视线跟踪技术是智能眼动操作系统的关键性技术,是未来智能人机接口的关键性技术之一。视线跟踪技术发展初期,测量手段简易、贫乏,对使用者有很大的影响。机器视觉和图像处理技术在近些年来有了很大的发展,基于计算机视觉的光学记录法以其安全性,准确性成为当前研究的热点。基于计算机视觉的光学记录法又可分为单摄像机无光源系统,单摄像机多光源系统和多摄像机多光源系统。单摄像机无光源系统,主要依靠摄像机捕获人眼,利用图像处理算法对人眼特征进行检测,结构简单但算法复杂;单摄像机多光源系统和多摄像机多光源系统一般基于瞳孔-角膜反射向量法跟踪人眼视线,这类系统需要搭建复杂的硬件结构,标定过程繁琐,成本较高。针对以上问题,本文基于双目立体视觉原理,搭建了一个头戴式小型视线跟踪系统,该系统结构简单,成本低,可较准确地跟踪人眼视线。本文所搭建的头戴式小型双目立体视线跟踪系统主要由一个近红外面光源,一组双目相机,一个场景相机和一块反射镜构成:双目相机借助反射镜拍摄人眼图像,场景相机借助反射镜拍摄场景图像,通过对双目相机和场景相机的标定将人眼图像和场景图像统一到同一个坐标系中。由于场景相机与双目相机位置特殊,本文提出了一种无公共视场的相机标定方法,通过两轴转台关联相机视场,解决了系统标定问题。视线信息获取为整个视线跟踪系统的核心和关键,本文根据定义“瞳孔边界所成平面的中心法线方向为视线间接估计方向”提取人眼视线。首先,在眼睛红外图像中进行瞳孔亚像素边缘检测和瞳孔中心定位;然后,根据瞳孔位置大致确定眼角区域,并根据该区域图像像素灰度值累加图特点,对图像进行二值化处理,精确确定眼角位置;最后,根据瞳孔及眼角特征确定瞳孔边缘同名点,结合相机标定结果,拟合瞳孔所在空间平面,确定视线方向。本文所设计的基于双目立体视觉的小型头戴式视线跟踪系统,可以清晰稳定地采集人眼图像,借助后续图像处理算法可以较准确地完成视线方向跟踪工作,解决了现有视线跟踪系统结构复杂,标定过程繁琐的问题。