【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及視覺深度提取領(lǐng)域，尤其是涉及一種可穿戴視距測量方法。
技術(shù)介紹
1、可穿戴技術(shù)在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的研究價值和市場潛力，尤其是在健康監(jiān)測和人機交互中。其中，眼動追蹤類設(shè)備作為智能眼鏡的一部分，將在虛擬現(xiàn)實(vr)、增強現(xiàn)實(ar)以及醫(yī)療健康領(lǐng)域迅速擴展。
2、健康監(jiān)測方面，可穿戴眼動追蹤技術(shù)能夠用于檢測和診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病，例如阿爾茨海默癥、自閉癥和多發(fā)性硬化癥等。它通過對眼球運動的分析，可以在疾病早期提供非侵入性的診斷信息，這使得其在長期健康監(jiān)測中具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)前學(xué)界和業(yè)界的研究重點是如何以低成本、安全且高效的方式精確測量眼球轉(zhuǎn)動角度和雙目注視方向的眼動追蹤技術(shù)。這類技術(shù)不僅可以為眼科研究和治療提供新的數(shù)據(jù)支持，還可以廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品中，實現(xiàn)更加個性化的交互體驗，推動眼動追蹤技術(shù)的普及與發(fā)展。
3、可穿戴視距測量離不開眼動追蹤技術(shù)的支撐，通過眼動來實現(xiàn)人機交互比傳統(tǒng)方式效率更高，與其他技術(shù)相比，眼動追蹤技術(shù)具有直接性和天然性等特點，對人本身的影響較小，所以使用視覺作為輸入方式將會更加高效自然。但現(xiàn)有的眼動追蹤技術(shù)通過自動檢測瞳孔中心位置或者識別固定場景視覺注視點的過程，對于視覺信息的提取僅限于通過二維或三維映射的方式對視線方位進行估計，常用于場景相機屏幕上對視覺注視點進行二維位置確定。因此，現(xiàn)有技術(shù)對視線估計后注視點位置的視覺深度信息(即人眼距注視目標的距離)提取能力是缺失的，無法對注視目標的空間三維位置信息擬合提取。此外，傳統(tǒng)tof等類型的測距傳感器雖能對目標物的距離信息
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種可穿戴視距測量方法，在眼動視頻采集的硬件基礎(chǔ)上，構(gòu)建一套面向多場景的可穿戴雙目視距檢測算法系統(tǒng)，對人眼注視方位進行跟蹤并提取視覺深度信息，為需要雙目視距的應(yīng)用場景提供精準的實時數(shù)據(jù)。解決上述技術(shù)問題，填補眼動追蹤技術(shù)在視覺深度提取領(lǐng)域的空白。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種可穿戴視距測量方法，包括以下步驟：
3、s1、瞳孔追蹤算法：通過可穿戴眼動視頻采集硬件獲得的眼部圖像進行預(yù)處理、霍夫圓擬合，從而實時標定受試者的瞳孔輪廓與瞳孔中心點；
4、s11、數(shù)據(jù)預(yù)處理：通過可穿戴眼動視頻采集硬件獲取受試者的眼部圖像，并通過色彩空間轉(zhuǎn)換對眼部圖像的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，再通過閾值分割將預(yù)處理后的眼部圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，以突出瞳孔區(qū)域；
5、s12、瞳孔邊緣檢測：對s11得到的二值圖像進行濾波平滑處理，然后計算其水平和垂直梯度，再通過計算每個圖像像素的梯度幅值和方向；對每個圖像像素的梯度幅值進行非極大值抑制，保留局部最大值以細化邊緣特征，再將強邊緣和弱邊緣區(qū)分開，確保強邊緣被保留，而弱邊緣僅在與強邊緣相連時才會被保留，最后通過邊緣連接形成完整的瞳孔邊緣線條；
6、s13、霍夫圓擬合：應(yīng)用霍夫圓擬合算法來識別s12中的瞳孔邊緣線條；
7、s14、實時瞳孔追蹤與定位：通過構(gòu)建似然概率方程，引入投票機制，在參數(shù)空間(a,b,r)中累積計數(shù)，尋找投票數(shù)最高的(a,b,r)組合，從而擬合出眼部圖像中的瞳孔中心點；
8、s2、利用受試者的瞳孔輪廓與瞳孔中心點數(shù)據(jù)，通過中心標定算法擬合眼球中心點位置，結(jié)合圖像傳感器和眼部參數(shù)的既定數(shù)據(jù)導(dǎo)入視覺深度模型，從而獲得眼球的視距測量信息，進而通過測距方程計算受試者的實時視覺深度；
9、s21、注視中心標定：根據(jù)s1中獲得的受試者的瞳孔輪廓與瞳孔中心點，計算多個標記點的加權(quán)平均位置來確定最佳中心點坐標；
10、s22、視覺深度模型：根據(jù)圖像傳感器和眼部參數(shù)的既定數(shù)據(jù)進行建模，計算得出眼球視線向量及其對應(yīng)的偏航角和俯仰角信息；
11、s23、構(gòu)建透視投影：根據(jù)眼球視線向量及其對應(yīng)的偏航角和俯仰角，通過旋轉(zhuǎn)矩陣將球面點投影到2d平面；
12、s24、測距方程計算視覺深度：通過設(shè)定的瞳距與所計算出的眼球視線向量參量實時計算出受試者的眼視距離。
13、優(yōu)選的，所述s1的具體步驟為：
14、s11、數(shù)據(jù)預(yù)處理：通過圖像采集設(shè)備獲取受試者的眼球圖像，并進行色彩空間轉(zhuǎn)換對圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以增強對比度并簡化后續(xù)處理，另外通過閾值分割將圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，以突出瞳孔區(qū)域；
15、s12、瞳孔邊緣檢測：首先對s1中的二值圖像進行濾波平滑處理，以減少噪聲干擾，接著計算圖像的水平和垂直梯度，然后計算每個像素的梯度幅值和方向，再進行非極大值抑制，保留局部最大值以細化邊緣特征，接下來，應(yīng)用雙閾值處理，將強邊緣和弱邊緣區(qū)分開，確保強邊緣被保留，而弱邊緣僅在與強邊緣相連時才會被保留，最后通過邊緣連接過程，形成完整的瞳孔邊緣線條；
16、s13、霍夫圓擬合：應(yīng)用霍夫圓擬合算法來識別s12中的瞳孔線條；
17、s14、實時瞳孔追蹤與定位：通過構(gòu)建似然概率方程，引入投票機制，在參數(shù)空間(a,b,r)中累積計數(shù)，尋找投票數(shù)最高的(a,b,r)組合，從而擬合出圖像中的瞳孔。
18、優(yōu)選的，所述s2的具體步驟為：
19、s21、注視中心標定：根據(jù)s14中獲得受試者n個瞳孔中心點和輪廓，通過計算多個標記點的加權(quán)平均位置來確定最佳中心點坐標；
20、s22、視覺深度模型：根據(jù)采集傳感器焦距與距離、圖像尺寸、眼球半徑與瞳距等參數(shù)進行建模，計算得出眼球視線向量以及俯仰角等信息；
21、s23、構(gòu)建透視投影：根據(jù)視線向量及其對應(yīng)的偏航角和俯仰角，通過旋轉(zhuǎn)矩陣將球面點投影到2d平面；
22、s24、測距方程計算視覺深度：通過設(shè)定的瞳距與所計算出的視線向量等參量實時計算出受試者的眼視距離。
23、優(yōu)選的，所述s11中，色彩空間轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)預(yù)處理公式為：
24、icolor＝i×r+j×g+k×b；
25、其中，r是紅色通道的像素值，g是綠色通道的像素值，b是藍色通道的像素值，i、j、k分別為眼部圖像所對應(yīng)的顏色閾值；
26、閾值分割的公式為：
27、
28、其中，ibinary(x,y)表示在坐標(x,y)處的二值化圖像像素值，icolor(x,y)是經(jīng)色彩空間轉(zhuǎn)換后在該點的像素值，t是閾值。
29、優(yōu)選的，所述s12中，濾波平滑的公式為：
30、
31、其中，iblur(x,y)指經(jīng)過濾波平滑處理后的圖像坐標(x,y)處的像素值；σ指分布的標準差；
32、計算濾波平滑處理后圖像的水平和垂直梯度，公式為：
33、
34、其中，gx與gy表示水平與垂直梯度幅值，即表示圖像在水平與垂直方向上的變化率；i表示原始圖像的像素值；
35、每個圖像像素的梯度幅值和本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述S11中，色彩空間轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)預(yù)處理公式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述S12中，濾波平滑的公式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述S13中，霍夫圓擬合具體如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述S14中，似然概率方程為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述S21中，設(shè)定每個標記點為(xi,yi,axis_ratioi)，權(quán)重wi的計算方式為當(dāng)axis_ratioi越接近1時，權(quán)重越高，具體公式為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述S22中，建立視覺深度模型步驟為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述S23中，透視投影公式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述s11中，色彩空間轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)預(yù)處理公式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述s12中，濾波平滑的公式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述s13中，霍夫圓擬合具體如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴視距測量方法，其特征在于，所述s14中，似然概率方程為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王文思，趙伯言，吉彥平，鄧恒綱，李宇，吳佳俊，賈昆博，陳笑艷，劉傳真，王添祺，
申請(專利權(quán))人：北京工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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