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)的眼球運動也具有典型的行為模式特征，其運動范圍小，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行計算機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)同步遠端攝像頭的移動、對焦，經(jīng)過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作為控制判決依據(jù)，符合人眼觀察特點，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)測及眼球運動的實時檢測能力，同時可實現(xiàn)相應(yīng)的遠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，整體數(shù)據(jù)吞吐能力超過100Mb/S，同步速率達到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