CN102743150A - 眼动仪视点校准方法及应用其的目标选中方法和拨号方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种眼动仪视点校准方法及应用其的目标选中方法和拨号方法。该眼动仪视点校准方法，包括：将由眼动仪采集的L组视点坐标数据记录至视点坐标数组；对L组视点坐标数据赋相同的初始化权重值；对每一视点坐标数据，利用其与全部视点坐标数据的加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行迭代校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重逐渐变小；利用校正后的每一视点坐标数据及其权重值，计算全部视点坐标数据的加权平均值

该加权平均值

即为校准后的眼动仪视点坐标。本发明采用的变权重方法，降低了远离全部视点坐标数据加权平均值视点的权重，从而减小了奇异点的影响，增大了视点跟踪的准确性。

Description

眼动仪视点校准方法及应用其的目标选中方法和拨号方法

技术领域

本发明涉及电子信息行业信号处理领域，尤其涉及一种眼动仪视点校准方法及应用该方法的目标选中方法、拨号方法。

背景技术

人眼的视点是一种重要的人体信息，近年来视线追踪在人机系统领域发挥着越来越重要的作用。视线跟踪一般需要一个或两个摄像头(一般是红外摄像头)采集人的头部的图像，然后经过一定的图像处理，实时的找出人的瞳孔的位置，最后采用一定的算法判断出人的视线方向等信息。实现上述视线跟踪的设备一般叫做“眼动仪”。现在市场上有很多眼动仪的产品，这些产品基本上都可以把人都视点定位在一个范围里边。但是由于各种原因这些产品得到的人的视点往往会在一定的范围里震颤。这种震颤会给使用者带来定位的困难，而且会使的使用者很容易感到疲惫，因此迫切需要提供一种算法来实现视点的稳定和准确。

此外，打电话是人们日常生活中必不可少的一种交际手段，但是一些残疾人由于先天或后天的原因不便于手动拨号。因此，用眼睛拨号就会变得非常有意义。现在虽然国内外有很多人在研究基于视线跟踪辅助系统，如基于视线追踪的残疾人辅助系统，但是目前还没有人研究基于视线跟踪的拨号方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种眼动仪视点校准方法及应用该方法的电话拨号方法，以提高眼动仪视点定位的精度。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种眼动仪视点校准方法，包括：步骤A，将由眼动仪采集的L组视点坐标数据记录至视点坐标数组；步骤B，对视点坐标数组中L组视点坐标数据赋相同的初始化权重值；步骤C，对每一视点坐标数据，利用其与全部视点坐标数据的加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行迭代校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重逐渐变小；步骤D，利用校正后的每一视点坐标数据及其权重值，计算全部视点坐标数据的加权平均值

该加权平均值

即为校准后的眼动仪视点坐标。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种目标选中方法，包括：确定视点坐标；判断视点坐标与预设目标坐标是否重合，如果是，则建立计时器；在计时器到时后，再次确定视点坐标；判断视点坐标与预设目标坐标重合是否仍然重合，如果是，则判断预设目标被选中，否则，该预设目标未被选中；其中，确定视点坐标的步骤包括：利用上述的眼动仪视点校准方法对眼动仪采集的L组视点坐标数据进行视点校准，获取校准后的视点坐标。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种拨号方法，该拨号方法基于一拨号盘，该拨号盘至少包括：0-9的数字键及拨号键，该拨号方法包括：利用上的目标选中方法，选中预设数目的数字键；将被选中的预设数目数字键相应的数字按序组成待拨号码；利用上述的目标选中方法，选中拨号键；拨出待拨号码。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明眼动仪视点校准方法及应用该方法的目标选中方法、拨号方法具有以下有益效果：

(1)本发明采用的变权重方法，降低了远离全部视点坐标数据加权平均值视点的权重，从而减小了奇异点的影响，增大了视点跟踪的准确性；

(2)本发明采用加权平均方法，由于加权平均的低通滤波的特性，使得到的视点更加稳定；

(3)本发明采用的目标选中及拨号的方法简单而易于实现，这样就减小了算法的复杂度，减小了误操作的可能性。

附图说明

图1为本发明实施例眼动仪视点校准方法的流程图；

图2为本发明实施例目标选中方法的流程图；

图3为本发明实施例拨号方法的流程图；

图4为本发明实施例拨号方法中拨号盘的示意图；

图5为本发明实施例拨号方法中通话进行中的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

在本发明的一个示例性实施例中，提出了一种眼动仪视点校准方法。图1为本发明实施例眼动仪视点校准方法的流程图。请参照图1，本实施例眼动仪视点校准方法包括：

步骤S102，将由眼动仪采集的L组视点坐标数据记录至视点坐标数组(x₁，x₂，…，x_L)；

其中，该视点坐标数据可以是二维视点坐标数据，也可以是三维的视点坐标数据。并且，在连续的对眼动仪视点进行校准的过程中，可以对视点坐标数组中的数据进行实时更新，即用眼动仪连续采集l组视点坐标数据，用新采集的l组视点坐标数据替代视点坐标数组里的最旧的l组视点坐标数据。一般情况下，视点坐标数组中包含10-100组的视点坐标数据，考虑到眼动仪视点校准的精度和数据处理的复杂度，优选地，每一视点坐标数组中包含20组的视点坐标数据。

步骤S104，对视点坐标数组中L组视点坐标数据赋相同的初始化权重值；优选地，该初始化权重值为：

$q_i=\frac{1}{L},(i=1,\·\·\·,L)---\left(1\right)$

步骤S106，对每一视点坐标数据，利用其与全部视点坐标数据的加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行迭代校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重逐渐变小；

实现该步骤有两种方法，其中第一种方法包括：

步骤S106a，确定总迭代次数M；

步骤S106b，赋值迭代初始次数k＝1；

步骤S106c，利用每一视点坐标数据及其权重值，计算全部视点坐标数据的加权平均值 $\stackrel{\‾}{x}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^L{q}_i{x}_i;$

步骤S106d，计算每一视点坐标数据至加权平均值的距离：

$d_i=\sqrt{{\left|\right|x_i-\stackrel{\‾}{x}\left|\right|}_2},(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,L)---\left(2\right)$

步骤S106e，对每一视点坐标数据，利用该视点坐标数据至加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值q_i进行校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重逐渐变小；

步骤S106f，如果k＝M，停止迭代执行步骤S108，否则k＝k+1，然后执行步骤S106c。

实现该步骤的第二种方法包括：

步骤S106a′，利用每一视点坐标数据及其权重值，计算全部视点坐标数据的加权平均值：

$\stackrel{\‾}{x}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^L{q}_i{x}_i---\left(3\right)$

步骤S106b′，计算每一视点坐标数据至加权平均值的距离：

$d_i=\sqrt{{\left|\right|x_i-\stackrel{\‾}{x}\left|\right|}_2},(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,L)---\left(4\right)$

步骤S106c′，对每一视点坐标数据，利用该视点坐标数据至加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值q_i进行校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重逐渐变小；

步骤S106d′，如果

则停止迭代转到步骤S108，否则，重新执行步骤S106a′，其中，为上次迭代的全部视点坐标数据的加权平均值，λ为预设的门限值。通常情况下，λ的取值为0.00001。其中，该眼动仪确定视点坐标时，认为屏幕的左上角的坐标是(0，0)，右下角的坐标是(1，1)，因此λ本身是没有量纲的。

上述的步骤S106e与步骤S106c′的具体实现过程相同，以下给出一具体的视点坐标数据权重值校正的方式，但本发明并不以此为限，任何使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据权重值逐渐变小的方法均可以采用，例如模糊变权重方法，均包含在本发明的保护范围之内。该实现方式包括：

步骤A，对每一视点坐标数据，计算其修正尺度：

$m_i=e^{-10d_i},(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,L),---\left(5\right)$

步骤B，对每一视点坐标数据，重新配置权重：

$q_i=\frac{m_i}{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{20}{m}_j},(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,L)---\left(6\right)$

步骤S108，利用校正后的每一视点坐标数据及其权重值，计算全部视点坐标数据的加权平均值

该加权平均值

即为校准后的眼动仪视点坐标。

本实施例中，利用迭代算法，最终会使得奇异点，即远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重变得非常小，这样就可以减小奇异点带来的影响。同时经过加权平均的天然的滤波效果，可以减小视点的抖动。

在得到了稳定的视点，就可以根据视点和按键的相对位置来实现目标选中的功能。具体来说，有了实时的视点和目标的相对位置，就可以判断某一时刻视点是否在某一目标上面。而如果视点在某一目标上面停留足够长的时间(如1秒钟)，就可以认为操作员想要按下这一按键。

在本发明的另一个示例性实施例中，还提出了一种目标选中方法。图2为本发明实施例目标选中方法的流程图。如图2所示，本实施例目标选中方法包括：

步骤S202，确定视点坐标；

步骤S204，判断视点坐标与预设目标坐标是否重合，如果是，执行步骤S206，否则，重新执行步骤S202；

步骤S206，建立计时器；

步骤S208，在计时器到时后，销毁计时器；

步骤S210，再次确定视点坐标；

步骤S212，判断视点坐标与预设目标坐标重合是否仍然重合，如果是，则判断预设目标被选中，否则，该预设目标未被选中。

其中，步骤S202和步骤S210中确定视点坐标包括：由眼动仪实时采集L个视点坐标数据，由步骤S102至步骤S110的方法对眼动仪采集的L组视点坐标数据进行视点校准，获取校准后的视点坐标。

本实施例中，利用计时器当视点进入某一按键的领域就创建一个相应的计时器。当计时器计算结束，判断视点是否还在当初创建计时器的按键上面。如果还在那么就击发相应的按键事件(相当于按下相关按键)，然后销毁计时器。如果视点已经不再相应按键之上，那么销毁计时器，除此之外不做任何操作。通常情况下，该计时器的时间介于0.5至1.5s之间，本发明中设定的时间为0.8秒。

在上述实施例的基础上，就可以实现利用眼动仪的拨号，此时，上述实施例中的目标即为拨号盘上的数字键。在本发明的又一个示例性实施例中，还提出了一种拨号方法。图3为本发明实施例拨号方法的流程图。该拨号方法基于一拨号盘，该拨号盘至少包括：0-9的数字键及拨号键，该拨号方法包括：

步骤S302，执行以下步骤，直至预设数目的数字键被选中：

步骤S302a，确定视点坐标；

步骤S302b，判断视点坐标是否与0-9中目标重合，如果重合，执行步骤S302c，否则，重新执行步骤S302a；

步骤S302c，建立计时器；

步骤S302d，计时到时，销毁计时器；

步骤S302e，确定视点坐标

步骤S302f，判断视点坐标是否与原来目标仍重合，如果是，执行步骤S302g，否则，执行步骤S302a；

步骤S302g，目标被选中；

步骤S302h，判断选中的数字键是否达到预设的数目，如果已达到，执行步骤S304，否则，重新执行步骤S302a；

步骤S304，被选中的多个数字键相应的数字按序组成待拨号码；

步骤S306，利用步骤S202至步骤S208来判断拨号键是否被选中，如果拨号键被选中，执行步骤S308；

步骤S308，拨出所述待拨号码。

在本发明优选的实施例中，所述拨号盘还包括挂机键，则在所述步骤S308之后，该拨号方法还包括：步骤S310，利用步骤S202至步骤S208来判断挂机键是否被选中，如果挂机键被选中，通话结束。

此外，在本发明另一个优选的实施例中，所述步骤S302中，如果对应第一数字键的第一计时器在计时的过程中，视点进入第二数字键的按键区域，则同时建立对应该第二数字键的第二计时器；如果对应第一数字键的计时器到时后，视点坐标仍然与第一数字键重合，则第一数字键被选中，第二计时器销毁，视为自始不存在。

以下针对一具体场景的拨号，来详细介绍本发明实施例拨号方法。具体的实施方案如说明书附图中的图3是拨号的程序路流程图所示。

首先将眼动仪接通电源，然后用USB数据线将其和电脑连接起来。此时就可以打开本发明的主程序(Eye Phone)，打开程序会看到如图4所示的拨号界面。如果眼动仪的主程序没有打开，点击拨号界面的“打开”按键打开眼动仪的主程序(注意：如果眼动仪的主程序已经打开那么就不需要也不可以再次点击“打开”按键)。打开眼动仪主程序之后，就可以单击“连接”按键，将本发明的主程序和眼动仪的主程序通过TCP/IP连接起来，从而本发明的主程序就可以接受的眼动仪采集到的人眼视点的粗略位置。在连接的同时，会进行校准。完成校准后，整个准备和初始化过程就结束了，之后就可以进行拨号等其他步骤了。下面就结合图3对拨号流程的一些细节进行阐述。

关于计时器：当视点进入某一按键的领域就创建一个相应的计时器(本发明中设定的时间为0.8秒)。当计时器计算结束，判断视点是否还在当初创建计时器的按键上面。如果还在那么就击发相应的按键事件(相当于按下相关按键)，然后销毁计时器。如果视点已经不再相应按键之上，那么销毁计时器，除此之外不做任何操作。注意：在一个计时器计时的过程中，如果视点进入其他的按键区域，也要创建相应的计时器。也就是说在同一时刻，有可能会存在几个计时器同时进行计时。而且只要计时器结束计时，就一定会销毁，以避免重复操作。

关于拨号按键：如果在某一时刻按下了拨号按键(图4中最下面的绿色按键)，那么程序会根据当前的不同的状态做出不同的操作。如果当前回显区域显示的是“请输入号码”的提示信息，那么程序在按下拨号按键后，除了播放提示音外不做其他任何操作。反之如果回显区域有之前输入的号码，那么在按下拨号按键后，主程序将拨出回显区域的号码，进入如图5所示的通话界面。

关于结束通话：结束通话的程序流程和拨号的流程是类似的。结束通话的本质就是按下结合通话的按键(图4中的红色按键)。通过视点和结束通话按键的相对位置以及计时器就可以完成结束通话的操作。关于计时器的使用方法完全类似于拨号操作。在程序检测的通话结束的命名后，程序主界面就会结束当前的操作，便会图4的拨号界面，等待下一次的拨号操作。

需要说明的是，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：(1)本发明中数字拨号盘还可以替换为其他字母及符号的形式，将本发明改为一输入系统。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种眼动仪视点校准方法，包括：

步骤A，将由眼动仪采集的L组视点坐标数据记录至视点坐标数组；

步骤B，对所述视点坐标数组中L组视点坐标数据赋相同的初始化权重值；

步骤C，对每一视点坐标数据，利用其与全部视点坐标数据的加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行迭代校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重逐渐变小；

步骤D，利用校正后的每一视点坐标数据及其权重值，计算全部视点坐标数据的加权平均值

该加权平均值即为校准后的眼动仪视点坐标。

2.根据权利要求1所述的眼动仪视点校准方法，其中，所述步骤B中对视点坐标数组中L组视点坐标数据赋相同的初始化权重值中：所述初始化权重值为1/L。

3.根据权利要求1所述的眼动仪视点校准方法，其中，所述步骤C中对每一视点坐标数据，利用其与全部视点坐标数据的加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行迭代校正包括：

步骤C1，确定总迭代次数M；

步骤C2，赋值迭代初始次数k＝1；

步骤C3，利用每一视点坐标数据及其权重值，计算全部视点坐标数据的加权平均值；

步骤C4，计算每一视点坐标数据至加权平均值的距离；

步骤C5，对每一视点坐标数据，利用该视点坐标数据至加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重变小；

步骤C6，如果k＝M，停止迭代执行步骤D，否则k＝k+1，执行步骤C3。

4.根据权利要求3所述的眼动仪视点校准方法，其中，所述步骤C5中，对每一视点坐标数据，利用该视点坐标数据至加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重变小包括：

对每一视点坐标数据，计算其修正尺度：

其中d_i为第i个视点坐标数据至当前加权平均值的距离，其中，i＝1，2，…，L；

对每一视点坐标数据，利用其修正尺度m_i重新配置权重：

5.根据权利要求1所述的眼动仪视点校准方法，其中，所述步骤C中对每一视点坐标数据，利用其与全部视点坐标数据的加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行迭代校正包括：

步骤C1′，利用每一视点坐标数据及其权重值，计算全部视点坐标数据的加权平均值；

步骤C2′，计算每一视点坐标数据至加权平均值的距离；

步骤C3′，对每一视点坐标数据，利用该视点坐标数据至加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值q_i进行校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重变小；

步骤C4′，如果

则停止迭代转到步骤D，否则，重新执行步骤C1′，其中，

分别为本次和上次的全部视点坐标数据的加权平均值，λ为预设的门限值。

6.根据权利要求5所述的眼动仪视点校准方法，其中，所述步骤C3′中，对每一视点坐标数据，利用该视点坐标数据至加权平均值的距离对该视点坐标数据的权重值进行校正，使远离全部视点坐标数据加权平均值的视点坐标数据的权重变小包括：

对每一视点坐标数据，计算其修正尺度：

其中d_i为第i个视点坐标数据至加权平均值的距离，其中，i＝1，2，…，L；

对每一视点坐标数据，利用其修正尺度m_i重新配置权重：

7.根据权利要求5所述的眼动仪视点校准方法，其中，所述步骤C4′中，λ≤0.00001m。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的眼动仪视点校准方法，其中，所述10≤L≤100。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的眼动仪视点校准方法，其中，所述视点坐标数据为二维视点坐标数据或三维的视点坐标数据。

10.一种利用权利要求1至9中任一项所述眼动仪视点校准方法的目标选中方法，包括：

确定视点坐标；

判断视点坐标与预设目标坐标是否重合，如果是，则建立计时器；

在计时器到时后，再次确定视点坐标；

判断视点坐标与预设目标坐标重合是否仍然重合，如果是，则判断预设目标被选中，否则，该预设目标未被选中；

其中，所述确定视点坐标的步骤包括：利用权利要求1至9中任一项所述的眼动仪视点校准方法对眼动仪采集的L组视点坐标数据进行视点校准，获取校准后的视点坐标。

11.根据权利要求10所述的目标选中方法，其中，所述计时器的时间介于0.5至1.5s之间。

12.根据权利要求11所述的目标选中方法，其中，所述计时器的时间为0.8s。

13.一种利用权利要求10至12中任一项所述目标选中方法的拨号方法，该拨号方法基于一拨号盘，该拨号盘至少包括：0-9的数字键及拨号键，该拨号方法包括：

利用权利要求10至12中任一项所述的目标选中方法，选中预设数目的数字键；

将被选中的预设数目数字键相应的数字按序组成待拨号码；

利用权利要求10至12中任一项所述的目标选中方法，选中拨号键；

拨出所述待拨号码。

14.根据权利要求13所述的拨号方法，其中，所述选中预设数目数字键的步骤中：

如果对应第一数字键的第一计时器在计时的过程中，视点进入第二数字键的按键区域，则同时建立对应该第二数字键的第二计时器；

如果对应第一数字键的计时器到时后，视点坐标仍然与第一数字键重合，则第一数字键被选中，第二计时器销毁，视为自始不存在。

15.根据权利要求13所述的拨号方法，其中，该拨号盘还包括：挂机键；所述拨出待拨号码的步骤之后还包括：

利用权利要求10至12中任一项所述的目标选中方法，选中挂机键；结束当前通话。

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