CN108234994A

CN108234994A - 一种人眼位置确定方法及装置

Info

Publication number: CN108234994A
Application number: CN201711483776.3A
Authority: CN
Inventors: 于炀
Original assignee: SHANGHAI WEI ZHOU MICROELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Zhangjiagang Kangdexin Optronics Material Co Ltd
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-06-29
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN108234994B

Abstract

本发明实施例公开了一种人眼位置确定方法及装置，所述方法包括：根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼的初始位置，根据所述左眼和右眼的初始位置计算头部模型中心位置，基于所述头部模型中心位置计算头部面向，并根据所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，确定满足预设的误差对应的左眼和右眼的位置为最终人眼位置。本发明实施例解决了可以利用单摄像头准确获取人眼位置的问题，能够减少裸眼3D显示器的配置，降低了设计和生产的难度，有效节省了裸眼3D显示器的生产成本。

Description

一种人眼位置确定方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及裸眼3D显示技术领域，尤其涉及一种人眼位置确定方法及装置。

背景技术

裸眼3D显示器被广泛应用于广告、传媒、示范教学、展览展示以及影视等各个不同领域。区别于传统的双目3D显示技术，裸眼3D显示由于拥有其裸眼的独特特性，即不需要观众佩戴眼镜或头盔便可观赏3D效果，且其逼真的景深及立体感，又极大提高了观众在观看体验时的视觉冲击力和沉浸感，成为产品推广、公众宣传及影像播放的最佳显示产品。

裸眼3D显示的原理一般是通过透镜将显示器显示的图像进行分光，透镜通过对光的折射作用，将不同的显示内容折射到空间中不同的地方，到达人眼时显示的内容被分开，人眼接收到两幅含有视差的图像，这样便产生了立体效果。在进行裸眼3D显示时，需要计算人眼的位置，并针对人眼的位置显示左右眼对应的图像。如果人眼位置计算不正确，则可能会出现图像反转的情况。使图像出现混叠影响了实际观看效果。

目前，通常采用在裸眼3D显示器上设置两个摄像头对观看者进行拍摄，通过两个摄像头采集得到的图像进行分析，建立坐标计算左右眼的位置。在实现本发明的过程中，发明人发现如下技术问题：由于增加了两个摄像头，增加了裸眼3D显示器涉及和生产的难度，并且增加了制造成本。

发明内容

本发明实施例提供了一种人眼位置确定方法及装置，以实现利用单摄像头确定人眼位置的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种人眼位置确定方法，该方法包括：

根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼的初始位置；

根据所述左眼和右眼的初始位置计算头部模型中心位置；

基于所述头部模型中心位置计算头部面向，所述头部面向包括:头部模型中心位置与屏幕中心位置之间的连线与所述屏幕之间的角度，并根据所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角；

确定满足预设的误差对应的左眼和右眼的位置为最终人眼位置。

第二方面，本发明实施例还提供了一种人眼位置确定装置，该装置包括：

左右眼位置推算模块，用于根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼的初始位置；

头部模型中心计算模块，用于根据所述左眼和右眼的初始位置计算头部模型中心位置；

左右眼位置修正模块，用于基于所述头部模型中心位置计算头部面向，所述头部面向包括:头部模型中心位置与屏幕中心位置之间的连线与所述屏幕之间的角度，并根据所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角；

左右眼位置确定模块，用于确定满足预设的误差对应的左眼和右眼的位置为最终人眼位置。

本发明实施例提供的人眼位置确定方法及装置，根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼的初始位置，根据所述左眼和右眼的初始位置计算头部模型中心位置；基于所述头部模型中心位置计算头部面向，并根据所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，确定满足预设的误差对应的左眼和右眼的位置为最终人眼位置。可以利用单摄像头准确获取人眼位置，能够减少裸眼3D显示器的配置，降低了设计和生产的难度，有效节省了裸眼3D显示器的生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中的人眼位置确定方法的流程图；

图2是本发明实施例一中的单摄像头瞳距人眼位置确定的原理示意图；

图3是本发明实施例一中的头部模型及头部模型在不同区域向屏幕中心旋转的左右眼位置示意图；

图4是本发明实施例一中的头部模型的左右眼连线与屏幕平面平行条件下左右眼初始位置和头部模型中心位置的示意图；

图5是本发明实施例一中的头部模型的左右眼连线与屏幕平面不平行情况下的单摄像头的人眼距离估计误差示意图；

图6是本发明实施例一中的头部模型的左右眼连线与屏幕平面不平行情况下的单摄像头的人眼跟踪裸眼3D显示人眼跟踪误差对显示效果影响示意图；

图7是本发明实施例一中头部模型与屏幕平面平行条件下一种递归计算更新左右眼位置的示意图；

图8是本发明实施例一中头部模型与屏幕平面平行条件下另一种递归计算更新左右眼位置的示意图；

图9是本发明实施例一中头部模型与屏幕平面平行条件下另一种递归计算更新的左右眼位置的示意图；

图10是本发明实施例二中的人眼位置确定方法的流程图；

图11是本发明实施例三中的人眼位置确定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的人眼位置确定方法的流程图，本实施例可适用于人眼位置确定的情况，该方法可以由人眼位置确定装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现。如图1所示，该人眼位置确定方法，包括：

步骤110、根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼的初始位置。

一般情况下，计算物体位置信息时通常会选择在坐标系中进行计算。因此在本发明实施例引入了坐标系，用于计算左眼和左眼的位置，以及后续计算其他位置信息。由于在观看电视等屏幕是人眼高度与屏幕平面的高度大体一致，因此在计算人眼位置是可以将高度认定为已知，仅需要计算在俯视屏幕与人眼位置的位置关系，即在X-Y平面坐标系中计算，不再考虑高度Z的值。图2是本发明实施例一中的单摄像头瞳距人眼位置确定的原理示意图。参见图2，在本发明实施例中可以以屏幕中心7’为原点、以摄像头的成像平面6所在直线作为X轴和以过屏幕中心7’且垂直于摄像头的成像平面6的垂直线所在直线作为Y轴，建立X-Y平面坐标系。为了方便后续人眼位置的计算后续均可以采用上述X-Y平面坐标系。

在本实施例中，该摄像头中成像平面上左眼和右眼可以是实际的左眼和右眼通过摄像头入射孔进入摄像头，并在摄像头内部的成像平面呈现出的左眼和右眼。其原理近似于小孔成像原理。左眼和右眼的初始位置可以是实际人眼的左眼和右眼与屏幕平面之间空间位置，例如三维立体空间位置。可选的，由于本实施例中只考虑双眼与屏幕之间的距离，因此，在本实施例中可以采用同一水平面上实际的左眼和右眼与屏幕平面之间的水平位置，而不再考虑实际的人眼高度位置关系。参见图2中建立的X-Y平面坐标系，通过实际的左眼和右眼在摄像头中成像平面上的左眼和右眼位置，可以很容易计算出成像平面中的左眼和右眼之间的距离。然后通过小孔成像中近似三角形原理，在假设左眼和右眼连线与屏幕平面平行前提下，根据成像平面中的左眼和右眼之间的距离、实际人眼中左眼和右眼之间的距离以及摄像头的入射孔到摄像头成像平面的距离，计算出在人眼左眼和右眼到屏幕平面的距离。结合图2中建立的X-Y平面坐标系，进一步得到人眼左眼和右眼在X-Y平面坐标系中的位置。其中，该入射孔可以是摄像头的镜头，实际人眼中左眼和右眼之间的距离可以根据人眼之间的瞳距来确定，通常人眼瞳距在一定范围内，且不同人之间的瞳距差相对较小，因此，可以采用固定的人眼瞳距作为左眼和右眼之间的距离。摄像头的入射孔到摄像头成像平面的距离通常可以根据摄像头配置参数得到。

为了更好地计算左眼和右眼的位置，可选的，在假设实际左眼和右眼连线与摄像头成像平面平行的前提下，根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼初始位置。

示例性的，参见图2，假设所述摄像头位于屏幕的中心位置上方，且与所述屏幕平行，实际的左眼1和右眼2之间的瞳距IPD可以根据人眼瞳间距设置为一固定值，假定左眼1和右眼2的连线与摄像头的成像平面6平行，可以通过摄像头成像平面6中的左眼4和右眼3之间的瞳距d₂计算实际的左眼和右眼位置。其中，摄像头成像平面6中的左眼4和右眼3之间瞳距d₂与实际的左眼和右眼位置之间的关系为：d₂＝IPD·h_p/(h₂-h_p)，h_p为摄像头镜头入射孔5至摄像头成像平面6的距离，d₂为摄像头成像平面6中的左眼4和右眼3之间瞳距大小，h₂为实际的人眼位置到摄像头中成像平面的距离。利用小孔成像原理，通过上述摄像头成像平面6中的左眼4和右眼3之间瞳距d₂与实际的左眼和右眼位置之间的关系可以很容易的计算出实际人眼的左眼和右眼位置到摄像头成像平面的距离。并可以通过将h₂减去屏幕平面与摄像头成像平面的距离计算出实际人眼到屏幕平面的距离，进一步结合图2中所述X-Y平面坐标系，确定在图2中X-Y平面坐标系下左眼和右眼的初始位置。如果所述摄像头位于其它位置和/或与所述屏幕不平行，仍然可以按照上述方法计算，只需将上述计算的左眼和右眼位置通过平移和/或旋转的方式进行坐标系的转换，进而确定左眼和右眼的初始位置。

步骤120、根据所述左眼和右眼的初始位置计算头部模型中心位置。

具体地，参见图2，在实际人眼的左眼1和右眼2之间连线与摄像头成像平面6平行情况下，通过步骤110可以计算出左眼1和右眼2与摄像头成像平面6之间的距离。然后根据摄像头成像平面6与屏幕平面之间的关系进一步计算出实际人眼的左眼1和右眼2与屏幕平面之间的距离，进而确定在所述X-Y平面坐标系中左眼1和右眼2的初始位置。

图3是本发明实施例一中的头部模型及头部模型在不同区域向屏幕中心旋转的左右眼位置示意图。参见图3，由于人体头部之间的结构基本相同，人眼与人体头部中心之间呈现一定的位置关系，根据人的左右眼和头部中心可以设定一个人体头部模型，头部模型可以在XY坐标系的不同区域内面向屏幕中心7进行旋转，即人体头部可以在XY坐标系的不同区域内进行旋转。其中，头部模型可以包括左眼1、右眼2和头部模型中心9，且头部模型中左眼1、右眼2和头部模型中心9三点的位置关系可以根据大部分人的眼间间距和头部大小进行设置。参见图3，由于设定的头部模型的左眼和右眼与头部模型中心之间存在着固定的位置关系，因此在获取左眼1和右眼2位置的前提下，可以根据左眼1和右眼2的初始位置计算头部模型中心9的位置。

步骤130、基于所述头部模型中心位置计算头部面向，所述头部面向包括:头部模型中心位置与屏幕中心位置之间的连线与所述屏幕之间的角度，并根据所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角。

在本实施例中，头部面向可以是头部模型中心位置与屏幕中心位置之间的连线与所述屏幕之间的角度。可选的，可以引入上述提及的头部模型，利用所述头部模型计算头部面向。例如，在获取左眼和右眼位置的前提下可以获得头部模型中心的位置，然后将头部模型中心与屏幕中心之间连线作为头部面向。为方便计算，可以将人的左眼1和右眼2之间连线至头部模型中心的距离根据实际大部分人的头部大小设置为d。在本实施例中，可以采用图3中的头部模型作为根据左眼和右眼初始位置推算头部模型中心位置，头部模型中心与屏幕中心之间连线与屏幕之间角度即为头部面向。

可选的，图4是本发明实施例一中的头部模型的左右眼连线与屏幕平面平行条件下左右眼初始位置和头部模型中心位置的示意图。参见图4，当用户双眼连线与屏幕平面满足平行的条件时，即图3中的头部模型满足左眼1和右眼2连线与摄像头成像平面6和屏幕平面8平行时，根据头部模型中左眼1和右眼2的初始位置计算在XY坐标系中头部模型中心9的初始位置。其中，X-Y平面坐标系可以采用图2中X-Y平面坐标系，X-Y平面坐标系原点为屏幕中心7为原点、X轴为屏幕平面8所在直线和Y轴为垂直线M。此时，头部模型中心9的初始位置可以是头部模型中心9到X轴和Y轴的距离的位置。头部面向可以是头部模型中心9与该左眼1和右眼2之间连线垂足形成的直线与屏幕8之间的角度。此时，头部面向与屏幕8垂直，在这种情况下不需要对左眼1和右眼2进行修正，就可以直接确定最终的人眼位置。但是，由于实际中人眼的左右眼连线与屏幕平面并不一定是平行的，从而会造成计算得到头部模型中心的初始位置与头部模型中心的实际位置存在一定得误差。因此，需要对左右眼位置进行修正。

示例性的，图5是本发明实施例一中的头部模型的左右眼连线与屏幕平面不平行情况下的单摄像头的人眼距离估计误差示意图。参见图5，左眼101和右眼202与屏幕8平行。但在观看屏幕时，通常头部模型所在的平面通常面向所述屏幕的中心，即头部面向的方向一般是指向屏幕中心。由此造成人眼实际位置的左眼1和右眼2与初始位置的左眼101和右眼202存在较大的误差。其中，IPD为左眼和右眼的人眼瞳距，hp为摄像头镜头入射孔5至摄像头成像平面6的距离，Dxr和Dyr分别为X轴和Y轴方向上右眼实际位置与估计位置的偏移量，Dxl和Dyl分别为X轴和Y轴方向上左眼实际位置与估计位置的偏移量。图6是本发明实施例一中的头部模型的左右眼连线与屏幕平面不平行情况下的单摄像头的人眼跟踪裸眼3D显示人眼跟踪误差对显示效果影响示意图。参见图6，人眼的左右眼连线不再与屏幕显示平面平行，计算得到的人眼估计距离存在较大误差。因此，需要对上述计算得到的左眼和右眼的初始位置进行迭代修正。

在本实施例中，设定在观看屏幕时，头部面向是指向屏幕中心，基于上述设定可以根据人眼的左眼和右眼的初始位置计算得到的头部模型中心位置初始位置，对左眼和右眼的位置进行迭代修正，使得头部面向与左眼和右眼确定的面向不断趋于一致，并在满足预设的误差时停止修正。示例性的，所述头部面向可以通过头部中心与屏幕中心所生成的连线与所述屏幕所在平面的夹角进行表征。

参见图7，头部模型中心909是在初始位置时的头部模型中心，其中，头部模型中心909可以是图4中通过头部模型的左眼1和右眼2连线与屏幕平面8平行时的左眼1和右眼2的初始位置推算得到的头部模型的头部中心9。经过头部模型中心909与屏幕中心7的直线记为直线c，直线c与过屏幕中心7的垂直线M的夹角为α，通过上述步骤可以确定头部模型中心909初始位置。其中，将头部模型中心909与左眼101和右眼202之间连线垂足连接，头部模型中心909与该左眼101和右眼202之间连线垂足形成的直线与屏幕8之间角度可以是初始位置的头部模型对应的头部面向。需要说明的是，图7的直线a和直线b与图4的直线a和直线b的获取是相同的，图7中头部模型的左眼101、右眼202以及头部模型中心909与图4中头部模型的左眼1、右眼2以及头部模型中心9是相同的，这里不再具体陈述。

当计算得到假设头部模型左右眼连线与屏幕平面平行情况下,头部模型左眼101、右眼202以及头部模型中心909初始位置，以及初始位置的头部模型中心对应的头部面向之后，基于所述初始位置的头部模型中心对应的头部面向修正左眼和右眼的位置。示例性的,确定经过初始位置的头部模型中心909与屏幕中心7的直线c，在直线c上可以作垂直于直线c的直线H，使直线H与直线a’和直线b’形成两个交点，并计算两个交点的距离大小。其中，直线H可以按照直线c的轴向方向进行移动，在直线H的移动过程中可以将直线H与直线a’和直线b’的相交点进行连线生成N条线段。其中，直线a’和直线b’为初始位置的头部模型的左眼101和右眼202与屏幕中心7的连线生成的直线。

可选的，参见图7，在直线c的轴向方向上移动直线H可以获取直线H与直线a和直线b两交点连线生成的线段，根据头部模型的左眼1和右眼2之间距离IPD判断两交点连线生成的线段是否与头部模型的左右眼距离大小相等，如果相等，则可以将满足条件的线段与直线a’和直线b’的两个交点分别作为修正后左右眼位置，记作头部模型左眼1和右眼2；如果不相等，则可以继续移动直线H直至寻找到满足条件的线段，并将该满足条件的线段与直线a’和直线b’的交点作为一次修正后的左右眼位置，记作左眼1和右眼2，即图7中左眼1和左眼2为根据初始位置的头部模型中心909修正得到的修正后的左眼1和右眼2。

当确定修正后的左右眼位置后，根据头部模型中左眼、右眼和头部模型中心三点的位置关系计算修正后头部模型中心位置，记作头部模型中心9，即头部模型中心9为图7中根据修正一次后得到的左眼1和右眼2位置推算得到修正后的头部模型中心。将上一次修正后的头部模型中心与上一次修正后的左眼和右眼之间连线垂足连接，此时，修正后的头部模型中心与屏幕中心位置之间的连线与屏幕8之间的角度就可以是修正后的头部模型对应的头部面向。由于在理想状态下，头部面向与左眼和右眼确定的面向应趋于一致，因此，判断根据上一次修正后的头部模型的头部面向与上一次修正后的左眼和右眼位置确定的视线方向是否满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角；如果不满足预设的误差，则需要继续进行迭代运算。

在不满足预设的误差时，将上一次修正后的头部模型中心9位置作为进行下一次头部模型左右眼修正的参考位置，重复上述头部模型中心位置的修正计算，直至当前计算得到的头部面向与所述左眼和右眼位置确定的面向满足预设的误差。其中，头部模型的左眼1、右眼2以及头部模型中心9为上一次修正后的头部模型位置，当需要继续迭代推算头部模型下一次的修正更新位置时，可以将图7中左眼1、右眼2以及头部模型中心9的位置代替图7中左眼101、右眼202以及头部模型中心909的位置作为下一次迭代计算时头部模型的参考位置，并图7中头部模型中心9的位置作为初始位置推算下一次的头部模型左眼和右眼位置。将每次修正后得到的头部模型中心与左眼和右眼连线的垂足进行连接，生成的直线对应着每一次修正后的头部面向。直至当前迭代计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角。

在实际观看屏幕时，人体头部应面向所述屏幕的中心，此时，左右眼连线的中心与屏幕之间的角度应与人体头部面向一致。为了在判断人体头部面向是否和左右眼所在直线的垂线趋近一致，因此，可以采用下面几种具体的判断条件进行确定人体头部是否面向屏幕中心。

可选的，所述头部模型面向与视线方向满足预设的误差，可以包括：满足第一夹角与第二夹角之间的差值小于预设的角度阈值；其中，所述第一夹角由头部面向所在直线与所述屏幕平面形成；所述第二夹角由左眼之间连线的中点与屏幕中心之间的线段与所述屏幕平面形成。

具体地，参见图8，第一夹角可以为由初始位置的头部模型中心909与第一次修正后的左眼1和右眼2之间连线的垂足11与屏幕中心7之间的线段c与屏幕平面8形成的夹角α，第二夹角由第一次修正后的左眼1和右眼2之间连线的中点12与屏幕中心之间的线段f与屏幕平面8形成夹角φ，重复步骤130中的递归计算步骤，直至夹角φ与夹角α的差值小于预设的角度阈值，或者递归计算次数达到预设的最大递归次数位置。需要说明的是，由于计算中存在误差，因此在迭代计算时夹角φ与夹角α近似相等就可以认为满足了预设条件。

进一步，可选的，所述第一夹角由头部模型中心与屏幕中心直线与坐标垂直轴线形成；所述第二夹角由头部面向所在直线与所述坐标垂直轴线形成。

可选的，所述头部模型面向与视线方向满足预设的误差，可以包括：头部面向与所述头部面向在所述左眼和右眼位置的连线的垂足所形成的夹角所述小于预设的角度阈值。具体的，参见图9，所述头部面向与所述头部面向在所述左眼和右眼位置的连线的垂足所形成的夹角可以为更新后的头部模型中心9与屏幕中心7的直线d与垂线M形成的夹角β，重复步骤130中的递归计算步骤，直至夹角β小于预设的角度阈值。由图9可以看出，在计算得到的左右眼位置和实际左右眼位置相同时，夹角β为0°。因此，所述预设的角度阈值可以为趋近于0°的角度，并可根据精度要求进行设定。

进一步的，所述头部模型面向与视线方向满足预设的误差，还可以包括：

满足第一交点和第二交点之间的距离达到预设的误差阈值；其中，所述第一交点为左眼与右眼连线的中点，所述第二交点为头部面向在所述左眼和右眼位置的连线的垂足。

具体地，参见图9，第一交点为更新后的头部模型左眼1与右眼2连线的中点12，第二交点为头部模型中心9与屏幕中心7之间的直线d和头部模型的左眼1与右眼2之间的连线相交形成的交点13，重复步骤130中的递归计算步骤，直至第一交点和第二交点之间的距离达到预设的误差阈值。

此外，由于一些特殊情况，例如实际观看时，人位于所述屏幕边缘的观看位置，在进行迭代运算过程中，可能多次迭代运算仍然无法满足当前计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的面向满足预设的误差。出于运算效率角度的考虑，因此可以将迭代运算次数作为迭代运算终止的条件之一，在所述迭代运算次数超过预设的次数阈值时，将当前计算得到的修正左眼位置和右眼位置作为最终的人眼位置。

根据上述思想，可以判断上述迭代运算所得到的左眼位置和右眼位置是否准确。但由于计算中不可避免会产生误差，因此，可以将实际左右眼位置一定范围内的左右眼位置视作实际左右眼的位置。

步骤140、确定满足预设的误差对应的左眼和右眼的位置为最终人眼位置。

本实施例中，当满足头部面向屏幕中心的任一判断条件之后，就可以认为满足预设的误差条件的对应头部面向作为最终确定位置，并将根据头部面向确定的左眼和右眼位置作为最终人眼位置。

本发明实施例提供的人眼位置确定方法，通过根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼的位置，并根据左右眼的位置计算头部面向，基于所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部面向，直至当前计算得到的头部面向与所述左眼和右眼位置确定的面向满足预设的误差，将满足预设的误差对应的左眼和右眼的位置为最终人眼位置。可以利用单摄像头准确获取人眼位置，能够减少裸眼3D显示器的配置，降低了设计和生产的难度，有效节省了裸眼3D显示器的生产成本。

实施例二

图10为本发明实施例二提供的人眼位置确定方法的流程图，本发明实施例在上述实施例一的基础上，进一步优化了基于所述头部面向修正左眼和右眼的位置的步骤。如图10所示，该人眼位置确定方法包括：

步骤210、根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼的初始位置。

步骤220、根据所述左眼和右眼的初始位置计算头部模型中心位置。

步骤230、基于所述头部模型中心位置计算头部面向，所述头部面向包括:头部模型中心位置与屏幕中心位置之间的连线与所述屏幕之间的角度。

步骤240、确定垂直与所述头部面向的直线组。

在本实施例中，参见图7，头部模型中心909的初始位置与屏幕中心7的连线记为直线c，可以在该直线c上作N条垂直于直线c的垂直线，并将垂直线组成直线组，即垂直线H可以在直线c轴向方向进行移动形成N条垂直于直线c的垂直线。需要说明的是，由于图中线条较多的原因，仅在图中标志出了直线H中满足条件的一条直线，而其他直线未标出，但不表示没有其它垂直于直线c的垂直线。

步骤250、左右眼投影直线确定单元，用于根据前次左眼和右眼的位置确定成像投影直线，记为第一投影直线和第二投影直线。

在本实施例中，根据前次左眼和右眼的位置，按已知摄像头参数，确定成像投影直线，记为第一投影直线和第二投影直线，可以用于向修正头部模型的左右眼位置提供对应的参考线。示例性的，参见图7，头部模型的左眼101、右眼202以及头部模型中心909为头部模型左右眼连线与屏幕平面平行时的初始位置。此时，可以将头部模型的左眼101与屏幕中心7连线形成直线a’作为第一投影直线，可以将头部模型的右眼202与屏幕中心7连线形成直线b’作为第二投影直线，然后将当前形成的第一投影直线和第二投影直线作为头部模型左右眼位置的修正参考线。参见图8，当对左眼101和右眼202进行修正获得新的左眼1和右眼2位置后，可以将获取的更新修正后的左眼和右眼作为新的参考位置，并以更新后的左眼和右眼按照上述获取方式得到新的第一投影直线和第二投影直线，然后该第一投影直线和第二投影直线代替上一次修正使用的第一投影直线和第二投影直线作为新的修正参考线。

需要说明的是，为了方便进行解释说明，在图7和图8中仅标示出一条垂直于直线c的直线H，而其他满足条件的直线，由于图中线条较多这里不一一标示出来。当再次修正头部模型的左右眼位置时确定直线组的方法与上述方法相同，这里不再一一解释。为了方便后续判断使用，在标示直线组中的直线(包括直线H)的时候可以使直线组中的直线尽可能与直线a和直线b形成交点。

步骤260、从所述直线组中选取与所述第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离等于预设双眼距离的直线。

在本实施例中，通过步骤230可以得到直线组中的每一条直线(包括直线H)与第一投影直线和第二投影直线均可以存在两个交点，计算两个交点之间的距离，并从该直线组中选取两交点之间距离等于头部模型的预先设置的头部模型左右眼距离的两个交点对应的直线。

在本实施例的一个可选实施方式中，所述从所述直线组中选取与所述第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离等于预设双眼距离的直线，可以包括：

构建经过所述头部面向与所述屏幕中心的直线作为第一直线；构建与所述第一直线垂直且与所述第一投影直线和第二投影直线相交的第二线段；判断所述第二线段的长度是否大于预设双眼距离，若大于，则从所述直线组中选取向靠近所述屏幕方向预设移动距离的直线；否则，则从所述直线组中选取向远离所述屏幕方向预设移动距离的直线。

在本实施例中，参见图7，以初始位置的头部模型中心909为例，将头部模型中心909与屏幕中心7连线形成直线c作为第一直线，将初始位置的头部模型左眼101和右眼202分别与屏幕中心7连线形成直线a’和直线b’作为第一投影直线和第二投影直线。然后在直线c上作垂直于直线c的直线H，此时直线H可以与第一投影直线和第二投影直线相交两点，连接两点形成第二线段。直线H可以在直线c的轴向进行移动，且在直线H移动过程中，可以形成由N条第二线段组成的直线组。判断第二线段的长度是否大于预先设置的头部模型中左右眼连线距离，如果第二线段比较大，则从直线组中选取向靠近屏幕中心7的直线H，如果第二线段比较小，则从直线组中选取向远离屏幕中心7的直线H。重复进行上述中的第二线段判断和移动操作，直至第二线段的长度与头部模型左右眼连线的距离之间的差值的绝对值小于预设的阈值，或达到预设最大的迭代次数为止。

在本实施例的一个可选实施方式中，所述从所述直线组中选取与所述第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离等于预设双眼距离的直线，可以包括A-E的操作：

A：将通过初始头部面向的垂直直线加入所述直线组，生成初代迭代群。

具体的，参见图7，头部模型初始位置的头部模型中心909与屏幕中心7的连线记为c，可以在该直线c上作N条垂直于直线c的直线组成直线组。其中，在图7中仅标示出一条垂直于直线c的直线H，而其他满足条件的直线，由于图中线条较多，图中并未一一标示出来。将该直线组中的直线生成一个迭代计算的集合，方便对直线组中的直线进行调用。其中，通过初始头部模型中心位置的垂直直线也可以包含在该直线组。

B、计算迭代群中各样本的最优化参数值，根据所述最优化参数值选取样本，所述最优化参数值包括：第一直线与第一投影直线和第二投影直线相交间距与预设双眼间距的绝对值。

具体的，如图7所示，最优化参数值可以包括直线组中的任一直线H与直线a和直线b相交后两交点之间的间距与头部模型左右眼连线距离的差值的绝对值。第一直线为直线组中的任一直线H，第一投影直线和第二投影直线分别为直线a和直线b。为了找到头部模型左右眼位置，可以使该最优化参数值尽可能的最小，而在最优化参数确定过程中，确定的头部模型的左右眼需要在直线a和直线b上，且确定的头部模型的左右眼连线所在的直线与头部模型中心和屏幕中心连线垂直。

C、对所述选取的样本进行变异，以使得变异后的样本的最优化参数值接近于预设双眼间距，变异量满足一定概率分布。

具体的，通过计算得到的最优参数值中选取样本，比如选取K个样本，并对选取的样本进行变异，使变异后的样本的最优化参数值接近于头部模型的左右眼间距。计算所述选取的样本的变异量，所述变异量为所述绝对值的差值的绝对值，且所述变异量满足概率分布。示例性的，计算选取的每一个样本的变异量，其中，变异量ΔL＝|Δ|，Δ满足一定的概率分布，比如高斯分布。参见图7，直线组中的任一直线H与直线a和直线b相交后的两交点连线的线段长度可以记为L，当直线组中的任一直线H与直线a和直线b相交后两交点之间的间距L大于零时，可以将垂直直线H沿着头部模型中心与屏幕中心连线所在的方向向上移动ΔL，当直线组中的任一直线H与直线a和直线b相交后两交点之间的间距L小于IPD时，向下移动垂直直线ΔL，当直线组中的任一直线H与直线a和直线b相交后两交点之间的间距L大于IPD时，上移垂直直线ΔL。

D、从变异的样本中随机选取样本，进行两两交配，以得到子样本，所述子样本与所述随机选取的样本之间的距离相等。

具体的，从变异的样本中选取最优的M个样本，并对选取的M个样本随机的进行两两交配，并根据交配的结果的子样本。其中，在进行两两交配时，子样本与所述随机选取的样本之间的距离相等，即与其交配的父母之间距离相等。

E、根据所述子样本构建迭代群，返回计算迭代群中各样本的最优化参数值，直至得到的子样本中最优化参数值小于预设的参数阈值。

具体地，通过计算得到的最优参数值可以获取直线与所述第一投影直线和第二投影直线的交点位置，并将获取的交点位置分别作为修正后的左眼和右眼位置。

步骤270、将左眼和右眼位置修正为选取的直线与所述第一投影直线和第二投影直线的交点。

具体地，参见图7，经过步骤250的修正选取左眼1和右眼2作为修正更新后的头部模型左眼和右眼位置。

步骤280、返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角。

本发明实施例提供的人眼位置确定方法，通过优化了基于所述头部模型中心位置修正左眼和右眼的位置的计算步骤。可以减少运算量，提高了计算速度。

实施例三

图11是本发明实施例三提供的人眼位置确定装置的结构示意图，该装置执行上述任一实施例提供的人眼位置确定方法，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现。如图11所示，人眼位置确定装置，包括：左右眼位置推算模块410、头部模型中心计算模块420、左右眼位置修正模块430和左右眼位置确定模块440，其中：

左右眼位置推算模块410，用于根据摄像头中成像平面上左眼和右眼之间的距离推算左眼和右眼的初始位置。

头部模型中心计算模块420，用于根据所述左眼和右眼的初始位置计算头部模型中心位置。

左右眼位置修正模块430，用于基于所述头部模型中心位置计算头部面向，所述头部面向包括:头部模型中心位置与屏幕中心位置之间的连线与所述屏幕之间的角度，并根据所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前迭代计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角。

左右眼位置确定模块440，用于确定满足预设的误差对应的左眼和右眼的位置为最终人眼位置。

在本实施例中的一个可选实施方式中，所述头部模型面向与视线方向满足预设的误差，包括：

满足第一夹角与第二夹角之间的差值小于预设的角度阈值；其中，所述第一夹角由头部面向所在直线与所述屏幕平面形成；所述第二夹角由左右眼之连线中点与屏幕中心之间的直线线段与所述屏幕平面形成；

或者，所述第一夹角由头部模型中心与屏幕中心直线与坐标垂直轴线形成；所述第二夹角由头部面向所在直线与所述坐标垂直轴线形成；

或者，满足第一交点和第二交点之间的距离达到预设的误差阈值，其中，所述第一交点为左眼与右眼连线的中点，所述第二交点为头部面向在所述左眼和右眼位置的连线的垂足；

或者，满足所述当前迭代计算的次数超过预设的迭代次数阈值时，确定所述头部模型面向与视线方向满足预设的误差。

在本实施例的一个可选实施方式中，所述左右眼位置修正模块430，具体还包括：

垂直直线组确定单元，用于确定垂直与所述头部面向的直线组；

左右眼投影直线确定单元，用于根据前次左眼和右眼的位置确定成像投影直线，记为第一投影直线和第二投影直线；

垂直直线选取单元，用于从所述直线组中选取与所述第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离等于预设双眼距离的直线；

左右眼修正单元，用于将左眼和右眼位置修正为选取的直线与所述第一投影直线和第二投影直线的交点。

在本实施例中的一个可选实施方式中，所述垂直直线选取单元，具体可以包括：

第一线段构建子单元，用于构建经过所述头部面向与所述屏幕中心的直线作为第一直线；

第二线段构建子单元，用于构建与所述第一直线垂直且与第一投影直线和第二投影直线相交的第二线段；

垂直直线选取子单元，用于判断所述第二线段的长度是否大于预设双眼距离，若大于，则从所述直线组中选取向靠近所述屏幕方向预设移动距离的直线；否则，则从所述直线组中选取向远离所述屏幕方向预设移动距离的直线。

在本实施例的一个可选实施方式中，所述垂直直线选取单元，可以包括：

迭代群生成子单元，用于将通过初始头部面向的垂直直线加入所述直线组，生成初代迭代群；

样本选取子单元，用于计算迭代群中各样本的最优化参数值，根据所述最优化参数值选取样本，所述最优化参数值包括：第一直线与第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离与预设双眼间距的绝对值；

样本变异子单元，用于对所述选取的样本进行变异，以使得变异后的样本的最优化参数值接近于预设双眼间距，变异量满足一定概率分布；

样本交配子单元，用于从变异的样本中随机选取样本，进行两两交配，以得到子样本，所述子样本与所述随机选取的样本之间的距离相等；

参数计算子单元，用于根据所述子样本构建迭代群，返回计算迭代群中各样本的最优化参。

在本实施例的一个可选实施方式中，所述参数计算子单元用于：

在所述绝对值大于预设双眼间距时，将所述样本向接近屏幕方向移动所述变异量对应的距离，否则，将所述样本向远离屏幕方向移动所述变异量对应的距离。

本发明实施例所提供的人眼位置确定装置可执行本发明任意实施例所提供的人眼位置确定方法，具备执行该方法相应的功能模块和有益效果。

显然，本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以通过如上所述的设备实施。可选地，本发明实施例可以用计算机装置可执行的程序来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由处理器来执行，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等；或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种人眼位置确定方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述左眼和右眼的初始位置计算头部模型中心位置；

基于所述头部模型中心位置计算头部面向，所述头部面向包括:头部模型中心位置与屏幕中心位置之间的连线与所述屏幕之间的角度，并根据所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前迭代计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述头部模型面向与视线方向满足预设的误差，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述头部面向及预设头部模型中心修正左眼、右眼，及人头模型的位置，包括：

确定垂直与所述头部面向的直线组；

根据前次左眼和右眼的位置确定成像投影直线，记为第一投影直线和第二投影直线；

从所述直线组中选取与所述第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离等于预设双眼距离的直线；

将左眼和右眼位置修正为选取的直线与所述第一投影直线和第二投影直线的交点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述从所述直线组中选取与所述第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离等于预设双眼距离的直线，包括：

构建经过所述头部面向与所述屏幕中心的直线作为第一直线；

构建与所述第一直线垂直且与第一投影直线和第二投影直线相交的第二线段；

判断所述第二线段的长度是否大于预设双眼距离，若大于，则从所述直线组中选取向靠近所述屏幕方向预设移动距离的直线；

否则，则从所述直线组中选取向远离所述屏幕方向预设移动距离的直线。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述从所述直线组中选取与所述第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离等于预设双眼距离的直线，包括：

将通过初始头部面向的垂直直线加入所述直线组，生成初代迭代群；

计算迭代群中各样本的最优化参数值，根据所述最优化参数值选取样本，所述最优化参数值包括：第一直线与第一投影直线和第二投影直线构成的线段距离与预设双眼间距的绝对值；

对所述选取的样本进行变异，以使得变异后的样本的最优化参数值接近于预设双眼间距，变异量满足一定概率分布；

从变异的样本中随机选取样本，进行两两交配，以得到子样本，所述子样本与所述随机选取的样本之间的距离相等；

根据所述子样本构建迭代群，返回计算迭代群中各样本的最优化参数值，直至得到的子样本中最优化参数值小于预设的参数阈值。

6.一种人眼位置确定装置，其特征在于，所述装置包括：

左右眼位置修正模块，用于基于所述头部模型中心位置计算头部面向，所述头部面向包括:头部模型中心位置与屏幕中心位置之间的连线与所述屏幕之间的角度，并根据所述头部面向修正左眼和右眼的位置，返回根据所述左眼和右眼的位置计算头部模型中心位置，直至当前迭代计算得到的头部模型面向与所述左眼和右眼位置确定的视线方向满足预设的误差，所述视线方向包括：左右眼连线中心位置与所述屏幕中心的连线与所述屏幕之间的夹角；

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述头部模型面向与视线方向满足预设的误差，包括：

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述左右眼位置修正模块，还包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述垂直直线选取单元，包括：

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述垂直直线选取单元，包括：

参数计算子单元，用于根据所述子样本构建迭代群，返回计算迭代群中各样本的最优化参数值，直至得到的子样本中最优化参数值小于预设的参数阈值。