基本信息
- 项目名称：
- 基于视线跟踪技术的瞳孔鼠标设计与实现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一款基于P-CR视线跟踪技术的瞳孔鼠标，能够实时提取注视点信息。通过自主开发的 “视控打地鼠”游戏，可为用户提供“看哪打哪”的交互体验。 作品创新点在于系统的低成本实现，硬件设备选型均为市面常见产品，有利于系统构建、维护和产品化推广。 本作品可广泛应用于人机交互等需要视线动态分析的领域，其应用使重度残疾人亦可方便地使用先进科技产品，对于改善我国残疾人生活环境，构建和谐社会具有积极作用。
- 详细介绍：
- 人总是通过五种感官从周围世界获取信息，并根据它们来指导自己的行动，而其中80％到90％的信息是用视觉获得的，而且视线具有直接性、自然性和双向性等其它感官信息所无法具备的特点。本作品是以此为出发点而设计的一款基于“角膜反射-瞳孔中心”视线跟踪技术的瞳孔鼠标，能够实现注视点信息的实时提取，平均追踪误差为0.9585°。通过自主开发的视线控制游戏——“视控打地鼠”，可以为用户提供“看哪打哪”的新奇交互体验。从此，人们便可在操作计算和其他数字化设备时解放双手，仅仅通过视线来更为便捷和自然地进行交互。 作品主要创新点在于系统的低成本实现，硬件结构简单稳定，设备选型均为市面常见产品，便于系统构建与维护，同时有利于产品化推广。 本瞳孔鼠标可广泛应用于产品测试、场景研究、虚拟现实、交通工具驾驶与违章监视、人机交互等需要视线动态分析的领域。同时，本系统的应用使重度残疾人也可以方便地使用先进的科技产品，对于改善我国残疾人生活环境，构建和谐社会具有积极作用。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计的基本思路： 人总是通过五种感官从周围世界获取信息，并根据它们来指导自己的行动，而其中80％到90％的信息是用视觉获得的，而且视线具有直接性、自然性和双向性等其它信息所无法具备的特点。以此为出发点而设计的基于视线跟踪技术的瞳孔鼠标系统可以实时提供用户注视点信息，获得用户感兴趣的区域。该系统为研制有广泛市场前景的瞳孔鼠标奠定理论和技术基础，并且为低成本实现方式提供可参考的方案。 创新点： 该作品紧密结合目前人机自然交互应用的要求，基于角膜反射-瞳孔中心的视线跟踪系统，以低成本实现了瞳孔鼠标。 技术关键： 主要包括角膜反射探测及定位、瞳孔中心的提取以及基于P—CR模型的注视点的计算。主要技术指标即注视点计算的准确度，平均跟踪误差为0.9585°。
科学性、先进性
- 本作品利用跟踪角膜反射-瞳孔中心原理，通过构建头部静止台架式视线跟踪系统并开发与之配套的软件，从而组成瞳孔鼠标系统。其注视点计算模型精确，系统实现简单，可靠性高。硬件全部采用市面上常见的监控摄像机与图像采集卡，系统整体成本仅一千元左右，若实现工业化批量生产可进一步降低成本。与国外昂贵的成熟产品相比，其成本已经非常低廉。 参考文献有： [1]徐兴民,左洪福,视线跟踪技术及其应用研究,[硕士学位论文],南京,南京航空航天大学,2007. [2]赵新灿,左洪福,任勇军,眼动仪与视线跟踪技术综述,计算机工程与应用,2006,12:118-140.
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月，本校第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖 2011年6月，第九届“挑战杯”赢响中原河南省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术购买
作品可展示的形式
- 现场实物展示、图片、视频
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用方法：使用时，只需将本产品的台架系统置于桌面显示器前，使用者以舒服的坐姿坐于桌前，并借助台架使头部保持静止，配合自主开发的软件系统即可实现“看哪指哪”。 技术特点：本作品依赖于图像处理技术，改进了眼部图像的瞳孔边缘检测的算法，能够满足实时追踪的要求。 适用范围：瞳孔鼠标的应用能够为人们提供更加直接、自然的人机交互方式，使人们获得更为亲切的操作体验。主要应用于广告研究、动态分析（航空航天相关领域、体育运动、汽车、飞机驾驶、打字动作分析等）、产品测试、场景研究和人机交互等各种领域，另外在理解人的意图的智能计算机、具有交互功能的家用电器、虚拟现实和游戏等领域也有很好的应用前景。同时，重度残疾人也可以方便地使用先进的科技产品，对于改善我国残疾人生活环境，构建和谐社会具有重大作用。 目前国外的一些大学和商用公司正在进行有关视觉追踪的技术研究，并且已经有了相关产品，但价格普遍昂贵。而国内的相关研究起步较晚，技术相对落后。本作品旨在以低成本搭建瞳孔鼠标系统，推动瞳孔鼠标的产品化。
同类课题研究水平概述
- 目前国外的一些大学和商用公司正在进行有关视觉追踪的技术研究。根据英国Derby大学行为科学研究所的Divid Wooding教授建立的眼动仪数据库网站（）公布的结果，目前世界上约有44家生产眼动仪的厂家。而国内的相关研究起步较晚，且产品化存在一定的空白。 美国、日本等在这一方面的研究比较深入，已远远地走在世界前列，进入实用化和商品化阶段。日本静冈大学研究小组开发出可用眼睛控制计算机光标的“瞳孔鼠标”，连戴眼镜的人也可以使用（相关报道的地址）。 美国在1988年向市场推出的商用Erica系统是一种基于红外电视法和图像处理的方法，将眼动测量设备与计算机、环境控制器（如室内温度控制器、吸尘器等）相连接，也可将眼动仪用来操作一些控制系统（如照明灯、电视机和其它电器），实现利用眼动进行环境控制，受到了广泛的欢迎。德国的SMI公司很好的完成了眼动议的商用化，其产品涉及各类基础科研、应用研究，可以满足不同类型科研用户对眼动追踪的需求，成为业界产品线最广的眼动设备生产商，并通过了严格的ISO9001：2000认证。但是国外相关商业化产品的价格普遍十分昂贵。
