CN105929963B - 一种用于追踪眼球位置的方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于追踪眼球位置的方法，包括步骤：a)在眼球前方围绕眼球周围布置至少一个光源，所述光源用于发出定向光束以照射眼球上的不同位置处；b)在所述光源周围至少三个不同位置布置传感器，以获取通过所述眼球表面不同位置反射所述光源发出光束的反射光强度值；c)根据所获取的每个位置的反射光强度值，计算得到所述人眼位置的信息。

Description

一种用于追踪眼球位置的方法及检测装置

技术领域

本发明涉及用于追踪眼球位置的方法及检测装置，特别涉及一种用 于追踪眼球位置的头戴式显示装置及方法。

背景技术

眼球追踪是一项科学应用技术，用户无需触摸屏幕即可翻动页面。 从原理上看，眼球追踪主要是研究眼球运动信息的获取、建模和模拟， 用途颇广。而获取眼球运动信息的设备除了红外设备之外，还可以是图 像采集设备，甚至一般电脑或手机上的摄像头，其在软件的支持下也可 以实现眼球跟踪。眼球追踪技术是一项科学应用技术，一是根据眼球和 眼球周边的特征变化进行跟踪，二是根据虹膜角度变化进行跟踪，三是 主动投射红外线等光束到虹膜来提取特征。

而目前的眼球追踪术的主要设备包括红外设备和图像采集设备，通 过对图像数据的处理，计算视线方向。不过，人眼实时的运动会给计算 系统带来庞大的计算量。本发明放弃了原始的采用图像采集设备，而是 采用从不同角度获取的眼球的光强对眼球的位置进行大概的计算，这样， 避免了繁冗、庞大的计算量，能够更高频率的对眼球进行跟踪。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种用于追踪眼球位置的方法。 根据本发明的一个方面，用于追踪眼球位置的方法包括步骤：a)在眼 球前方围绕眼球周围布置至少一个光源，所述光源用于发出定向光束以 照射眼球上的不同位置处；b)在所述光源周围至少三个不同位置布置 传感器，以获取通过所述眼球表面不同位置反射所述光源发出光束的反射光强度值；c)根据所获取的每个位置的反射光强度值，计算得到所 述人眼位置的信息。

优选地，步骤c的计算方法为：将所述眼球处于某一位置时的不同 位置传感器的反射光强度值与数据库进行匹配。

优选地，所述数据库建立方法为：

d)眼球处于某一位置，记录传感器的反射光强度值；

e)改变眼球位置，记录传感器的反射光强度值；

f)重复步骤e，直至记录完眼球处于眼眶中不同位置时的传感器的反 射光强度值，其中，重复步骤e的次数设置为至少100次。

优选地，所述光源设置于眼镜或头戴式显示装置的框架上。

优选地，所述光源为红外光源。

优选地，述传感器为红外传感器。

优选地，所述传感器还设置为CMOS管或者光敏电阻。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于追踪眼球位置的检测装 置，包括：至少一个光源，设置于眼球前方且围绕眼球周围，所述光源 用于发出定向光束以照射眼球上的不同位置处；传感器，设置于所述光 源周围至少三个不同位置，用于获取通过眼球表面不同位置反射所述光 源发出光束的反射光强度。

优选地，所述光源为红外光源。

优选地，所述传感器为红外传感器。

优选地，所述光源为可见光源。

优选地，所述传感器还设置为CMOS管或者光敏电阻。

优选地，所述显示屏为LCD显示屏。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于追踪眼球位置的头戴式 显示装置，包括：显示组件和用于固定显示组件的头带：所述显示组件 包括显示壳体以及所述显示壳体内部的显示机构；所述显示机构包括朝 向人眼方向的显示屏，用于显示图像；眼球前方且围绕眼球周围至少一 个光源，所述光源用于发出定向光束以照射眼球上的不同位置处；所述 光源周围至少三个不同位置布置传感器，用于获取通过所述眼球表面不 同位置反射所述光源发出光束的反射光强度值。

优选地，所述光源为红外光源。

优选地，所述传感器为红外传感器。

优选地，所述光源为可见光源。

优选地，所述传感器还设置为CMOS管或者光敏电阻。

优选地，所述显示屏为LCD显示屏。

根据本发明的一种用于追踪眼球位置的方法，其通过在透镜周围布 置光源以及传感器，获取不同角度的眼球的光强，综合光强的信息获取 眼球的位置。并且该方法适用于头戴式显示设备，更进一步适应于例如 眼镜框架的装置，应用广泛，而且该方法计算快捷，省去了图像处理等 计算步骤，计算量小。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解 释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实 施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出根据本发明的用于追踪眼球位置的方法的步骤；

图2a-2b示意性示出根据本发明的用于追踪眼球位置的方法的数据 库中传感器与眼球位置对应的方法；

图3a和图3b示意性示出适用于本发明的用于追踪眼球位置的检测 装置；

图4a和图4b示意性示出适用于本发明的用于追踪眼球位置的头戴 式显示装置；

图5示意性示出根据本发明的用于追踪眼球位置的方法的原理图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目 的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示 范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是 帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附 图标记代表相同或类似的部件。

图1示意性示出根据本发明的用于追踪眼球位置的方法的步骤；如 图1所示，步骤分为：

步骤101：在眼球前方围绕眼球周围布置至少一个光源，所述光源用 于发出定向光束以照射眼球上的不同位置处；

根据本发明的一个实施例，所述光源设置于眼镜或头戴式显示装置 的框架上。

步骤102：在所述光源周围至少三个不同位置布置传感器，以获取通 过所述眼球表面不同位置反射所述光源发出光束的反射光强度值；

若光源设置为红外光源，则传感器为红外传感器。

其中，所述传感器还可以设置为CMOS管或者光敏电阻。

步骤103：根据所获取的每个位置的反射光强度值，计算得到所述人 眼位置的信息。

根据本发明的一个实施例，步骤103中所述计算方法为：将所述眼 球处于某一位置时的不同位置传感器的反射光强度值与数据库进行匹 配。

其中，数据库建立方法为：

d)眼球处于某一位置，记录传感器的反射光强度值；

e)改变眼球位置，记录传感器的反射光强度值；

f)重复步骤e，直至记录完眼球处于眼眶中不同位置时的传感器的反 射光强度值，其中，重复步骤e的次数设置为至少100次。

其中，数据库中传感器与眼球位置对应的方法如图2a和2b所示：

如图2a-2b所示，为根据本发明的用于追踪眼球位置的方法的数据库 的建立方法。如下表1为眼球位置的数据库建立表，所述数据库包含了n 个传感器值e组成的数组(e1,e2,…,en)对应的i个眼球位置L1-Li的两 个元素。根据该表，将所测得的传感器的值与数据库匹配，获取眼球位 置信息。

表1眼球位置的数据库建立表

i个眼球位置L	L1	L2	...	Li
					n个传感器值e	(e1,e2,…,en)	(e1,e2,…,en)	...	(e1,e2,…,en)

建立数据库基本有如下两类方法，如图2a所示，以三个传感器为例， 每个传感器均设置有强弱等级，分别用强弱等级线条201a、强弱等级线 条201b、强弱等级线条201c表示各传感器的强弱值，顺时针方向表示强 弱值由弱到强：如图2a所示，其中一个强弱等级线条中的任意等级线203 与其他两个强弱等级线条中的任一等级线均相交，例如交点202，其可反 映眼球的一个位置，将所有交点反映的眼球位置均记录于表1中作为眼 球位置的数据库。当采用适用于该方法的设备进行对眼球位置采集时， 只需要将各传感器的值与表1中匹配，就可以获得该组传感器数值所对 应的眼球位置。

如图2b所示，为另一种建立数据库的方法。以传感器A、传感器B、 传感器C为例，以传感器位置为圆心，以传感器与眼球的距离dA、dB、 dC为半径做圆，三个圆的交点或者相交部分204可以反映眼球的位置。 将所有交点或者相交部分204反映的眼球位置均记录于表1中作为眼球 位置的数据库。当采用适用于该方法的设备进行对眼球位置采集时，只 需要将各传感器的值与表1中匹配，就可以获得该组传感器数值所对应 的眼球位置。

其中，传感器的数值e与其距离眼球的长度近似于成反比，具有比 例系数k，b为常数，有如下公式：

e＝k/d+b

其中，e由传感器可获知，比例系数k与常数b根据不同的传感器具 有对应的值，均为已知量，或者可以通过对传感器进行大量数据的测量， 通过最小二乘法进行线性拟合获取更准确的比例系数k以及常数b。通过 上式，可获得每个传感器与眼球的位置d。

通过图2b所述方法，以各传感器A、B、C所在位置为圆心，以各 传感器与眼球距离dA、dB、dC为半径做圆，能够求得眼球位置。

图3a和图3b示意性示出适用于本发明的用于追踪眼球位置的检测 装置；

一种用于追踪眼球位置的检测装置包括至少一个光源313a，设置于 眼球312a前方且围绕眼球周围，所述光源用于发出定向光束以照射眼球 上的不同位置处；

传感器315a，设置于所述光源313a周围至少三个不同位置，用于获 取通过眼球表面不同位置反射所述光源发出光束的反射光强度。

根据本发明的一个实施例，所述光源为红外光源时，传感器设置为 红外传感器。

根据本发明的一个实施例，所述光源可设置为可见光源。

根据本发明的一个实施例，所述传感器还设置为CMOS管或者光敏 电阻。

图3a和图3b展示了用于追踪眼球位置的检测装置的不同的配置方 案：图3a为眼球312a周围三个不同位置的光源313a各配置一个传感器 315a，图3b为眼球312b周围多个不同位置的光源313b，配置四个不同 位置的传感器315b，如图3b所述，多个光源均匀的分布于眼球312b周 围，该光源的布置方法使光线分布的更均匀。能够根据情况设计光源以及传感器的数目，可知，本发明的用于追踪眼球位置的头戴式显示装置 的光源和传感器的数目可根据具体情况决定。

图4a和图4b示意性示出适用于本发明的用于追踪眼球位置的显示 装置的结构示意图；如图4a所示，用于追踪眼球位置的头戴式显示装置， 包括显示组件和用于固定显示组件的头带430：所述显示组件包括显示壳 体420以及所述显示壳体内部的显示机构410；如图4b所示，所述显示 机构410包括朝向人眼方向的显示屏411，用于显示图像；眼球412前方 且围绕眼球周围至少一个光源413，所述光源用于发出定向光束以照射眼 球上的不同位置处；所述光源周围至少三个不同位置布置传感器414，用 于获取通过所述眼球表面不同位置反射所述光源发出光束的反射光强 度。

根据本发明的一个实施例，所述光源为红外光源时，传感器设置为 红外传感器。

根据本发明的一个实施例，所述光源可设置为可见光源。

根据本发明的一个实施例，所述传感器还设置为CMOS管或者光敏电阻。

根据本发明的一个实施例，所述显示屏为LCD显示屏。

根据本发明的另一个方面，提出了另一种用于追踪眼球位置的头戴 式显示装置，可以是能够固定于眼睛前方的框架，例如眼镜框架，在眼 镜框架上设置所述光源、传感器。

图5示意性示出根据本发明的用于追踪眼球位置的方法原理图；如 图5所示，由于虹膜501会吸收红外光，所以被光源503照射到虹膜面 积大的区域反射的光将弱，该光源配置的传感器502测得的反射光强度 值就低，反之同样。如图5所示，本发明的原理是通过综合各位置传感 器测得的反射光强度值，获得眼球的位置信息。

所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施 例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里 所描述的实施例。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本 领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性 的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种用于追踪眼球位置的方法，包括步骤：

a)在眼球前方围绕眼球周围布置至少一个光源，所述光源用于发出定向光束以照射眼球上的不同位置处；

b)在所述光源周围至少三个不同位置布置传感器，以获取通过所述眼球表面不同位置反射所述光源发出光束的反射光强度值；

c)根据所获取的每个位置的反射光强度值，计算得到所述眼球位置的信息；

所述计算方法为：将所述眼球处于某一位置时的不同位置传感器的反射光强度值与数据库进行匹配；

所述不同位置传感器与眼球位置对应的方法包括：所述不同位置传感器均设置有强弱等级，分别用强弱等级线条各传感器的强弱值，其中一个强弱等级线条中的任意等级线与其他强弱等级线条中的任一等级线均相交，相交点反映眼球的一个位置或

以所述不同位置传感器的位置为圆心，以传感器与眼球的距离为半径做圆，不同圆的交点或者相交部分反映眼球的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述数据库建立方法为：

d)眼球处于某一位置，记录传感器的反射光强度值；

e)改变眼球位置，记录传感器的反射光强度值；

f)重复步骤e，直至记录完眼球处于眼眶中不同位置时的传感器的反射光强度值，其中，重复步骤e的次数设置为至少100次。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光源设置于眼镜或头戴式显示装置的框架上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光源为红外光源。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述传感器为红外传感器。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述传感器还设置为CMOS管或者光敏电阻。

7.一种用于追踪眼球位置的检测装置，包括：

至少一个光源，设置于眼球前方且围绕眼球周围，所述光源用于发出定向光束以照射眼球上的不同位置处；

传感器，设置于所述光源周围至少三个不同位置，用于获取通过眼球表面不同位置反射所述光源发出光束的反射光强度；

所述检测装置根据所获取的每个位置的反射光强度值，计算得到所述眼球位置的信息；

具体的：将所述眼球处于某一位置时的不同位置传感器的反射光强度值与数据库进行匹配；

所述不同位置传感器与眼球位置对应的方法包括：所述不同位置传感器均设置有强弱等级，分别用强弱等级线条各传感器的强弱值，其中一个强弱等级线条中的任意等级线与其他强弱等级线条中的任一等级线均相交，相交点反映眼球的一个位置或

以所述不同位置传感器的位置为圆心，以传感器与眼球的距离为半径做圆，不同圆的交点或者相交部分反映眼球的位置。

8.一种用于追踪眼球位置的头戴式显示装置，包括：显示组件和用于固定显示组件的头带：

所述显示组件包括显示壳体以及所述显示壳体内部的显示机构；

所述显示机构包括朝向人眼方向的显示屏，用于显示图像；眼球前方且围绕眼球周围至少一个光源，所述光源用于发出定向光束以照射眼球上的不同位置处；所述光源周围至少三个不同位置布置传感器，用于获取通过所述眼球表面不同位置反射所述光源发出光束的反射光强度值；

所述头戴式显示装置根据所获取的每个位置的反射光强度值，计算得到所述眼球位置的信息；

具体的：将所述眼球处于某一位置时的不同位置传感器的反射光强度值与数据库进行匹配；

所述不同位置传感器与眼球位置对应的方法包括：所述不同位置传感器均设置有强弱等级，分别用强弱等级线条各传感器的强弱值，其中一个强弱等级线条中的任意等级线与其他强弱等级线条中的任一等级线均相交，相交点反映眼球的一个位置或

以所述不同位置传感器的位置为圆心，以传感器与眼球的距离为半径做圆，不同圆的交点或者相交部分反映眼球的位置。