用于检测眼睛的注视方向的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于检测眼睛(10)的注视方向的方法，该方法包括以下步骤：将至少一个波长调制的激光束(1)照射到眼睛(10)上，基于发射的激光辐射与从眼睛后向散射的辐射的激光反馈干涉测量法检测发射的激光束(1)的光路长度(2)，基于激光反馈干涉测量法检测发射的辐射和后向散射的辐射的多普勒频移，以及基于光路长度(2)和眼睛速度检测眼睛(10)的眼睛运动。动。动。

【技术实现步骤摘要】
用于检测眼睛的注视方向的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于检测眼睛的注视方向的方法、一种注视方向检测装置以及一副智能眼镜。

技术介绍

[0002]众所周知，使用眼睛跟踪或眼睛检测(也称为眼电图)来确定眼睛的运动并估计注视方向。用于眼睛跟踪的已知系统通常基于在眼睛的区域中使用基于照相机的系统或者使用电传感器或电磁传感器来检测关于眼睛位置的信息。另外，已知扫描激光系统，其例如使用微镜来扫描眼睛上的激光光斑。所有这些系统通常都具有很高的复杂性和能量消耗，其中大部分具有有限的时间分辨率。

技术实现思路

[0003]与此相反，具有权利要求1的特征的根据本专利技术的具有权利要求1的特征的方法的特征在于，针对注视方向的、特别节省能源、成本有效并且时间上高分辨率的方法。这是通过一种用于检测眼睛的注视方向的方法来实现的，该方法包括以下步骤：
[0004]使用至少一个波长调制的激光束照射眼睛，
[0005]基于发射的激光束和从眼睛后向散射的辐射的激光反馈干涉测量法，检测发射的激光束的光路长度，
[0006]基于激光反馈干涉测量法，检测发射的和后向散射的辐射(特别是频率之间)的多普勒频移，
[0007]基于多普勒频移检测眼睛速度，和
[0008]基于光路长度和/或眼睛速度检测眼睛的注视运动。
[0009]换句话说，在该方法中，至少一个特别从波长调制的激光源发射的波长调制的激光束被照射到使用者的眼睛上。照射的激光束在眼睛的眼表面处至少部分地后向散射。后向散射的辐射是在眼表面处散射的辐射的与发射的激光束平行的部分，因此能够与其干涉。后向散射部分与入射的激光辐射干涉，即，与朝向眼睛传播的激光辐射干涉。照射的激光束的后向散射的部分也可以称为后向散射的辐射。通过所谓的激光反馈干涉测量法，产生了所发射的激光束与后向散射的辐射的重叠，使得存在由此产生的干涉辐射。例如，可以使用检测器来检测和分析这个产生的干涉辐射。
[0010]基于激光反馈干涉测量法，检测所发射的激光束的光路长度。光路长度被认为是由从激光源到眼睛表面的由发射的激光束所覆盖的几何距离与该处存在的材料的折射率的乘积。这意味着，如果激光束从激光源直接朝向眼睛在空气中发射(折射率约为1)，则光路长度非常好地近似激光源与眼睛之间的距离。例如，如果所发射的激光辐射的波长是已知的，则可以基于相长干涉或相消干涉来估计光路长度。
[0011]优选地，三角波调制的激光作为波长范围内的激光束发射。通过分析被干涉地发射和后向散射的辐射，尤其是通过计算相对于三角波调制信号的两个边缘的所产生的干涉
频率的平均值，可以检测到光路长度。
[0012]此外，如果存在相对于散布的激光辐射的眼睛运动，则由于多普勒效应会发生多普勒频移，尤其是在发射的辐射的频率和后向散射的辐射的频率之间。借助于激光反馈干涉测量法，可以检测出该多普勒频移。然后可以使用多普勒频移确定眼睛速度。眼睛速度被认为是眼表面上一点的切线速度，该点对应于激光辐射撞击在眼表面上的点。优选地，眼睛速度包括用于当前速度的绝对值以及当前速度的方向。
[0013]基于所检测到的光路长度以及眼睛速度，然后可以检测到眼睛运动。特别地，从已知的眼睛位置开始，可以根据眼睛的任何运动来跟踪注视方向。因此，该方法允许以特别简单和有效的方式精确地确定眼睛的注视运动。使用激光反馈干涉法(特别是使用多普勒效应)检测注视方向的特定方法，提供特别高的时间采样率的优势，因此可以以特别高的时间分辨率跟踪眼睛运动。另外，该方法提供了使用简单且廉价的部件和评估算法的优点，其具有较低的能量需求。尤其是不需要计算密集型的图像数据处理。另外，有利的是，将不需要诸如扫描设备之类的运动部件，因此提供了特别灵活和鲁棒的适用性。
[0014]本专利技术的优选的其他实施方式是从属权利要求的主题。
[0015]优选地，该方法进一步包括以下步骤：基于通过眼睛后向散射的辐射的振幅和相位来检测眼睛的反射率，以及基于所检测到的反射率和光路长度来检测绝对眼睛位置。在这种情况下，反射率尤其是具有通过眼睛后向散射的辐射的振幅和相位的复反射率。通过另外测量眼睛的反射率，可以特别精确地检测眼睛的当前位置，并且因此也可以检测注视方向。有利地，基于眼睛的不同部分的不同的反射率，可以识别出激光束当前照射到眼睛的哪个部分，由此结合光路长度，可以估计绝对眼睛位置。例如，当激光辐射撞击在眼睛的不同部位上时，反射率会明显不同，并且在特性上也会有所不同。例如，与视网膜照射相比，当激光辐射穿过角膜击中眼睛的虹膜时，会发生明显更强的散射。优选地，反射率确定可以因此被用于确定解剖边界何时会运动经过激光束，该激光束特别在眼睛运动期间相对于用户的头部是静止的。以此方式，可以特别容易和精确地检测出当前存在哪个绝对眼睛位置以及因此存在哪个眼睛注视方向。
[0016]优选地，基于在预定时间点的反射率和光路长度来检测绝对眼睛位置。基于眼睛速度，在预定时间之间检测任何眼睛运动。优选地，可以在预定的时间点之间执行对检测到的眼睛速度的积分，从而可以估计在眼睛运动期间眼睛运动的角度。特别是，绝对眼睛位置将不被持续地检测，而仅仅在特定时间点处检测。在这些时间点之间，通过基于多普勒频移检测眼睛速度的特别节能的方法，可以估计相对的眼睛运动。这样，可以以特别有效的方式检测眼睛的位置和注视方向。
[0017]优选地，基于以下方程式来确定眼睛速度：F
D
＝2v cos(α)/λ，其中，λ是入射激光辐射的波长，v是眼睛速度，F
D
是所发射的辐射和后向散射辐射的多普勒频移，α是入射激光辐射的波矢量k与切线之间的夹角，该切线在激光辐射撞击到眼睛上的撞击点处与眼表面接触，并且该切线还位于由波矢量k和撞击点处的表面法线所跨越的平面中。特别地，多普勒频移F
D
对应于所发射的激光束的频率与后向散射的辐射的频率之间的差量。使用以上等式，可以以特别低的计算量来检测眼睛速度，从而能够高效且高分辨率地确定眼睛运动。
[0018]特别优选地，该方法还包括以下步骤：检测眼睛的转动速率，以及进行校准以确定角度α，其中，通过使用光路长度、眼睛速度和眼睛的转动速率来进行校准。通过收集相应的
参数，因此可以执行注视检测的精确校准，以最佳地估计在任何时间点处的眼睛注视方向。优选地，校准步骤包括记录注视角度图，其包括分别记录用于校准或用于眼睛的多个预定注视角度的所有参数的测量数据。使用注视角度图，因此可以在执行用于特定参数组的方法时，以特别简单和有效的方式确定当前存在哪个眼睛注视角度。
[0019]优选地，根据使用者的头部的转动速率来检测眼睛的转动速率，其中，尤其是使用转动速率传感器来检测头部的转动速率。优选地，转动速率传感器是惯性测量单元的一部分，惯性测量单元优选配置为除了转动速率以外还可以检测任何加速度，并且例如，另外地还可以检测地磁场。绝对取向传感器是特别有利的，绝对取向传感器尤其配置为检测绕三个轴线的转动速率，并且优选地检测任何加速度，并且进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测眼睛(10)的注视方向的方法，包括以下步骤：将至少一个波长调制的激光束(1)照射到所述眼睛(10)上，基于照射的所述激光束(1)和所述激光束(1)的从所述眼睛(10)后向散射的部分的激光反馈干涉测量法，检测照射的所述激光束(1)的光路长度(2)，基于激光反馈干涉测量法，检测照射的所述激光束(1)和后向散射的部分的多普勒频移，基于所述多普勒频移检测眼睛速度，以及基于所述光路长度(2)和所述眼睛速度检测所述眼睛(10)的眼睛运动。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：根据所述激光束(1)的从所述眼睛后向散射的部分的振幅和相位来检测所述眼睛(10)的反射率，以及基于所述反射率和所述光路长度(2)来检测绝对眼睛位置。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述绝对眼睛位置的检测是在预定时间点执行的，并且其中，基于所述眼睛速度来检测所述预定时间点之间的眼睛运动。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，眼睛速度检测基于以下方程式：F
D
＝2vcos(α)/λ，其中：v是所述眼睛速度；F
D
是对应于照射的所述激光束(1)和发射的所述激光束(1)的后向散射的部分的多普勒频移的多普勒频率，α是照射的所述激光束(1)的方向与眼表面(11)的切线之间的角度，所述眼表面(11)的切线在所述激光束(1)撞击在所述眼睛(10)上的撞击点处与所述眼表面(11)接触，并且所述眼表面(11)的切线还位于波矢量和所述撞击点处的表面法线所跨越的平面中；并且λ是照射的所述激光束(1)的波长。5.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：检测所述眼睛(10)的转动速率；和校准以确定所述角度α，其中，所述校准基于所述光路长度(2)、所述眼睛速度和所述眼睛(10)的转动速率。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述眼睛(10)的转动速率是根据借助于转动速率传感器(7)检测到的用户的头部的转动速率来检测的。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：在眼睛运动期间检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯，
申请(专利权)人：通快光电器件有限公司，
类型：发明
国别省市：