论文摘要：基于3D方法的视线跟踪技术研究

相对于传统的头盔式视线跟踪系统，桌面式视线跟踪系统以其方便，无干扰等优势，得到了许多专家学者的青睐，其应用领域也日益广泛。除了传统的心理学，人际工效学等领域，还可以广泛应用于航空航天领域。

论文研究了以3D视线跟踪算法为核心的桌面式视线跟踪系统。首先，构造了桌面式视线跟踪系统。系统主要由4个红外LED、近红外敏感摄像机及图像采集卡构成。其次，建立了系统跟踪的核心算法，分别是图像瞳孔中心与光斑检测，建立三坐标系与映射关系和3D定位算法。其中，（1）图像瞳孔中心检测采用生长算法结合径向对称的方法，鲁棒性强。进一步，改进了眼睑遮挡时瞳孔中心检测，取得了很好的效果。光斑检测采用最大阈值分割法。（2）建立起世界坐标系，图像坐标系与摄像机坐标系，通过摄像机标定求得三者映射关系。其中，摄像机标定采用张正友二维平面靶标标定法结合坐标系变换的方法实现了摄像机的三维标定。（3）3D定位算法，建立了用户视线跟踪的三维模型，通过对该三维模型的几何关系分析，求出用户角膜中心与瞳孔中心。进一步，通过计算用户光轴方向与视轴的方向的偏差角，确定了视轴方向，最终确定了用户在屏幕的注视位置。

论文最后进行了视线跟踪系统的实验验证。结果表明：在世界坐标系下，在用户距离屏幕500mm的距离，可移动范围为前后30mm，上下、左右40mm的情况下，屏幕上水平方向在15~18mm，垂直方向平均误差在16~19mm。对于用户位置在500mm左右来说，精度较高，波动较小，可以满足视线跟踪系统要求。

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