基于眼動(dòng)生理特征的視覺(jué)隨動(dòng)系統

• 課題背景與現狀

人體的體感控制是智能控制設備的一個(gè)典型的研究方向，其典型的代表就是基于人體表現的運動(dòng)控制，已被廣泛應用于游戲及體育訓練等很多方面。盡管業(yè)界廣泛認為基于腦波控制是體感控制的最有效措施，但由于腦波信息的復雜性使得相關(guān)技術(shù)仍舊停留在實(shí)驗室研究階段。視頻信息是人類(lèi)獲取外界信息的主要渠道，相應的眼球運動(dòng)也具有典型的行為模式特征，其運動(dòng)范圍小，釋義明顯，因而基于眼球興趣移動(dòng)信息的控制也被業(yè)界廣泛關(guān)注，相應的產(chǎn)品在國外也有一定表現。

眼動(dòng)儀是用于記錄人在處理視覺(jué)信息時(shí)的眼動(dòng)軌跡特征的一種設備，根據角膜和瞳孔的反光原理設計的眼動(dòng)儀有：美國應用科學(xué)實(shí)驗室(ASL)生產(chǎn)的504型和501型眼動(dòng)儀、加拿大SR公司生產(chǎn)的eyelinkII型頭盔式眼動(dòng)儀、法國的Metrovision公司生產(chǎn)的Mon VOGl型和Mon VOG2型眼動(dòng)儀、美國Fourward Optical Technology公司生產(chǎn)的第六代雙普金野眼動(dòng)儀以及德國SMI公司生產(chǎn)的MEye Track型眼動(dòng)儀等等。美國LC技術(shù)公司生產(chǎn)的eye gaze communication system也是用這個(gè)原理生產(chǎn)的眼動(dòng)儀，它可以幫助那些不能用手進(jìn)行計算機鍵盤(pán)操作的病人用眼睛代替手來(lái)操作鍵盤(pán)。

根據電流記錄法原理生產(chǎn)的眼動(dòng)儀有法國Metrovision公司生產(chǎn)研制的Model Mon EOG眼動(dòng)儀，這種眼動(dòng)儀可以記錄水平和垂直方向的眼動(dòng)情況。

根據電磁感應原理生產(chǎn)的眼動(dòng)儀有荷蘭SKALAR公司生產(chǎn)的磁感應眼動(dòng)記錄系統。該系統被廣泛應用于神經(jīng)生理學(xué)、閱讀、神經(jīng)病學(xué)和視覺(jué)研究中。

另外，瑞典托比公司和中國聯(lián)想集團3月1日在德國漢諾威2011年信息和通信技術(shù)博覽會(huì )上共同推出世界上第一款用眼睛控制的筆記本電腦。該電腦的焦點(diǎn)總能聚集在用戶(hù)正在注視的屏幕位置上,其眼控功能可以與鍵盤(pán)和鼠標聯(lián)動(dòng)以提高使用電腦的速度。

目前結合視頻場(chǎng)景觀(guān)測，腦波及眼動(dòng)監測的人體研究設備發(fā)展迅速，相關(guān)研究具有較強的科研價(jià)值。

• 研究的目的與意義

項目以人眼的興趣移動(dòng)為研究對象，設計相應的硬件系統同步遠端攝像頭的移動(dòng)、對焦，經(jīng)過(guò)視頻眼鏡顯示遠端攝像頭采集的圖像。

項目控制以眼球興趣移動(dòng)作為控制判決依據，符合人眼觀(guān)察特點(diǎn)，對于基于視覺(jué)興趣的環(huán)境信息控制研究具有一定意義，運用前景廣泛。設計系統具備兩路眼動(dòng)視頻監測及眼球運動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測能力，同時(shí)可實(shí)現相應的遠端視頻圖像獲取及云臺移動(dòng)、攝像頭對焦同步，具有完整的高速處理系統特點(diǎn)，整體數據吞吐能力超過(guò)100Mb/S，同步速率達到10次/S。

• 方案設計和實(shí)施計劃

1. 系統設計

本作品的系統設計示意圖如圖1所示：

圖1 系統設計圖