CN105320251B - 眼控密码输入设备、方法及其计算机可读取纪录媒体 - Google Patents

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CN105320251B CN201410295309.8A CN201410295309A CN105320251B CN 105320251 B CN105320251 B CN 105320251B CN 201410295309 A CN201410295309 A CN 201410295309A CN 105320251 B CN105320251 B CN 105320251B
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Abstract

本发明提供一种眼控密码输入设备、方法及其计算机可读取纪录媒体。该设备包含有一用以显示一密码选单画面的显示装置、一用以拍摄使用者眼部影像的摄像装置、一储存至少一组预设密码与对应账号的记忆单元、一根据该预设密码产生该密码选单画面的控制单元以及一影像处理单元。其中，该影像处理单元根据该眼部影像获得数个参考对象，并根据数个该参考对象产生一眼部运动方向，并根据该眼部运动方向选择确认输入密码。在输入密码字符后，该显示单元显示另一个密码选单画面，供该使用者确认另一个该输入密码字符，直到完成该输入密码程序。

Description

眼控密码输入设备、方法及其计算机可读取纪录媒体
技术领域
本发明有关于一种眼控密码输入设备，尤指一种依据使用者眼部的动作产生输入指令等数据讯号的眼控密码输入设备。
背景技术
影像辨识技术广泛应用于各种产业，除辨识使用者个人特征的功能外，更可提供多元且直观的人机互动体验，在此影像辨识技术便具有不可取代的价值。于已知技术中，以眼控方式操作电子装置时，使用者可透过移动眼球的方式对电子装置进行操作，不仅在操作方式上更为简便，亦可克服传统按键式操作会留下指纹的缺点，进一步提升保全效果。
然而，已知技术侦测眼部动作的方式，系自使用者的眼部影像中撷取特征部位（如眼角、瞳孔等），并针对这些特征部位制定参考坐标，测量每个特征部位的位移，实为精准定位的概念。因此，在进行输入时随着使用者的动作，已知眼控输入设备必须不断追踪并更新使用者的特征部位，同时必须将这些特征部位的位置映像(mapping)为显示屏幕上的坐标以判定使用者所注视的方位，整体算法相当繁复，易会导致运算处理时间延长的问题。是以，如何增加眼控输入装置的操作便利性实为目前重要的课题。
发明内容
本发明主要目的，在于解决先前技术中判别使用者注视于显示装置上的算法过于繁复而需要大量运算时间的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种眼控密码输入设备，藉以进行一输入密码程序，包含：一显示装置、一摄像装置、一记忆单元、一控制单元、以及一影像处理单元。该显示装置用以显示一密码选单画面，该密码选单画面分割成数个位于不同位置的显示区块，且每一个该显示区块对应一输入密码字符。该摄像装置用以拍摄使用者眼部影像。该记忆单元储存有至少一组预设密码与对应账号。该控制单元根据该预设密码产生该密码选单画面。该影像处理单元根据该眼部影像获得数个参考对象，并根据数个该参考对象，产生一眼部运动方向。其中，该影像处理单元根据该眼部运动方向，选择对应的该显示区块，藉以确认一个该输入密码字符。其中该影像处理单元确认一个该输入密码字符后，该控制单元自动产生另一个密码选单画面于该显示单元上，供该使用者确认另一个该输入密码字符，直到完成该输入密码程序。
进一步地，所述参考对象包含有一瞳孔中心位置，以及一眼部外框，且该影像处理单元分析该瞳孔中心位置相对于该眼部外框的几何关系以产生该眼部运动方向。
进一步地，所述参考对象包含有一瞳孔中心位置，以及一光斑，且该影像处理单元分析该瞳孔中心位置相对于该光斑的几何关系以产生该眼部运动方向。
进一步地，所述参考对象包含有一瞳孔中心位置、一第一光斑，以及一第二光斑，且该影像处理单元分析该瞳孔中心位置、该第一光斑，以及该第二光斑计算取得一面积参数以及一角度参数，并依据该面积参数以及该角度参数产生该眼部运动方向。
进一步地，所述眼控密码输入设备更进一步包含有一用以照射使用者眼部令使用者眼部表面产生光斑的辅助光源装置。
进一步地，该控制单元产生至少一组与该预设密码不同的随机密码，并同时将该预设密码以及该随机密码分别依序显示于该密码选单画面的显示区块上。
进一步地，该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为正确，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，以便依序输入并比对密码直到所有密码输入正确进而解锁；其中该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为错误，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，但下一个与之后的密码选单画面均不再显示该预设密码中的对应密码字符。
进一步地，所述眼控密码输入设备更进一步包含有一手持式眼动输入装置，该手持式眼动输入装置包含有一遮蔽外壳，一位于该遮蔽外壳之内以容纳该显示装置以及该摄像装置的容置空间，以及一用以于该主机及该显示装置或该摄像装置之间传递数据的传输线。
进一步地，该眼部影像中包含有一虹膜影像，该记忆单元中预存有数个预设虹膜样板，且该影像处理单元比对该虹膜影像以及所述虹膜影像相符后致能该显示装置显示该密码选单画面。
本发明另一目的，在于提供一种眼控密码输入方法，藉以进行一输入密码程序，包含有以下步骤。(a)：依据至少一组预设密码与对应账号，产生一密码选单画面，并显示于一显示装置，其中该密码选单画面分割成数个位于不同位置的显示区块，且每一个该显示区块对应一输入密码字符；(b)：经由一摄像装置拍摄使用者眼部影像，自该使用者眼部影像中取得数个参考对象，根据该数个参考对象产生一眼部运动方向；(c)：根据该眼部运动方向，选择对应的该显示区块，藉以确认一个该输入密码字符；(d)：于步骤(c)，自动产生另一个该密码选单画面，供使用者确认另一个该输入密码字符；(e)：重复(c)与(d)步骤，直到完成该输入密码程序。
进一步地，其中该步骤(b)更包含有以下步骤：搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置，并定义该瞳孔中心位置为第一参考对象；搜寻使用者影像中的眼部顶端、底端、左侧及右侧四处边界，以产生涵盖眼部所有范围的一眼部外框，并定义该眼部外框为第二参考对象；以及分析该瞳孔中心位置相对于该眼部外框的几何关系以产生该眼部运动方向。
进一步地，其中该步骤(b)更包含有以下步骤：搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置，并定义该瞳孔中心位置为第一参考对象；搜寻使用者影像中的一光斑，并定义该光斑为第二参考对象；以及分析该瞳孔中心位置相对于该光斑的几何关系以产生该眼部运动方向；其中于产生该眼部运动方向的步骤中更包含有以下步骤：由该瞳孔中心位置定义一基准线；由该瞳孔中心位置与该光斑产生一连结线，并测量该基准线与该连结线之间的一夹角；以及依据该夹角判断该瞳孔中心位置与该光斑之间的几何关系。
进一步地，该步骤(b)更包含有以下步骤：搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置、一第一光斑、以及一第二光斑，并定义该瞳孔中心位置、该第一光斑、以及该第二光斑为参考对象；依据所述参考对象取得一面积参数；依据所述参考对象取得一角度参数；以及分析该面积参数以及该角度参数的几何关系以产生该眼部运动方向。
进一步地，于取得该面积参数的步骤中更包含有以下步骤：取得该瞳孔中心、该第一光斑、以及该第二光斑的三个坐标位置，并计算该三个坐标位置形成的三角形的一面积值；将该面积值除以正规化因子，以取得该面积参数。
进一步地，于取得该角度参数的步骤中更包含有以下步骤：由该瞳孔中心位置定义一基准线；由该瞳孔中心位置与该第一光斑产生一第一连结线，并测量该基准线与该第一连结线之间的一第一夹角；由该瞳孔中心位置与该第二光斑产生一第二连结线，并测量该基准线与该第二连结线之间的一第二夹角；依据该第一夹角以及该第二夹角的角度产生该角度参数。
进一步地，该方法于步骤(a)之前更进一步包含有下述步骤：自使用者眼部影像中取得一虹膜影像；将该虹膜影像进行一特征值处理，取得一虹膜特征向量图；将该虹膜特征向量图与数个预设虹膜样板进行比对，若比对结果相符，则由步骤(a)开始该输入密码程序；反之，结束该输入密码程序。
进一步地，于该步骤(a)中更包含有下述步骤：产生至少一组与该预设密码不同的随机密码；以及同时将该预设密码以及该随机密码分别依序显示于该密码选单画面的显示区块上。
进一步地，该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对 的结果为正确，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，以便依序输入并比对密码直到该输入密码的每一个密码字符皆输入正确进而解锁。
进一步地，该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为错误，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，但下一个与之后的密码选单画面均不再显示该预设密码中的对应密码字符。
本发明再一目的，在于提供一种计算机可读取记录媒体，当运算主机加载该程序并执行后，可完成如下述步骤：(a)：依据至少一组预设密码与对应账号，产生一密码选单画面，并显示于一显示装置，其中该密码选单画面分割成数个位于不同位置的显示区块，且每一个该显示区块对应一输入密码字符；(b)：经由一摄像装置拍摄使用者眼部影像，自该使用者眼部影像中取得数个参考对象，根据该数个参考对象产生一眼部运动方向；(c)：根据该眼部运动方向，选择对应的该显示区块，藉以确认一个该输入密码字符；(d)：于步骤(c)，自动产生另一个该密码选单画面，供使用者确认另一个该输入密码字符；(e)：重复(c)与(d)步骤，直到完成该输入密码程序。
本发明更一目的，在于提供一种计算机程序产品，当该计算机程序产品被加载依计算机中执行时可完成如下述步骤：(a)：依据至少一组预设密码与对应账号，产生一密码选单画面，并显示于一显示装置，其中该密码选单画面分割成数个位于不同位置的显示区块，且每一个该显示区块对应一输入密码字符；(b)：经由一摄像装置拍摄使用者眼部影像，自该使用者眼部影像中取得数个参考对象，根据该数个参考对象产生一眼部运动方向；(c)：根据该眼部运动方向，选择对应的该显示区块，藉以确认一个该输入密码字符；(d)：于步骤(c)，自动产生另一个该密码选单画面，供使用者确认另一个该输入密码字符；(e)：重复(c)与(d)步骤，直到完成该输入密码程序。
是以，本发明若干实施例相较于先前技术具有以下有益技术功效：
1.本发明若干实施例仅需藉由分析使用者眼部影像中的至少两样参考对象之间的几何关系，即可执行使用者进行密码输入的动作，无须将使用者的眼部位置映像至显示装置的坐标上，进而降低算法的复杂度。
2.本发明若干实施例另提供设置有显示装置以及摄像装置的手持式眼动输入装置，使用者可罩覆于眼睛周围，避免外部光源所产生的噪声以及过曝的问题，且可防止他人窥视密码输入过程。
3.本发明若干实施例提供一种用于眼动装置的操作接口与模式。更具体而言，该操作接口与模式可根据使用者密码输入状态自动变更输入页面，藉此简化该操作接口与模式中的选项复杂度，减少选项误判的可能性。
附图说明
图1为本发明眼控密码输入设备第一实施态样的外观示意图。
图2为本发明第一实施态样的功能方块图。
图3为本发明眼控密码输入设备第二实施态样的外观示意图。
图4为本发明手持式眼动输入装置的剖面示意图。
图5为本发明第三实施态样的外观示意图。
图6为本发明第三实施态样的操作示意图。
图7(a)至图7(f)为本发明密码选单画面的示意图。
图8(a)至图8(c)为本发明自使用者眼部影像中取得第一参考对象及第二参考对象的示意图。
图9至图14为本发明眼动密码输入方法的方法流程图。
图15揭示本发明眼控密码输入设备的操作流程示意图。
标号说明：
100 眼控密码输入设备；
101 保险箱本体；
102 门；
103 锁具；
104 锁具；
10 显示装置；
11 密码选单画面；
11a、11b 显示区域；
12 环状虹膜侦测区域；
13 预存的欢迎画面；
14 使用者选单；
14A 登录选项；
14B 编辑选项；
14C 求救选项；
14D 密码输入选项；
15 警示信号；
16 虹膜检测界面；
17 解锁画面；
20 摄像装置；
21 使用者眼部影像；
30 主机；
31 影像处理单元；
311a/311b/311c 瞳孔中心位置；
312a 眼部外框；
312b 光斑；
312c 第一光斑；
313c 第二光斑；
32 记忆单元；
33 控制单元；
40 无线传输单元；
50 连接口；
60 手持式眼动输入装置；
61 遮蔽外壳；
62 容置空间；
63 传输线；
64 辅助光源装置；
65 显示装置；
66 摄像装置；
70 主机；
80 手持式行动装置；
90 主机；
91 无线传输单元；
92 记忆单元；
93 控制单元；
L1 基准线；
L2 连结线；
L3 基准线；
L4 第一连结线；
L5 第二连结线；
θ1 第一夹角；
θ2 第二夹角；
E 虹膜特征；
步骤S101-S103；
步骤S201-S209；
步骤S2031a-S2033a；
步骤S2031b-S2033b；
步骤S20331b-S20333b；
步骤S2031c-S2034c；
步骤S20321c-S20323c；
步骤S20331c-S20334c；
流程G1-G8。
具体实施方式
有关本发明详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下。再者，本发明中的图式，为说明方便，其比例未必按实际比例绘制，而有夸大情况，这些图式及其比例非用以限制本发明范围。
本发明提供一种眼控密码输入设备，藉以进行一输入密码程序，所述输入密码程序适用于电子式锁具或身份认证，如门禁系统、电子式保险箱等，亦可结合于计算机设备进行数字化认证，例如当使用者要求取得计算机或机具的使用权限，或进入数据库等作业时，可透过该眼控密码输入设备进行输入密码程序的动作。
以下针对本发明可应用的硬设备为例举三种不同实施态样分别进行说明：
第一实施态样：
请参阅图1及图2所示，为本发明眼控密码输入设备第一实施态样的外观示意图以及功能方块示意图，如图所示：本发明眼控密码输入设备100可应用于眼控保险箱实施，主要包含有一保险箱本体101，一设置于该保险箱本体101上的门102，一控制该门的锁具103，以及设置于该保险箱本体101上以控制该锁具103的所述眼控密码输入设备100。
所述的眼控密码输入设备100包含有一主机30，以及连结于该主机30的显示装置10及摄像装置20。该显示装置10为提供使用者与眼控密码输入设备100的视觉互动接口，其可为液晶屏幕、数组式发光二极管屏幕等。该摄像装置20可为使用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)的影像传感器、使用电荷耦合组件(Charge Coupled Device, CCD)的影像传感器、或红外线摄影机等。该主机30包含有影像处理单元31、记忆单元32、控制单元33、无线传输单元40及/或一连接口50。该记忆单元32预存有至少一组预设密码与对应该预设密码的对应账号，此一预设密码即是判别使用者是否具有解锁或操作后台硬设备权限的依据。该控制单元33用以执行密码比对的算法，根据该预设密码产生密码选单画面，并可对所有I/O设备进行控制。
该摄像装置20拍摄使用者眼部影像，以便影像处理单元31对使用者眼部影像进行分析，判断使用者的视线方向或注视点。若使用者输入的密码正确，则眼控密码输入设备100发送讯号以解除电子式锁具、计算机等硬设备的锁定状态，该主机30可与受控制的设备分离设置，或主机30本身即与前述电子式锁具、计算机等硬设备一体设置，其具体设置形式在此不予以限制。所述的影像处理单元，用以根据该眼部影像获得数个参考对象，并根据该数个参考对象产生一眼部运动方向。
于较佳实施例中，所述的影像处理单元31可为一影像处理芯片、或计算机中的影像处理单元、图形处理器等。所述的记忆单元32为硬盘、数据库、云端硬盘等电子式储存媒体。所述的控制单元33为微处理器、中央处理器等电子运算装置。
于另一较佳实施例中，在此所述的影像处理单元31、记忆单元32及控制单元33，可共同构成一计算机或处理器，例如是个人计算机、工作站、主机计算机或其它型式的计算机或处理器，在此并不限制其种类。
于另一较佳实施例中，该影像处理单元31及控制单元32可共同构成一处理器，该处理器可耦接于记忆单元32。处理器例如是中央处理器（Central Processing Unit；CPU），或是其它可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器（Microprocessor）、数字讯号处理器（Digital Signal Processor；DSP）、可程序化控制器、特殊应用集成电路（ApplicationSpecific Integrated Circuits；ASIC）、可程序化逻辑装置（Programmable LogicDevice；PLD）或其它类似装置或这些装置的组合。
第二实施态样：
请参照图3，为本发明第二实施态样的外观示意图。第一实施态样与第二实施态样的眼控保险箱内部构件皆相同，在此不再赘述，最主要的差异处在于使用者进行眼动输入的接口差异，于此实施态样中，使用者是透过手持式眼动输入装置60对保险箱30进行输入程序。
请一并参照图4，为手持式眼动输入装置的剖面示意图。所述的手持式眼动输入装置60包含有显示装置65及摄像装置66，可供使用者手持覆盖于眼部使用。该手持式眼动输入装置60包含有一遮蔽外壳61、一位于该遮蔽外壳61内以容纳显示装置65以及摄像装置66的容置空间62、以及一用以于该主机70及该显示装置65或该摄像装置66之间传递数据的传输线63。使用者可直接将手持式眼动输入装置60贴靠于使用者的眼部，进行眼控输入程序，而非使用者配合眼控输入接口的外部环境。将使用者眼部贴靠于固定位置的显示装置或摄像装置(例如嵌于保险箱上或墙壁上)，如此可减少个别使用者因身材差异造成使用上的不便。此外，该遮蔽外壳61可减少外部光源的干扰与过曝的问题。
此外，于本实施态样中，可选择性地于该手持式眼动输入装置60上设置一辅助光源装置64，有关于辅助光源装置64以及光斑的影像分析技术，后面将有更详细的描述。
第三实施态样：
请参照图5，为本发明第三实施态样的方块示意图。第三实施态样揭示本发明眼控密码输入设备应用于门禁系统的实施型态，所述的门禁系统对应至使用者的手持式行动装置80，藉由手持式行动装置80作为眼动输入接口，藉以透过该手持式行动装置80的摄像装置(图未示)捕捉使用者的眼部动作，以输入对应的密码。该手持式行动装置80例如可为智能型手机、智能型平板、穿戴式计算机或其它类此的智能型电子装置。该门禁系统主要包含有一主机90，以及一连结于该主机90并控制门开关的锁具104。该主机包含有无线传输单元91、记忆单元92与连接于该无线传输单元91以及该记忆单元92的控制单元93。该无线传输单元91可藉由无线电频率、红外线讯号、蓝牙讯号、wifi讯号、zigbee讯号或其它类此的无线传输方式与该手持式行动装置连结。该记忆单元92预存有至少一组预设密码与对应该预设密码的对应账号，此一预设密码即是判别使用者是否具有解锁或操作后台硬设备权限的依据。该控制单元93用以执行密码比对的算法，并可对所有I/O设备进行控制。
接续，请参阅图6，为本发明第三实施态样的操作示意图，使用者可藉由将该手持式行动装置80覆盖于眼部，藉以透过该手持式行动装置80上设置的摄像装置拍摄使用者眼部影像，以便对使用者眼部影像进行分析，判断使用者的视线方向或注视点，该控制单元93将比对使用者输入的密码与预存于该记忆单元92的预设密码，若经比对结果判断使用者输入的密码正确，则控制单元93发送讯号以解除电子式锁具、计算机等硬设备的锁定状态。
参考下述揭露内容及图7(a)至图7(f)，该控制单元33可配置成于显示装置10上显示一密码选单画面11，该密码选单画面11分割成数个位于不同位置的显示区块(如显示区块11a及显示区块11b)，且每一个该显示区块对应一输入密码字符供使用者做选择性的输入。
由于显示区块分别设置于密码选单画面11上的不同位置，因此仅须取得使用者眼部运动的方向，即可对应地得知使用者所欲输入的内容为何。为达到上述目的，该影像处理单元31藉由该摄像装置拍摄使用者眼部影像，藉以自使用者眼部影像中取得数个参考对象，并由参考对象间的相对几何关系产生一眼部运动方向，推知使用者所欲输入的内容。再者，本发明的技术用语“参考对象”为使用者眼部影像21(如图8所示)中的眼部特征，可作为使用者眼部运动方向的判定依据，配合使用者的眼部运动方向所对应的显示区块11(如显示区块11a及显示区块11b)，便能得知使用者当前所注视的内容为何，并据此产生该输入密码。本发明是透过观察数个参考对象之间的相对几何关系，来判定使用者眼球的运动方向，省去经由坐标转换映像至显示装置10所属坐标系的步骤，因此使用者眼部影像21不须以坐标定位，亦不必转换为显示装置10上的坐标位置，且影像处理单元31的算法可得到简化，进而提高运算速度。
为便于理解本发明眼控密码输入设备100判断使用者眼部运动方向的方式，以下提供数种实施态样，请一并配合图8(a)至图8(c)及其相关说明阅读。但，上述图式皆以右眼作为表示，图式中的左右箭号代表眼球的运动方向。且以下说明中的左、右方向指相应于图式中的左侧及右侧，并非指图式中第一人称的左侧及右侧，在此先予叙明。
请一并参照图8(a)至图8(c)，为本发明自使用者眼部影像21中取得数个参考对象的示意图。于本发明其中一实施例（请参照图8 (a)）中，该第一参考对象为使用者的瞳孔中心位置311a，而该第二参考对象为一眼部外框312a。再者，本发明的技术用语“眼部外框312a”是由使用者影像中的眼部顶端、底端、左侧及右侧四处边界延伸而成，以产生涵盖眼部范围的一虚拟框。于拍摄到的影像中，如当使用者的瞳孔中心位置311a朝该眼部外框312a的左上方偏移时，代表使用者目前正注视相对于密码选单画面11中右上方的显示区块，即可将右上方显示区块中的内容做为使用者的输入。在此方式下，由于眼部外框312a生成时可能会造成些许的误差，可藉由设定阀值减少误判发生的可能性。
于本发明另一实施例中(请参照图8(b))，该第一参考对象为使用者的瞳孔中心位置311b，而该第二参考对象为一光斑312b。再者，本发明技术用语“光斑312b”是指外部光源于使用者的眼部表面上产生的反射光点，由于使用者在进行眼控输入时仅有眼球部位的运动，不会有较大幅度的位移，因此该光斑312b在眼部表面上的位置几乎可视为固定不动，而可作为判断使用者眼球运动方向的依据。
为产生该光斑312b以作为参考对象，如图4所示，所述眼控密码输入设备100的手持式眼动输入装置60可进一步包含一辅助光源装置64，该辅助光源装置64设置于容置空间62中，并配置成将光线照射于使用者眼部以产生该光斑312b。再者，影像处理单元31可分析该瞳孔中心位置311b相对于该光斑312b的几何关系，以便产生该眼部运动方向。此外，该辅助光源装置64较佳可设置于该手持式眼动输入装置60之内以便于在使用者的眼部表面上产生光斑312b。在本实施例中，具体利用光斑312b判定眼部运动方向的方式可由该瞳孔中心位置311b定义一基准线L1，该基准线L1可设定于使用者眼部影像21中的垂直或水平位置，但不以此为限；再由该瞳孔中心位置311b与该光斑312b产生一连结线L2，并测量该基准线L1与该连结线L2之间的一夹角θ，最后，再依据该夹角θ判断该瞳孔中心位置311b与该光斑312b之间的相对几何关系。
于本发明再一实施例(请参照图8 (c)) 中，取得三个参考对象，该第一参考对象为使用者的瞳孔中心位置311c，该第二参考对象为一第一光斑312c、而该第三参考对象为一第二光斑313c，并计算这些参考对象得到一面积参数以及一角度参数，分析该面积参数以及该角度参数的几何关系以产生该眼部运动方向。本发明技术用语“面积参数”具体为由使用者的眼部影像中该瞳孔中心311c、该第一光斑312c、以及该第二光斑313c的三个坐标位置所决定三角形的一面积值，由于任一三角形均可由其三个顶点处决定一外接圆，当三角形中的两顶点位置固定(即第一光斑312c与第二光斑313c)，仅有一顶点(即瞳孔中心位置311c)在平面上移动时，若三角形的面积变小，代表其外接圆的半径越大，也意味着使用者眼部的运动幅度越大，换言之，根据该面积参数的变化量，便可得知使用者眼部位移的程度，进一步考虑到使用者头部相对于摄像装置的前、后位移会影响计算出的面积值，为消弭此一变量，本发明将计算出的面积值除以一正规化因子，该正规化因子为该第一光斑312c以及该第二光斑313c之间距离的平方除以2，藉此消除因使用者头部移动所产生的误差。其次，本发明技术用语“角度参数”为瞳孔中心位置311c与第一光斑312c、第二光斑313c在平面上的角度关系，具体定义一通过该瞳孔中心位置311c的基准线L3，该基准线L3可设定于使用者眼部影像21中的垂直或水平方向，但不以此为限，再由该瞳孔中心位置311c与该第一光斑312c、该第二光斑313c分别产生两条连结线(第一连结线L4、第二连结线L5)，并测量该基准线L3与该第一连结线L4、第二连结线L5之间的一第一夹角θ1、以及一第二夹角θ2，最后，再依据第一夹角θ1、第二夹角θ2的角度值产生该角度参数；是以，结合该面积参数以及该角度参数，可得知使用者的眼部动作幅度以及角度，进而决定使用者的眼部运动方向。在本实施态样中，为产生该第一光斑312c、第二光斑313c以作为参考对象，前述辅助光源装置64同时包含有两个光源，并配置成将光线照射于使用者眼部表面以产生该第一光斑312c及该第二光斑313c，此外，该辅助光源装置64较佳可设置于该手持式眼动输入装置60之内以便于在使用者的眼部表面上产生光斑312b。
以下进一步说明本发明产生密码选单画面11的方式，请参照图7(a)至图7(f)，为本发明密码选单画面11的示意图，如图所示：该控制单元33依据记忆单元32中的预设密码产生密码选单画面11，于一较佳实施态样中，该控制单元33产生至少一组与该预设密码不同的随机密码，并同时将该预设密码以及该随机密码的内容一并显示在密码选单画面11中，供使用者以眼控方式进行选择输入。换言之，当使用者注视其中一个显示区块11a或显示区块11b时，眼控密码输入设备100便会判定该显示区块的内容为使用者所欲输入的内容。于本实施态样中，该密码选单画面11可分为左右两个显示区块11a、11b，假设预设密码为“56723”，而随机密码为“85019”，则该控制单元33便依序指示该显示装置10显示相关的密码选单画面11。该随机密码与该预设密码具有相同的字符长度，且该控制单元33产生与前述字符长度数目相同的密码选单画面11，若仅产生一组随机密码，每个密码选单画面11中便会包含有一个取自预设密码的字符、以及一个取自随机密码的字符。具体而言，首先控制单元33指示该显示装置10产生具有“5”(取自预设密码的第一个字符)、“8”(取自随机密码的第一个字符)两个数字的密码选单画面（参照图7(a)），并显示于显示装置10上供使用者选择输入，待输入完毕后，控制单元33便再产生下一个密码选单画面“6”(取自预设密码的第二个字符)、“5”(取自预设密码的第二个字符)（参照图7(b)），依此类推，图7(c)、图7(d)以及图7(e)分别显示取自预设密码/随机密码的第三、第四、第五个字符，待使用者输入完成后，最后将使用者依序的输入当作该输入密码，并与记忆单元32中的预设密码进行比对，藉此判断使用者是否可将锁具解锁，或具有操作计算机设备的权限。
在本发明之一或更多实施例中，使用者每一输入的密码字符皆与预设密码中的对应密码字符进行比对，以便实时判定密码正确与否。具体而言，若使用者输入的密码字符与预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为正确，则密码选单画面11将会自动换页，进入下一个密码选单画面11，依序输入并比对密码直到所有密码输入正确进而解锁。以图7(a)为例，于图标中该密码选单画面11包含有“5”、“8”两个数字，若使用者输入的是对应于预设密码第一个字符的“5”，则控制单元33判断使用者输入正确，并依预设密码与随机密码产生下一个密码选单画面11(即图7(b))，图7(c)、图7(d)、以及图7(e)为依循上述规则连续产生的密码选单画面11，为避免重复说明，在此省略。若使用者输入的密码字符与预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为错误，则密码选单画面11将会自动换页，进入下一个密码选单画面11，但下一个与之后的密码选单画面11均不再显示预设密码中的对应密码字符，以图7(a)为例，若使用者输入的是对应于随机密码第一个字符的“8”，则控制单元33判断使用者输入错误，此时，控制单元33开始产生不包含正确密码的密码选单画面11，如图7(f)所示，由于图7(f)中的“2”、“5”均为错误的密码，因此使用者将无法输入与预设密码相同的正确密码，藉此避免使用者误试预设密码。然而，当使用者结束密码输入程序后，仍可重新进行密码输入程序。
亦即，为防止他人以试误方式多次测试进而取得密码，当使用者输入了随机密码的内容时（亦即输入了错误的密码时），该控制单元33产生的密码选单画面中便为任意随机的内容，使他人无法以多次试误的方式窃取预设密码。
请参阅图9至图14，为本发明眼动密码输入方法的方法流程图，如图所示：
有关于本发明眼动密码输入方法，其包含有以下步骤：于起始时，产生至少一组与该预设密码不同的随机密码(步骤S201)，所述随机密码的数量可依后续所分割的显示区块的数量所决定。举例而言，显示区块分为四个，则生成三组随机密码。
接续，依序取得该预设密码以及随机密码第N组的密码字符(N起始值为1)，且密码选单画面分割为数个位于不同位置的显示区块，并将预设密码的字符及随机密码的字符分别随机填入所述显示区块(步骤S202)。
接续，自使用者眼部影像中取得数个参考对象，并由所述参考对象之间的相对几何关系产生一眼部运动方向(步骤S203)，所述参考对象可依照前述实施态样中的描述进行选用，本发明并不予以限制。
接续，该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对。根据该眼部运动方向，选择对应于密码选单画面11上的该显示区块，藉以确认一个该输入密码字符(步骤S204)。
接续，比对该输入密码字符与预设密码的对应密码字符是否相符(步骤S205)，若相符，则判断是否有仍需比对的该密码字符(步骤S206)，若尚有需要比对的密码字符，使N=N+1(步骤S208) ，该密码选单画面将会回到步骤S202，自动换页进入下一个密码选单画面，并重复执行上述有关于取得预设密码以及随机密码第N+1组的密码字符的步骤，以便依序输入并比对密码。若已经没有需要继续比对的密码字符，则判定使用者为具有解锁权限者，进一步解除锁定(步骤S207)。
于步骤S205的判断中，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为错误，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，但下一个与之后的密码选单画面均不再显示该预设密码中的对应密码字符，仅会包含有随机数随机产生的密码供使用者选择。(步骤S209)
若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为错误，
于较佳实施态样，步骤S203中的眼部运动方向可透过以下几种方式取得：
方法一、请参阅图10所示，所述的眼部运动方向可藉由以下步骤取得：搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置311a，并定义该瞳孔中心位置311a为第一参考对象(步骤S2031a)。接续，搜寻使用者影像中的眼部顶端、底端、左侧及右侧四处边界，以产生涵盖眼部所有范围的一眼部外框312a，并定义该眼部外框312a为第二参考对象(步骤S2032a)。最后，分析该瞳孔中心位置311a相对于该眼部外框312a的几何关系以产生该眼部运动方向(步骤S2033a)。
方法二、请参阅图11所示，所述的眼部运动方向可藉由以下步骤取得：搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置311b，并定义该瞳孔中心位置311b为第一参考对象(步骤S2031b)。接续，搜寻使用者影像中的一光斑312b，并定义该光斑312b为第二参考对象(步骤S2032b)。最后，分析该瞳孔中心位置311b相对于该光斑312b的几何关系以产生该眼部运动方向(步骤S2033b)。其中，于该步骤S2033b之中更包含有以下步骤：由该瞳孔中心位置311b定义一基准线L1(步骤S20331b)。接续，由该瞳孔中心位置311b与该光斑312b产生一连结线L2，并测量该基准线L1与该连结线L2之间的一夹角θ(步骤S20332b)。最后，依据该夹角θ判断该瞳孔中心位置311b与该光斑312b之间的相对几何关系(步骤S20333b)。
方法三、请一并参阅图12及图13所示，所述的眼部运动方向可藉由以下步骤取得：首先，搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置311c、一第一光斑312c、以及一第二光斑313c作为参考对象(步骤S2031c)，并依据所述参考对象取得一面积参数(步骤S2032c)，以及依据所述参考对象取得一角度参数(步骤S2033c)。最后，分析该面积参数以及该角度参数的几何关系以产生该眼部运动方向(步骤S2034c)。其中，于该步骤S2032c之中，所述的面积参数藉由以下步骤取得：计算该瞳孔中心311c、该第一光斑312c、以及该第二光斑313c的三个坐标位置，并计算该三个坐标位置形成的三角形的一面积值(步骤S20321c)。接续，计算该第一光斑312c以及该第二光斑313c之间的距离，并平方除以2，取得一正规化因子(步骤S20322c)。最后，将该面积值除以该正规化因子，以取得该面积参数(步骤S20323c)。接续，请继续参阅图13，于该步骤S2033c之中该角度参数藉由以下步骤取得：由该瞳孔中心位置定义一基准线L3(步骤S20331c)。接续，由该瞳孔中心位置311c与该第一光斑312c产生一第一连结线L4，并量测该基准线L3与该第一连结线L4之间的一第一夹角θ1 (步骤S20332c)。接续，由该瞳孔中心位置311c与该第二光斑313c产生一第二连结线L5，并量测该基准线L3与该第二连结线L5之间的一第二夹角θ2(步骤S20333c)。最后，依据该第一夹角θ1以及该第二夹角θ2的角度产生该角度参数(步骤S20334c)。
最后，于较佳实施例中，于使用者进行密码输入程序之前，可先进行虹膜辨识，以确认使用者的身分。如图14所示，本发明方法于步骤S201之前更进一步包含有以下步骤：自使用者眼部影像中取得一虹膜影像(步骤S101)。接续，将该虹膜影像进行一特征值处理，取得一虹膜特征向量图(步骤S102)。最后，将该虹膜特征向量图与预存于一数据库的数个预设虹膜样板进行比对，若比对结果相符，则由步骤S201开始该输入密码程序；反之，结束该输入密码程序(步骤S103)。
以下针对本发明中使用者接口的操作方式进行更进一步的描述，以便更能清楚理解本发明的技术内容，但这些实施方式仅为本发明可供参酌的其中一种实施态样，在此先予叙明。请一并参阅图15，揭示本发明眼控密码输入设备的操作流程示意图，于图15中，G1至G8为操作过程中显示装置2对应于每一个步骤所显示的画面，如图所示：
该眼控密码输入设备100经使用者触发启动时，开始以下的流程(该流程亦可于使用者离开或是达成部分特定条件时中止，并使该眼控密码输入设备进入休眠状态)。首先进行虹膜检测，该显示装置10上显示一虹膜检测接口16，并于显示装置10的画面中央处位置显示有一供使用者对正的环状虹膜侦测区域12(G1)。接续，摄像装置20拍摄使用者眼部的影像，藉以将使用者的眼部影像显示于该虹膜检测接口16上，以供使用者依据该环状虹膜侦测区域12进行眼部对正，并取得使用者的虹膜特征E(G2)，并于取得虹膜特征E后，将该虹膜特征E与该记忆单元内预存的虹膜特征数据进行比对。接续，当比对结果相符，确认该使用者为合法的使用者时，开启一预存的欢迎画面13于该显示装置10上，并开始该输入密码程序(G3)；反之，则结束该输入密码程序。接续，该显示装置上显示一使用者选单14(G4)，该使用者选单上显示有一求救选项14C以及一密码输入选项14D，于虹膜辨识步骤中判定操作人为系统管理员时，更包含有一登录选项14A以及一编辑选项14B，分别用以使系统管理员执行登录或编辑操作。再者，若遇到危险情况，则使用者可藉由注视求救选项14C进行求救，并于显示装置10上显示出警示信号15(G5)并将警示信号15传送至系统后台。若使用者注视密码输入选项14D，则会进入密码选单画面11(G6)。该密码选单画面11共分割为四个子画面，其中一个子画面显示有预设密码的第N个密码字符，另外三个子画面则显示三组随机密码的第N个密码字符，密码选单画面11的操作模式可参阅上述揭露内容。若输入正确密码，则会出现解锁画面17 (G7)。反之，则会一直显示随机的错误密码选单(G8)，直到使用者注销(脸离开手持式输入装置)并重新进行登入程序。
本发明方法步骤亦可作为一种软件或计算机程序产品实施，并储存于光盘片、硬盘、半导体记忆装置等计算机可读取纪录媒体，并藉由计算机可读取纪录媒体载置于电子装置上为电子装置所存取使用。具体而言，电子装置可为具备电控锁的保险箱、大楼门禁系统、保全系统或是类此的电子装置或设备。
综上所述，本发明提供使用者观看一密码选单画面作为以眼控方式选择输入的接口，该密码选单画面分割为数个位于不同位置的显示区块，并自使用者眼部影像中取得数个参考对象，经由分析观察这些参考对象之间的相对几何关系，以取得使用者眼部运动方向，配合密码选单画面中的显示区块以得知使用者所欲输入的内容为何。本发明若干实施例不必经由坐标转换方式将使用者的视线映像至密码选单画面的坐标系，亦可得知使用者所注视的方位，使整体算法简化进而提升运算速率。此外，本发明若干实施例提供一种用于眼动装置的操作接口与模式。更具体而言，该操作接口与模式可根据使用者密码输入状态自动变更输入页面，藉此简化该操作接口与模式中的选项复杂度，减少选项误判的可能性。
以上已将本发明做一详细说明，但以上所述，仅为本发明一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施范围，即凡依本发明权利要求书所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖范围内。

Claims (17)

1.一种眼控密码输入设备，藉以进行一输入密码程序，其特征在于包含：
一显示装置，用以显示一密码选单画面，该密码选单画面分割成数个位于不同位置的显示区块，且每一个显示区块对应一输入密码字符；
一摄像装置，用以拍摄使用者眼部影像；以及
一记忆单元，储存至少一组预设密码与对应账号；
一控制单元，根据该预设密码产生该密码选单画面，该控制单元产生至少一组与该预设密码不同的随机密码，并同时将该预设密码以及该随机密码分别依序显示于该密码选单画面的显示区块上；
一影像处理单元，根据该眼部影像获得数个参考对象，并根据数个该参考对象，产生一眼部运动方向；
其中该影像处理单元根据该眼部运动方向，选择对应的该显示区块，藉以确认一个该输入密码字符；
其中该影像处理单元确认一个该输入密码字符后，该控制单元自动产生另一个密码选单画面于该显示装置上，供该使用者确认另一个该输入密码字符，直到完成该输入密码程序。
2.根据权利要求1所述的眼控密码输入设备，其特征在于，所述参考对象包含有一瞳孔中心位置，以及一眼部外框，且该影像处理单元分析该瞳孔中心位置相对于该眼部外框的几何关系以产生该眼部运动方向。
3.根据权利要求1所述的眼控密码输入设备，其特征在于，所述参考对象包含有一瞳孔中心位置，以及一光斑，且该影像处理单元分析该瞳孔中心位置相对于该光斑的几何关系以产生该眼部运动方向。
4.根据权利要求1所述的眼控密码输入设备，其特征在于，所述参考对象包含有一瞳孔中心位置、一第一光斑，以及一第二光斑，且该影像处理单元分析该瞳孔中心位置、该第一光斑，以及该第二光斑计算取得一面积参数以及一角度参数，并依据该面积参数以及该角度参数产生该眼部运动方向。
5.根据权利要求1所述的眼控密码输入设备，其特征在于，该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为正确，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，以便依序输入并比对密码直到所有密码输入正确进而解锁；
其中该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为错误，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，但下一个与之后的密码选单画面均不再显示该预设密码中的对应密码字符。
6.根据权利要求1所述的眼控密码输入设备，其特征在于，更进一步包含有一手持式眼动输入装置，该手持式眼动输入装置包含有一遮蔽外壳，一位于该遮蔽外壳之内以容纳该显示装置以及该摄像装置的容置空间，以及一用以于主机及该显示装置或该摄像装置之间传递数据的传输线。
7.根据权利要求1所述的眼控密码输入设备，其特征在于，该眼部影像中包含有一虹膜影像，该记忆单元中预存有数个预设虹膜样板，且该影像处理单元比对该虹膜影像以及所述虹膜影像相符后，该显示装置显示该密码选单画面。
8.一种眼控密码输入方法，藉以进行一输入密码程序，其特征在于包含：
(a)依据至少一组预设密码与对应账号，产生一密码选单画面，并显示于一显示装置，其中该密码选单画面分割成数个位于不同位置的显示区块，且每一个该显示区块对应一输入密码字符，以及产生至少一组与该预设密码不同的随机密码，
并同时将该预设密码以及该随机密码分别依序显示于该密码选单画面的显示区块上；
(b)经由一摄像装置拍摄使用者眼部影像，自该使用者眼部影像中取得数个参考对象，根据该数个参考对象产生一眼部运动方向；以及
(c)根据该眼部运动方向，选择对应的该显示区块，藉以确认一个该输入密码字符；
(d)于步骤(c)，自动产生另一个该密码选单画面，供使用者确认另一个该输入密码字符；
(e)重复(c)与(d)步骤，直到完成该输入密码程序。
9.根据权利要求8所述的眼控密码输入方法，其特征在于，该步骤(b)更包含有以下步骤：搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置，并定义该瞳孔中心位置为第一参考对象；
搜寻使用者影像中的眼部顶端、底端、左侧及右侧四处边界，以产生涵盖眼部所有范围的一眼部外框，并定义该眼部外框为第二参考对象；以及
分析该瞳孔中心位置相对于该眼部外框的几何关系以产生该眼部运动方向。
10.根据权利要求8所述的眼控密码输入方法，其特征在于，该步骤(b)更包含有以下步骤：搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置，并定义该瞳孔中心位置为第一参考对象；
搜寻使用者影像中的一光斑，并定义该光斑为第二参考对象；以及
分析该瞳孔中心位置相对于该光斑的几何关系以产生该眼部运动方向；
其中，于产生该眼部运动方向的步骤中更包含有以下步骤：
由该瞳孔中心位置定义一基准线；
由该瞳孔中心位置与该光斑产生一连结线，并测量该基准线与该连结线之间的一夹角；以及依据该夹角判断该瞳孔中心位置与该光斑之间的几何关系。
11.根据权利要求8所述的眼控密码输入方法，其特征在于，该步骤(b)更包含有以下步骤：搜寻使用者影像中的一瞳孔中心位置、一第一光斑以及一第二光斑，并定义该瞳孔中心位置、该第一光斑、以及该第二光斑为参考对象；
依据所述参考对象取得一面积参数；
依据所述参考对象取得一角度参数；以及
分析该面积参数以及该角度参数的几何关系以产生该眼部运动方向。
12.根据权利要求11所述的眼控密码输入方法，其特征在于，于取得该面积参数的步骤中更包含有以下步骤：
取得该瞳孔中心、该第一光斑、以及该第二光斑的三个坐标位置，并计算该三个坐标位置形成的三角形的面积值；
以及将该面积值除以一正规化因子，以取得该面积参数。
13.根据权利要求11所述的眼控密码输入方法，其特征在于，于取得该角度参数的步骤中更包含有以下步骤：
由该瞳孔中心位置定义一基准线；
由该瞳孔中心位置与该第一光斑产生一第一连结线，并测量该基准线与该第一连结线之间的一第一夹角；
由该瞳孔中心位置与该第二光斑产生一第二连结线，并测量该基准线与该第二连结线之间的一第二夹角；以及
依据该第一夹角以及该第二夹角的角度产生该角度参数。
14.根据权利要求8所述的眼控密码输入方法，其特征在于，该方法于步骤(a)之前更进一步包含有下述步骤：
自使用者眼部影像中取得一虹膜影像；
将该虹膜影像进行一特征值处理，取得一虹膜特征向量图；
将该虹膜特征向量图与数个预设虹膜样板进行比对，若比对结果相符，则由步骤(a)开始该输入密码程序；反之，结束该输入密码程序。
15.根据权利要求8所述的眼控密码输入方法，其特征在于，该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为正确，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，以便依序输入并比对密码直到该输入密码的每一个密码字符皆输入正确进而解锁。
16.根据权利要求8所述的眼控密码输入方法，其特征在于，该输入密码的每一密码字符皆与该预设密码中的对应密码字符进行比对，若该输入密码的密码字符与该预设密码中的对应密码字符进行比对的结果为错误，则该密码选单画面将会自动换页，进入下一个密码选单画面，但下一个与之后的密码选单画面均不再显示该预设密码中的对应密码字符。
17.一种计算机可读取记录媒体，其上记录一程序，当运算主机加载该程序并执行后，能完成如权利要求8至16中任一项所述的眼控密码输入方法。
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