眼的研究对现在的人机交互也有很大的发展，可以用视线来代替鼠标，让人可以在不用双手的情况下，用眼睛来直接控制鼠标，以达到自己想达到的鼠标的操作，通过眨眼这种动作来代替鼠标右键，这样可以让人的一些操作更加的流利顺畅。

本课题是在红外摄像头下，对人眼进行定位，并获取人眼在屏幕上的关注点。主要内容包括人眼瞳孔的定位，以及角膜反射光斑中心的定位，求出偏移向量，最后通过标定的方法获取人眼关注点的坐标。

1.2国内外发展现状

对于国内的研究来说，关于人眼检测和定位方面的研究相对来说是比较少且起步也相对较晚的。现有文献中最早的报道是在七十年代由北京航天研究所以及中科院等研究院牵头的研究项目，但这些单位在当时科研创新水平较欠缺，主要技术都是由国外引进的，因此在人眼检测方面的技术研究并没有实质性的突破。^[2]