眼睛作为人体的视觉器官,是人类感知外界信息和向外界表达内心世界的重要工具,大脑中约80%的信息是通过视觉获取的。视线是指人眼的注视方向,通过对人眼视线的跟踪与定位可以获得人类对外界信息的感知及意图。利用计算机对人的视觉过程进行精确追踪的视线跟踪技术一直是研究的热点。随着对视线跟踪技术的深入研究,视线跟踪的应用也日益广泛,其应用领域涵盖发展心理学、医学诊断、商业广告测评、娱乐、交通、军事、人机交互等,具有非常好的应用前景。本论文针对视线跟踪技术存在的问题,提出了一种头盔式视线跟踪系统的设计方案。该系统硬件结构简单,允许头部自由运动,并具有很好的跟踪效果。同时对系统的软件算法进行研究和优化,主要算法包括：瞳孔提取算法、角膜反射亮斑提取算法、标定算法和跟踪算法。该系统的创新点主要体现在以下几个方面：1.改进了传统视线跟踪系统对人的限制：将眼部摄像机、场景摄像机和和红外光源集成到头盔上,三者保持相对静止,因此头部的转动不会影响场景图片与眼部图片的映射关系,即不影响跟踪精度。2.提高了算法精度：眼部摄像机获取清晰眼部图像,利用二值化、Canny算子、椭圆拟合等图像处理过程精确定位瞳孔中心和角膜反射亮斑中心。3.提高了算法运算效率,满足实时性要求：算法采用非迭代方法,无需提前移除角膜反射亮斑,不对图像作任何前期处理工作,同时对于角膜反射亮斑的提取,只对部分区域做处理,提高了运算速度。本论文还对头盔式视线跟踪系统的误差进行计算,并分析各种因素对视线跟踪精度的影响,最后通过实验对视线跟踪的误差进行估计与计算。本文提出的头盔式视线跟踪系统在X方向和Y方向的平均误差都在0.4。左右,处理速度23帧/s,满足视线跟踪系统的要求。最后针对视线跟踪在增强现实显示领域的应用,我们将视线跟踪系统与头盔显示系统相结合,设计了一套集成系统。该系统可以利用视线跟踪系统为头盔显示系统提供用户的视线方向和用户在场景中的感兴趣区域,头盔显示系统可以根据视线跟踪系统提供的用户信息,将相关的增强现实信息注册到用户的注视点,实现增强现实显示系统的三维注册、实时交互和虚实融合。并针对该应用对头盔显示器的光学系统进行设计,提出了一套设计方案,但是该方案还处于初步阶段,还需要更进一步的研究和论证。