角膜地形测量中眼球定位跟踪若干技术的研究

论文摘要

眼睛是人类获得外界信息的重要感觉器官。在自动电脑验光仪、激光治疗近视仪器、虹膜身份识别、人眼角膜地形图仪等以眼睛为对象的检测系统中，眼球的不自觉动作或头部的抖动，常常会使检测系统难以王作，精度也大大降低。因此需要研究眼球自动定位跟踪技术。本文介绍了眼球动作的分类，通过比较现有的眼动测量及眼球自动定位跟踪系统的实现方法，以当前流行的视频图像处理方法为基础，研究了一种眼球自动定位跟踪技术。该方法采用正交摆放的两个线阵CCD作为图像传感器，采集瞳孔及周围图像，然后由模拟前端芯片TLV990进行信号处理并进行A／D转换，采用高速RISC单片机(Atmega8515)和复杂可编程逻辑器件CPLD(EPM7064S)作为主要数据处理和控制驱动的硬件，通过设置计数器的方式记录瞳孔边界位置，并把计算得到的瞳孔中心和光轴中心比较、计算偏差、驱动步进电机进行跟踪。通过研究若干关键技术，为实现自动跟踪建立技术基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 本文所做的主要工作
• 2 眼动测量方法介绍
• 2.1 眼动机制和眼动类型
• 2.2 眼动信号的测量
• 2.3 当前眼动测量方法及设备介绍
• 2.3.1 脑电图法
• 2.3.2 眼电图法（EOG——electro oculo graphy）
• 2.3.3 接触镜法（Contact Lens）
• 2.3.4 电磁线圈法（Electro magnetic Coil）
• 2.3.5 角膜反射法（Corneal Reflection）
• 2.3.6 红外眼电图（IROG）
• 2.3.7 视频图像法（VOG）
• 2.4 各种测量方法的比较与选择
• 2.5 本章小结
• 3 眼球自动定位技术的原理与总体方案
• 3.1 视频图像处理方法比较
• 3.1.1 基于数字图像处理的瞳孔定位
• 3.1.2 基于面阵CCD模拟视频信号处理的瞳孔定位
• 3.2 系统的总体方案设计
• 3.3 本章小结
• 4 基于线阵CCD的眼球定位跟踪硬件设计
• 4.1 硬件设计总体介绍
• 4.2 CPLD及在本设计中应用
• 4.2.1 CPLD的设计过程
• 4.2.2 EPM7064SLC44介绍
• 4.2.3 CPLD系统在本设计中应用
• 4.2.4 ByteBlaste下载线的制作
• 4.3 线阵CCD的选择和驱动电路
• 4.4 CCD输出信号预处理电路
• 4.4.1 CCD噪声来源分析
• 4.4.2 相关双采样CDS（CoupleDoubleSample）技术介绍
• 4.4.3 A/D转换器的选择
• 4.4.4 模拟视频信号前端处理芯片TLV990介绍
• 4.4.5 实际的电路设计
• 4.5 CCD镜头选择
• 4.6 单片机最小系统构成及在本设计中使用
• 4.6.1 单片机最小系统
• 4.6.2 实验使用的单片机Atmega8515介绍
• 4.6.3 单片机程序下载线的制作
• 4.6.4 单片机驱动点阵液晶构成的目标注视系统
• 4.6.5 单片机驱动步进电机实现二维线性位移控制
• 4.6.6 干涉图自动抓拍电路
• 4.7 本章小结
• 5 眼球自动定位跟踪系统软件编制
• 5.1 VHDL硬件描述语言介绍
• 5.2 ALTERA公司CPLD开发工具QUARTUSⅡ介绍
• 5.3 基于QUARTUSⅡ的典型CPLD设计流程
• 5.4 CPLD控制驱动系统内部实现
• 5.4.1 CCD的驱动部分
• 5.4.2 TLV990的驱动部分
• 5.5 单片机系统内软件的编制
• 5.5.1 系统初始化
• 5.5.2 单片机控制点阵液晶的程序
• 5.5.3 单片机控制步进电机的程序
• 5.5.4 瞳孔所在位置计算
• 5.6 本章小结
• 6 实验结果分析和后期工作
• 6.1 TCD132D的实验结果
• 6.2 MN3611的实验结果
• 6.3 存在的问题及解决方案
• 6.4 本章小结
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 系统电路图
• 附录B 系统电路硬件实物图
• 附录C CPLD内部各模块的VHDL语言描述
• 附录D CPLD内部各模块电路图
• 附录E 单片机控制点阵液晶的源程序