视线跟踪技术研究及其在人机交互字符输入中的应用

论文摘要

残疾人工作是党的群众工作的重要组成部分,残疾人的数量在社会中也占有相当大的比重,做好残疾人工作,对于促进经济社会的协调发展,构建社会主义和谐社会具有重要的意义。随着社会的发展,我国以及全世界对残疾人事业都越来越关注,残疾人福利事业,残疾人综合服务设施建设都得到了很大发展。在残疾人产品设计方面,基于人机交互技术的各种职能设备及机器人也得到了迅速的发展和应用。本文的研究目的是为了服务于不能言语不能书写的高等残疾人群,通过眼睛盯视输入的方法使他们达到与人交流的目的。眼睛盯视输入字符与人交流方法的实现是通过摄像机捕捉用户的虹膜中心,判断用户的视线盯视内容,再由系统做出相应的反馈和运行而实现的。本文通过设定双标记的做法,避免了红外光源的使用,降低了成本,减少了对用户的干扰;通过标定帽的佩戴,解决了用户的头部移动的问题,避免了传统的在用户皮肤上画出标记的不便;通过设计初定位器,使用户可以准确地出于摄像机的视场之内,解决了系统初始运行时,用户无法知道该出于何地而使眼睛在摄像机视场之外的问题;通过多线程的设计,来协调系统得界面显示模块,图像采集模块,图像处理模块,用户意图判定模块的运行。另外,本文通过改进的hough变换来检测眼睛图像的中心,提高了检测的准确度和速度;通过相应的算法来进行光线补偿,提高了图像处理的质量;通过设定自适应阈值模型,提高了系统对光线的适应性;通过界面的实时反馈,提高了交互的可视性和有好性;通过模块化的设计方法,提高了系统的适应性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题背景
• 1.2 人机交互技术概述
• 1.2.1 人机交互技术简介
• 1.2.2 视线跟踪技术
• 1.3 论文研究的意义及内容
• 1.3.1 论文研究的内容及意义
• 1.3.2 论文研究的组织结构
• 第二章 视线跟踪技术研究
• 2.1 系统传感模型
• 2.1.1 基本传感模型
• 2.1.2 适应用户头部运动的传感模型
• 2.2 系统硬件结构
• 2.2.1 摄像机的选择
• 2.2.2 镜头的选择
• 2.2.3 图像采集卡
• 2.2.4 显示器及其分辨率的影响
• 2.3 眼睛的初定位
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于视线跟踪的人机交互字符输入
• 3.1 字符确定原理
• 3.1.1 系统对字符的接受
• 3.1.2 字符的判别
• 3.2 虹膜中心的提取
• 3.2.1 眼部图像特征分析
• 3.2.2 虹膜区域的确定
• 3.2.3 虹膜轮廓的确定
• 3.2.4 虹膜中心的确定
• 3.3 对光线变化的适应性
• 3.3.1 光线补偿
• 3.3.2 自适应阈值模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统软件设计及实验验证
• 4.1 系统功能软件需求
• 4.2 下层控制软件的实现
• 4.3 上层控制软件的实现
• 4.3.1 图像处理模块
• 4.3.2 意图判断模块
• 4.3.3 多线程通讯模块
• 4.4 交互界面的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 进一步工作的讨论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利