CN110516662B - 眼球追踪装置及其光源控制方法 - Google Patents

眼球追踪装置及其光源控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种眼球追踪装置及其光源控制方法。眼球追踪装置包括多个光源、图像提取器以及控制器。光源用以分别投射多个光束至目标区。图像提取器用以提取目标区上所产生的显示图像。控制器依据显示图像的对比度以关闭部分光源对应产生的光束。

Description

眼球追踪装置及其光源控制方法
技术领域
本发明涉及一种眼球追踪装置及其光源控制方法，且特别涉及一种可降低杂散光影响的眼球追踪装置及其光源控制方法。
背景技术
眼球追踪装置可应用于虚拟现实(virtual reality，VR)装置，可用以产生注视点渲染(Foveated rendering)功能，减少图像处理运算量，并降低系统的要求。眼球追踪装置也可应用于(Human-Computer Interaction)人机互动接口，提升系统使用上的便利性。
眼球追踪装置主要通过红外线光源投射光束以照射在眼球上，并藉由所产生的瞳孔反射或光点，来分析出瞳孔反射或光点的位置，并通过利用平滑化、去噪声、动态补偿、移动补偿等眼球算法，可计算出瞳孔位置。
然而，眼球追踪准确度无法提升，仍是本领域技术的最大问题。其中，人眼的角膜、瞳孔、虹膜等反射面并非平整圆弧面，而是为有皱褶的弧面。如此，眼球上反射光点会在实际眼球转动至特定角度时会产生杂散光，干扰光点追迹，导致追踪准度降低。
发明内容
本发明提供一种眼球追踪装置及其光源控制方法，可提升眼球追踪动作的精准度。
本发明的眼球追踪装置包括多个光源、图像提取器以及控制器。光源用以分别投射多个光束至目标区。图像提取器用以提取目标区上所产生的显示图像。控制器耦接图像提取器，依据显示图像的对比度以关闭部分光源对应产生的光束。
本发明的光源控制方法适用于眼球追踪装置。光源控制方法的步骤包括：使多个光源分别投射多个光束至目标区；提取目标区上所产生的显示图像；以及，依据显示图像的对比度以关闭部分光源对应产生的光束。
基于上述，本发明通过提取眼球上所产生的显示图像，并通过检测显示图像的对比度，来关闭发射至非眼球区域的光束。如此一来，投射至眼球上的杂散光现象可以被消除，提升眼球追踪的精确度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1绘示本发明一实施例的眼球追踪装置的示意图。
图2绘示本发明实施例的显示图像的示意图。
图3绘示本发明另一实施例的眼球追踪装置的示意图。
图4绘示本发明实施例的光源控制方法的流程图。
图5绘示本发明实施例的光源控制方法的流程图。
【符号说明】
100、300：眼球追踪装置
110、310：图像提取器
120、320：控制器
301：眼睛
340：显示器
350：查找表
LS1～LSN：光源
LB1～LBN：光束
TG：目标区
IMG：显示图像
DS：命令信号
ZA1：分区
S410～S430：光源控制方法的步骤
S510～S580：眼球追踪步骤
具体实施方式
请参照图1，图1绘示本发明一实施例的眼球追踪装置的示意图。眼球追踪装置100包括多个光源LS1～LSN、图像提取器110以及控制器120。光源LS1～LSN用以分别投射多个光束LB1～LBN至目标区TG。图像提取器110则用以提取目标区TG上所产生的显示图像IMG。控制器120耦接图像提取器110以及光源LS1～LSN。控制器120接收图像提取器110所提取的显示图像IMG，并针对显示图像进行分析。其中，控制器120通过分析显示图像IMG的对比度，以决定是否关闭部分光源LS1～LSN对应产生的光束LB1～LBN。
在本实施例中，光源LS1～LSN可以为红外线发射器，图像提取器110则可以为红外线摄像机。
进一步来说明，请同步参照图1以及图2，其中图2绘示本发明实施例的显示图像的示意图。当进行眼球追踪时，光源LS1～LSN可分别投射多个光束LB1～LBN至目标区TG上的眼睛210，图像提取器110可针对目标区TG进行图像提取，并获得显示图像IMG。在显示图像IMG中，因眼球220所产生的偏移，分区ZA1(对应眼白部分)上所接收的光束，将会在分区ZA1中产生杂散光，并使分区ZA1的对比度降低。如此一来，控制器120可查找出对应投射光束至分区ZA1中的光源，并产生命令信号DS来使对应投射光束至分区ZA1中的光源被关闭。藉由避免使光束被投射至眼白部分的分区ZA1，可降低杂散光产生的状态。
细节上来说明，当进行眼球追踪时，控制器120可针对显示图像IMG上的多个分区进行图像对比度的判断动作。藉由使各个分区的图像的对比度与一预设的参考值进行比较，并产生判断结果。控制器120可在当其中的分区(例如分区ZA1)的图像的对比度小于预设的参考值时，查找出投射至分区ZA1的一个或多个光束所对应的一个或多个第一光源，并通过传送命令信号DS以关闭第一光源所产生的光束，可降低杂散光产生的情况。
附带一提的，光源LS1～LSN对应产生的光束LB1～LBN的投射位置，与显示图像IMG上的多个分区是相对应的。因此，光源LS1～LSN与显示图像IMG上的多个分区具有一相对应的关系，且这个相对应的关系可被预先被存储在控制器120中。在当控制器120计算出分区ZA1的对比度低于参考值时，可通过上述的相对应的关系来查找出需要被关闭的光源。当然，在本发明其他实施例中，上述的相对应的关系也可以被存储在外部的存储装置(例如存储器)中，并提供控制器120以进行读取。
在本发明一实施例中，图像提取器110可在一个设定时期中的多个时间区间分别提取多个分时显示图像。控制器120分别依据所获得的各个分时显示图像中的多个分区的对比度，来获得光源LS1～LSN的多个启闭状态。而值得注意的，分时显示图像中发生分区的对比度下降的情况，是因为使用者改变视野(Field Of View，FOV)所造成的。因此，控制器120可同时分别依据多个分时显示图像的分区的对比度，来计算出眼球的多个视野信息。
通过上述的内容，控制器120可建立光源LS1～LSN的启闭状态与眼球的视野信息间的关系，并将启闭状态与视野信息的对应关系记录在查找表中。在设定时期结束后，控制器120可依据使用者眼球的目前视野，并通过所设定的查找表，来查找出光源LS1～LSN的一目前启闭信息。控制器120并依据目前启闭信息来产生命令信号DS以驱动光源LS1～LSN，并通过关闭部分光源来降低杂散光的现象。
请参照图3，图3绘示本发明另一实施例的眼球追踪装置的示意图。眼球追踪装置300包括多个光源LS1～LSN、图像提取器310、控制器320、光反射元件330以及查找表350。在眼球追踪装置300应用在头戴式显示装置的实施方式中，显示器340可设置在眼睛301的视野范围中。
在本实施例中，光源LS1～LSN设多个光束至目标区上的眼睛301。光反射元件330接收并反射眼睛301的显示图像IMG至图像提取器310。控制器320耦接图像提取器310以及光源LS1～LSN。控制器320接收显示图像IMG，并针对显示图像IMG的对比度进行分析。控制器320另通过分析的结果，来产生命令信号DS，并通过命令信号DS来控制各光源LS1～LSN的开启或关闭状态。
关于光源LS1～LSN的开启或关闭状态的决定方式，在前述的实施例中已有详尽的说明，在此恕不多赘述。
值得一提的，在本发明实施例中，查找表350用以存储光源LS1～LSN的启闭状态与眼球的视野信息间的关系。查找表350可应用任意形式的存储器来实施，没有特定的限制。查找表350可外在控制器320外，并与控制器320相耦接。或者，查找表350也可内嵌于控制器320中。
请参照图4，图4绘示本发明实施例的光源控制方法的流程图。在图4中，步骤S410使多个光源分别投射多个光束至目标区。步骤S420则提取目标区上所产生的显示图像。步骤S430则依据显示图像的对比度以关闭部分光源对应产生的光束。
关于上述步骤的实施细节，在前述多个实施例中已有详细的说明，在此恕不多赘述。
以下请参照图5，图5绘示本发明实施例的眼球追踪动作的流程图。在图5中，步骤S510开始执行眼球追踪。步骤S520则依据分析使用者眼睛的显示图像的对比度，来进行部分光源的关闭动作。接着，在步骤S530中，则计算使用者眼睛的显示图像是否已具有较佳的对比度，并在当使用者眼睛的显示图像已具有较佳的对比度时，进行步骤S540以建立对应多种不同视野的查找表。
在此请注意，若步骤S530中计算出显示图像的对比度不佳时，可尝试关闭较多的光源，以降低杂散光的影响。举例来说明，依据前述实施例的说明，控制器可尝试降低预设的参考值的大小，并重新使显示图像的分区的对比度与调整后的参考值相比较，并产生新的判断结果，再通过新的判断结果以决定光源的开启或关闭的状态。
步骤S550中产生找表，并在步骤S560中应用查找表，并依据使用者眼球的目前视野，来查找出光源的目前启闭信息，并执行部分光源的关闭动作。步骤S570则依据调整后的光源，来获得眼球的显示图像。步骤S580则可依据眼球的显示图像，来产生眼球追踪的结果。
在本实施例中，步骤S560至步骤S580可重复执行，并针对持续移动的眼球以执行眼球追踪动作。基于步骤S570中可获得高对比度且低杂散光干扰的显示图像，步骤S580所获得的眼球追踪结果的精确度可有效被提高。
综上所述，本发明通过检测使用者眼睛的显示图像的对比度，来关闭部分的光源。通过减低光束的数量，来降低杂散光的影响，有效提升眼球踪追的精准度。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (13)

1.一种眼球追踪装置，包括：
多个光源，用以分别投射多个光束至目标区；
图像提取器，用以提取该目标区上所产生的显示图像；以及
控制器，耦接该图像提取器以及这些光源，依据该显示图像的对比度以关闭部分这些光源对应产生的光束，
其中该图像提取器在多个时间区间分别提取多个分时显示图像，该控制器分别依据这些分时显示图像的多个分区的对比度获得该光源的多个启闭状态，该控制器并分别依据这些分时显示图像的这些分区的对比度计算该眼球的多个视野信息，其中，该多个视野信息相关于该眼球的观看方向。
2.如权利要求1所述的眼球追踪装置，其中这些光源用以分别投射这些光束至该目标区的多个位置，该显示图像具有分别对应这些位置的多个分区。
3.如权利要求2所述的眼球追踪装置，其中该控制器判断这些分区的对比度是否小于参考值以分别产生多个判断结果，并依据各该判断结果以决定是否关闭对应各该分区的各该光源。
4.如权利要求3所述的眼球追踪装置，其中当各该判断结果指示各该分区的对比度小于该参考值时，该控制器产生命令信号以关闭对应各该分区的各该光源。
5.如权利要求1所述的眼球追踪装置，还包括：
查找表，耦接至该控制器，记录这些启闭状态与这些视野信息的对应关系。
6.如权利要求5所述的眼球追踪装置，其中该控制器还用以：
依据该眼球的目前视野，通过该查找表以查找出这些光源的目前启闭信息，并依据该目前启闭信息以驱动这些光源。
7.如权利要求1所述的眼球追踪装置，还包括：
光反射元件，接收并反射该显示图像至该图像提取器。
8.一种光源控制方法，适用于眼球追踪装置，包括：
使多个光源分别投射多个光束至目标区；
提取该目标区上所产生的显示图像；
依据该显示图像的对比度以关闭部分这些光源对应产生的光束；
在多个时间区间分别提取多个分时显示图像；
分别依据这些分时显示图像的多个分区的对比度获得该光源的多个启闭状态；以及
分别依据这些分时显示图像的这些分区的对比度计算该眼球的多个视野信息，其中，该多个视野信息相关于该眼球的观看方向。
9.如权利要求8所述的光源控制方法，其中使这些光源分别投射这些光束至该目标区的步骤包括：
这些光源用以分别投射这些光束至该目标区的多个位置，
其中，该显示图像具有分别对应这些位置的多个分区。
10.如权利要求9所述的光源控制方法，其中依据该显示图像的对比度以关闭该部分这些光源对应产生的光束的步骤包括：
判断这些分区的对比度是否小于参考值以分别产生多个判断结果，并依据各该判断结果以关闭对应各该分区的各该光源。
11.如权利要求10所述的光源控制方法，其中依据各该判断结果以关闭对应各该分区的各该光源的步骤包括：
当各该判断结果指示各该分区的对比度小于该参考值时，产生命令信号以关闭对应各该分区的各该光源。
12.如权利要求8所述的光源控制方法，还包括：
记录这些启闭状态与这些视野信息的对应关系至查找表。
13.如权利要求12所述的光源控制方法，还包括：
依据该眼球的目前视野，通过该查找表以查找出这些光源的目前启闭信息，并依据该目前启闭信息以驱动这些光源。
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