用于测量眼睛视轴的系统和方法技术方案

本文公开了用于确定人的眼睛的视轴和所述眼睛的光轴之间的角度偏移或者所述眼睛的视线和所述眼睛的光轴之间的角度偏移的方法。视线和所述眼睛的光轴之间的角度偏移的方法。视线和所述眼睛的光轴之间的角度偏移的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量眼睛视轴的系统和方法

技术介绍

[0001]眼睛跟踪可用于诸如人机界面、游戏、虚拟现实、人类行为研究和医学等广泛的应用领域。

技术实现思路

[0002]本文公开了方法一，所述方法一包括：让用户注视一距离处的注视点，获得眼睛在图像传感器坐标系CS
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C中的第一方位，并获得空间方位传感器在世界坐标系CS
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W中的第一方位。
[0003]在所述用户将头部移动到不同的姿势但仍注视同一注视点后，获得所述眼睛在所述图像传感器坐标系CS
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C中的第二方位，并获得所述空间方位传感器在所述世界坐标系CS
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W中的第二方位。
[0004]利用所述眼睛在所述图像传感器坐标系CS
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C中的所述第一方位、所述空间方位传感器在所述世界坐标系CS
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W中的所述第一方位、所述眼睛在所述图像传感器坐标系CS
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C中的所述第二方位、所述空间方位传感器在所述世界坐标系CS
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W中的所述第二方位，以及所述图像传感器相对于所述空间方位传感器的方位或者所述空间方位传感器相对于所述图像传感器的方位，获得眼睛坐标系CS
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E中的所述眼睛的视轴和光轴之间的角度偏移。
[0005]对于方法一，所述图像传感器和所述空间方位传感器可以相对于所述用户的头部移动，而所述图像传感器和所述空间方位传感器相对于彼此不移动。
[0006]所述图像传感器在所述空间方位传感器坐标系CS/>‑
G中的方位是已知的且不变。
[0007]通过以更多的头部姿势注视同一注视点，可以获得更多对的所述眼睛在所述图像传感器坐标系CS
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C中的方位和所述空间方位传感器在所述世界坐标系CS
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W中的方位。这些数据可用于进一步提高眼睛坐标系CS
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E中的所述眼睛的视轴相对于光轴的角度偏移的结果的准确性。
[0008]本文公开了方法二，所述方法二包括：让用户注视一距离处的注视点，获得眼睛在图像传感器坐标系CS
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C中的第一方位。
[0009]在所述用户将头部移动到不同的姿势但仍注视同一注视点后，获得所述眼睛在所述图像传感器坐标系CS
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C中的第二方位。
[0010]使用所述眼睛在所述图像传感器坐标系CS
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C中的第一方位，以及所述眼睛在所述图像传感器坐标系CS
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C中的第二方位，获得眼睛坐标系CS
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E中的所述眼睛的视轴相对于光轴的角度偏移。
[0011]对于方法二，所述图像传感器安装在所述眼睛附近，并且所述图像传感器相对于所述世界坐标系CS
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W的位置和方位不变。
[0012]通过以更多的头部姿势注视同一注视点，可以获得所述眼睛在所述图像传感器坐标系CS
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C中的方位。这些数据可用于进一步提高眼睛坐标系CS
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E中的所述眼睛的视轴相对于光轴的角度偏移的结果的准确性。
[0013]本文公开了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括非暂时性计算机可读
介质，所述介质上记录有指令，当被计算机执行时，所述指令实现上述任何一种方法。
【附图说明】
[0014]图1示出了3D坐标系。
[0015]图2示出了本文提到的几种3D坐标系。
[0016]图3示出了安装在刚性框架上的图像传感器和空间方位传感器。
[0017]图4示出了在使用方法一的一实施例中，图像传感器和空间方位传感器被附接到用户佩戴的综框(harness frame)。
[0018]图5示出了在使用方法二的一实施例中，图像传感器被附接到用户眼睛附近的刚性平台。它相对于世界坐标系的位置和方位是固定的。
[0019]图6示出了眼球的结构。
【具体实施方式】
[0020]眼球具有光轴和视轴，如图6所示。光轴定义为通过瞳孔中心和眼球中心的线。视轴定义为通过角膜的曲率中心和中央凹的线。另外，视线被定义为通过注视点和瞳孔中心的线。注视点是眼睛正在注视的外部世界中的点。
[0021]对于给定的眼睛，视轴和光轴相对于该眼睛是固定的。在大多数眼睛中，视轴和光轴并不对齐。并且这两个轴之间的角度偏移量可能因眼睛而异、因人而异。因此，仅知道光轴指向何处不足以确定用户正在注视哪里。这两个轴之间的角度偏移可以用多种方式表示，例如欧拉坐标系中的一对欧拉角，或3D笛卡尔坐标系中的3D向量，或3x3矩阵，或四元数。
[0022]在大多数眼睛跟踪系统中，需要手动校准步骤来直接或间接确定眼睛的视轴与光轴之间的角度偏移。可以有不同的方法来实现它。这里有些例子。一种方法是要求用户通过有意地注视眼前的一点，然后在安装在用户一侧的面向前方的照相机记录的图像中确认该点来确认注视点。第二种方法是让眼睛跟踪系统在屏幕上画一标记，让用户看着它并确认它。第三种方法是让眼睛跟踪系统提供一物理标记，让用户看着它，然后眼睛跟踪系统用安装在用户一侧的面向前方的照相机记录并识别它。这些方法可能很耗时、容易出错，而且它们通常需要额外的硬件和软件。
[0023]使用右手法则的3D坐标系在附录部分的A1.1部分中定义。使用右手法则的图像传感器坐标系CS
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C在附录部分的A1.2部分中定义。使用右手法则的眼睛坐标系CS
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E在附录部分的A1.3部分中定义。使用右手法则的头部坐标系CS
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H在附录部分的A1.4部分中定义。
[0024]3D坐标系中3D对象的位置、方位和姿态在A1.6中定义。因此，用户头部的姿势包括头部的位置和方位。
[0025]本公开中使用的数学效用函数列于附录部分的A2部分。这里对四元数、向量和矩阵数学进行论述。四元数在本公开中被广泛使用。使用四元数的函数也可以使用矩阵、欧拉角或其他合适的数学表达式来表示。
[0026]在本公开中使用的“A_B_C”形式的缩写中：“A”表示类型；“B”表示具体；“C”表示背景。作为示例，缩写“q_e_c”是指表示眼睛“e”在图像传感器坐标系“c”中的方位的四元数“q”。在“A_B_C”形式的缩写中：“g”表示空间方位传感器，“w”表示世界，“h”表示用户的头
部。请参阅附录部分的A2部分。例如，“q_g_w”是指表示空间方位传感器在世界坐标系中的方位的四元数；“q_h_w”是指表示空间方位传感器在头部坐标系中的方位的四元数。对象的方位可以用固定在其上的坐标系的方位来表示。例如，眼睛的方位可以用眼睛坐标系的方位来表示。
[0027]在使用方法一的实施例中，用户佩戴图像传感器和空间方位传感器，如图4所示。图像传感器可以捕获用户眼睛的图像。图像传感器安装在具有空间方位传感器的刚性平台上，如图3所示。图像传感器相对于空间方位传感器坐标系CS
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G的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：当人的头部处于第一姿势并且所述人的眼睛正在注视3D空间中的一点时，获得所述眼睛相对于图像传感器的第一方位和空间方位传感器相对于所述3D空间的第一方位；当所述人的头部处于第二姿势并且所述人的眼睛正在注视所述点时，获得所述眼睛相对于所述图像传感器的第二方位和所述空间方位传感器相对于所述3D空间的第二方位；其中，所述第一姿势与所述第二姿势不同；基于如下确定所述眼睛的视轴和所述眼睛的光轴之间的角度偏移或者所述眼睛的视线和所述眼睛的光轴之间的角度偏移：所述眼睛的第一方位，所述空间方位传感器的第一方位，所述眼睛的第二方位，所述空间方位传感器的第二方位，以及所述图像传感器相对于所述空间方位传感器的方位或者所述空间方位传感器相对于所述图像传感器的方位；其中，所述图像传感器和所述空间方位传感器相对于彼此不移动。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像传感器被配置为对眼睛进行成像。3.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述头部处于所述第一姿势并且所述眼睛正在注视所述3D空间中的所述点时捕获所述眼睛的第一图像，其中，获得所述眼睛相对于所述图像传感器的第一方位是基于所述第一图像。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像传感器相对于所述头部不移动。5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述眼睛的视轴与所述眼睛的光轴之间的所述角度偏移或者所述眼睛的视线与所述眼睛的光轴之间的所述角度偏移是进一步基于当所述人的头部处于所述第一姿势和所述第二姿势时所述眼睛相对于所述图像传感器的位置之差。6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述眼睛的视轴与所述眼睛的光轴之间的所述角度偏移或者所述眼睛的视线与所述眼睛的光轴之间的所述角度偏移是进一步基于当所述人的头部处于所述第一姿势和所述第二姿势时所述眼睛相对于所述3D空间的位置。7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述眼睛的视轴与所述眼睛的光轴之间的所述角度偏移或者所述眼睛的视线与所述眼睛的光轴之间的所述角度偏移进一步基于当所述人的头部处于所述第一姿势和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂小春，
申请(专利权)人：聂小春，
类型：发明
国别省市：