基于眼動生理特征的視覺隨動系統(tǒng)

• 課題背景與現(xiàn)狀

人體的體感控制是智能控制設(shè)備的一個典型的研究方向，其典型的代表就是基于人體表現(xiàn)的運(yùn)動控制，已被廣泛應(yīng)用于游戲及體育訓(xùn)練等很多方面。盡管業(yè)界廣泛認(rèn)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(fù)雜性使得相關(guān)技術(shù)仍舊停留在實驗室研究階段。視頻信息是人類獲取外界信息的主要渠道，相應(yīng)的眼球運(yùn)動也具有典型的行為模式特征，其運(yùn)動范圍小，釋義明顯，因而基于眼球興趣移動信息的控制也被業(yè)界廣泛關(guān)注，相應(yīng)的產(chǎn)品在國外也有一定表現(xiàn)。

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

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

根據(jù)電磁感應(yīng)原理生產(chǎn)的眼動儀有荷蘭SKALAR公司生產(chǎn)的磁感應(yīng)眼動記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)生理學(xué)、閱讀、神經(jīng)病學(xué)和視覺研究中。

另外，瑞典托比公司和中國聯(lián)想集團(tuán)3月1日在德國漢諾威2011年信息和通信技術(shù)博覽會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)總能聚集在用戶正在注視的屏幕位置上,其眼控功能可以與鍵盤和鼠標(biāo)聯(lián)動以提高使用電腦的速度。

目前結(jié)合視頻場景觀測，腦波及眼動監(jiān)測的人體研究設(shè)備發(fā)展迅速，相關(guān)研究具有較強(qiáng)的科研價值。

• 研究的目的與意義

項目以人眼的興趣移動為研究對象，設(shè)計相應(yīng)的硬件系統(tǒng)同步遠(yuǎn)端攝像頭的移動、對焦，經(jīng)過視頻眼鏡顯示遠(yuǎn)端攝像頭采集的圖像。

項目控制以眼球興趣移動作為控制判決依據(jù)，符合人眼觀察特點(diǎn)，對于基于視覺興趣的環(huán)境信息控制研究具有一定意義，運(yùn)用前景廣泛。設(shè)計系統(tǒng)具備兩路眼動視頻監(jiān)測及眼球運(yùn)動的實時檢測能力，同時可實現(xiàn)相應(yīng)的遠(yuǎn)端視頻圖像獲取及云臺移動、攝像頭對焦同步，具有完整的高速處理系統(tǒng)特點(diǎn)，整體數(shù)據(jù)吞吐能力超過100Mb/S，同步速率達(dá)到10次/S。

• 方案設(shè)計和實施計劃

1. 系統(tǒng)設(shè)計

本作品的系統(tǒng)設(shè)計示意圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)設(shè)計圖