基于眼動(dòng)生理特征的視覺(jué)隨動(dòng)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(gè)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(yīng)的眼球運(yùn)動(dòng)也具有典型的行為模式特征，其運(yùn)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(yīng)的產(chǎn)品在國(guó)外也有一定表現(xiàn)。

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(shè)備，根據(jù)角膜和瞳孔的反光原理設(shè)計(jì)的眼動(dòng)儀有：美國(guó)應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(guó)的Metrovision公司生產(chǎn)的Mon VOGl型和Mon VOG2型眼動(dòng)儀、美國(guó)Fourward Optical Technology公司生產(chǎn)的第六代雙普金野眼動(dòng)儀以及德國(guó)SMI公司生產(chǎn)的MEye Track型眼動(dòng)儀等等。美國(guó)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(jì)算機(jī)鍵盤(pán)操作的病人用眼睛代替手來(lái)操作鍵盤(pán)。

根據(jù)電流記錄法原理生產(chǎn)的眼動(dòng)儀有法國(guó)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(jù)電磁感應(yīng)原理生產(chǎn)的眼動(dòng)儀有荷蘭SKALAR公司生產(chǎn)的磁感應(yīng)眼動(dòng)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(jué)研究中。

另外，瑞典托比公司和中國(guó)聯(lián)想集團(tuán)3月1日在德國(guó)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)總能聚集在用戶正在注視的屏幕位置上,其眼控功能可以與鍵盤(pán)和鼠標(biāo)聯(lián)動(dòng)以提高使用電腦的速度。

目前結(jié)合視頻場(chǎng)景觀測(cè)，腦波及眼動(dòng)監(jiān)測(cè)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(jià)值。

• 研究的目的與意義

項(xiàng)目以人眼的興趣移動(dòng)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件系統(tǒng)同步遠(yuǎn)端攝像頭的移動(dòng)、對(duì)焦，經(jīng)過(guò)視頻眼鏡顯示遠(yuǎn)端攝像頭采集的圖像。

項(xiàng)目控制以眼球興趣移動(dòng)作為控制判決依據(jù)，符合人眼觀察特點(diǎn)，對(duì)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(yùn)用前景廣泛。設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備兩路眼動(dòng)視頻監(jiān)測(cè)及眼球運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)能力，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的遠(yuǎn)端視頻圖像獲取及云臺(tái)移動(dòng)、攝像頭對(duì)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(guò)100Mb/S，同步速率達(dá)到10次/S。

• 方案設(shè)計(jì)和實(shí)施計(jì)劃

1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本作品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖