● 摘要
相对于传统的头盔式视线跟踪系统，桌面式视线跟踪系统以其方便，无干扰等优势，得到了无数专家学者的青睐，其应用领域也日益广泛。除了传统的心理学，人际工效学等领域，桌面式视线跟踪系统还可以广泛应用于航空航天领域：既可用于评估飞行员的训练效果和座舱仪表的人机工效研究，也可用于先进机载设备的研制。 论文主要研究了基于红外视频法以交比映射为核心算法的桌面式视线跟踪系统，研究内容主要包括以下几部分： 首先，概要介绍了桌面式视线跟踪系统的硬件构成和实现原理。其中，硬件部分主要由5个红外LEDs、控制电路、近红外敏感摄像机及图像采集卡构成；系统实现原理为：对摄像机得到的眼图进行5个特征点的提取，包括4个参考光斑和瞳孔中心位置，然后基于交比映射计算凝视点位置。 其次，详细介绍了系统得以实现的三个核心算法，分别是参考光斑检测与定位，瞳孔中心定位和交比映射方法。其中，（1）光斑定位采用改进的最大类间方差法，较好地解决了从大背景中提取出小目标的难题；（2）瞳孔中心定位采用了发射线结合椭圆拟合的方法，解决了灰度值变化平缓情况下的边缘提取，瞳孔中心定位精度达到1~2个像素；（3）凝视点定位算法，在对已有交比映射改进算法分析验证的基础上，创新性地提出了基于向量补偿法的交比映射改进算法，以线性方法补偿了交比映射中的非线性误差，凝视点定位精度达到22×11个像素。 最后，基于VC++6.0软件平台进行了全部算法的软件设计及实验验证。结果表明：本文所研究桌面式跟踪系统，在屏幕分辨率为1024×768像素，眼图有效像素为20×20的情况下，整个系统静态定位时的精度平均为45×25像素。