眼动跟踪算法及其在基于仿真假体视觉光幻视点定位中的应用

论文摘要

视觉假体是利用在视觉通路的某层次植入电极阵列,通过微电流刺激视皮层、视神经或视网膜产生光幻视点以此恢复视觉的方法。这种光幻视点应该是盲人植入微刺激器后能够感知的,且不同位置的电极刺激能够引发接受域中不同位置的光幻视点,两者具有明显的对应关系。理论上光幻视点是视觉修复的基本的像素点,研究光幻视点的尺寸大小、形状、位置以及存在状态等特性对于后期视觉假体在临床中的应用具有重要的指导意义,同时对植入的微电极阵列的设计也能提供有价值的参考。当研究对象是视皮层假体或视神经假体时,基于此的模拟光幻视点的定位研究通常需要控制受试者的眼动。因此,设计出一个能够实时有效跟踪眼动过程的算法显得很有必要。本课题比较了几种经典的眼动跟踪算法,发现其都因某些原因不适合应用于自制的眼动仪,因此在Camshift目标跟踪算法的基础上,加入了眼动跟踪模块,设计出了实时、快速、且具有较强鲁棒性的眼动监视装置。此外,还设计了一套眼动报警装置。当受试者的眼动幅值超过预设的阈值时,便会发出蜂鸣警报。模拟光幻视点作为对临床上诱发的光幻视点的有效模拟模型,研究其定位评估表现对于视觉假体的研究具有重要意义。本课题以眼动仪为手段,研究模拟光幻视点的定位表现,以确定大小、对比度、刺激模式等参数对定位的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 视觉假体
• 1.2.1 视皮层假体
• 1.2.2 视神经假体
• 1.2.3 视网膜假体
• 1.3 不同视觉假体的特点
• 1.4 光幻视点的特点
• 1.4.1 光幻视点特性的研究进展
• 1.5 光幻视点的定位评估
• 1.5.1 光幻视点定位评估的意义
• 1.5.2 在模拟光幻视点定位实验中进行眼动监视的意义
• 1.6 本文的研究内容
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 研究内容及意义
• 第二章 眼动跟踪算法的设计
• 2.1 经典的眼动跟踪算法
• 2.1.1 区域增长的瞳孔定位算法
• 2.1.2 Hough 变换
• 2.2 适合于在模拟光幻视定位研究中的眼动跟踪算法研究
• 2.2.1 Camshift 目标跟踪算法
• 2.2.2 在Camshift 目标跟踪算法中加入眼动跟踪模块
• 2.2.3 对Camshift 目标跟踪算法的改进
• 2.3 适用于眼动监视报警系统的灰度差分算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 眼动跟踪系统的实现
• 3.1 眼动跟踪装置的基本原理
• 3.2 经典的眼动仪及其特点
• 3.3 眼动跟踪系统的组成
• 3.3.1 硬件系统
• 3.3.2 软件系统
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于眼动仪的光幻视点定位实验
• 4.1 概述
• 4.1.1 光幻视点的临床特性
• 4.1.2 模拟光幻视点的设计
• 4.1.3 基于眼动仪进行模拟光幻视定位研究的意义
• 4.2 实验材料
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 预实验
• 4.3.2 正式实验
• 4.3.3 结论与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 附录1 基于Camshift 目标跟踪算法的眼动跟踪程序
• 附录2 基于灰度差分算法的眼动报警系统程序
• 附录3 兴之林超微型摄像头技术手册
• 附录4 Uni Flying 系列CMOS 摄像头技术手册
• 附录5 5DT-800 头盔式显示器技术手册
• 附录6 Tobii T120 眼动仪技术手册
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文题目