CN111781722A - 眼球追踪结构、电子装置及智能眼镜 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种眼球追踪结构，其包括：透明的基板、阵列排布于所述基板上的多个红外微型LED、阵列排布于所述基板上的多个微型光学感测元件、以及设置于所述基板上的微型集成电路。所述红外微型LED和所述微型光学感测元件电性连接所述微型集成电路。所述红外微型LED用于向使用者的眼球发射红外光。所述微型光学感测元件用于感测被使用者的眼球反射回的红外光并采集使用者的眼球的图像。所述微型集成电路用于根据所述使用者的眼球的图像确定使用者的眼球转动的位置以及进行人眼虹膜辨识。本发明实施例还提供一种电子装置及智能眼镜。

Description

眼球追踪结构、电子装置及智能眼镜
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种眼球追踪结构、电子装置及智能眼镜。
背景技术
眼球追踪技术是一种利用机械、电子、光学等各种检测手段获取使用者当前“注视方向”的技术。随着计算机视觉、人工智能技术和数字化技术的迅速发展，眼球追踪技术已成为当前热点研究领域，在人机交互领域有着广泛应用，例如，可应用于虚拟现实、增强现实、车辆辅助驾驶、用户体验、认知障碍诊断等多个领域。
然而，现有的眼球追踪结构，功能单一。
发明内容
本发明一实施例提供一种眼球追踪结构，其包括：
透明的基板；
多个红外微型LED，阵列排布于所述基板上；
多个微型光学感测元件，阵列排布于所述基板上；以及
微型集成电路，设置于所述基板上，所述红外微型LED和所述微型光学感测元件电性连接所述微型集成电路；
其中，所述红外微型LED用于向使用者的眼球发射红外光；
所述微型光学感测元件用于感测被使用者的眼球反射回的红外光并采集使用者的眼球的图像；
所述微型集成电路用于根据所述使用者的眼球的图像确定使用者的眼球转动的位置以及根据所述使用者的眼球的图像进行人眼虹膜辨识。
本发明一实施例还提供一种电子装置，其包括本体以及设置于所述本体上的眼球追踪结构，其中，所述眼球追踪结构为上述的眼球追踪结构。
本发明一实施例还提供一种智能眼镜，包括镜片，所述镜片上装设有上述的眼球追踪结构。
该眼球追踪结构、电子装置及智能眼镜，至少同时具有眼球追踪功能和人眼虹膜辨识功能，功能多样。
附图说明
图1为本发明一实施例的眼球追踪结构的平面示意图。
图2为圆环形虹膜辨识区域的示意图。
图3A为切割圆环形虹膜辨识区域的示意图。
图3B为矩形虹膜辨识区域的示意图。
图4为本发明另一实施例的眼球追踪结构的结构示意图。
图5为本发明一实施例的智能眼镜的立体示意图。
图6为本发明一实施例的智能眼镜中，镜片与眼球追踪结构的位置示意图。
图7为本发明另一实施例的智能眼镜中，镜片与眼球追踪结构的位置示意图。
图8为本发明再一实施例的智能眼镜中，镜片与眼球追踪结构的位置示意图。
主要元件符号说明
眼球追踪结构 10、20
基板 11
红外微型LED 12
微型光学感测元件 13
微型集成电路 14
引线 16
智能眼镜 100
镜架 30
镜框 32
镜腿 34
连接部 36
镜片 40
光导 50
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
图1为本发明一实施例的眼球追踪结构10的平面示意图。如图1所示，眼球追踪结构10包括透明的基板11、阵列排布于所述基板11上的多个红外微型LED12、阵列排布于所述基板11上的多个微型光学感测元件13以及设置于所述基板11上的微型集成电路14(microintegrated circuit，简称micro IC或μIC)。所述红外微型LED12和所述微型光学感测元件13电性连接所述微型集成电路14。
所述红外微型LED12用于向使用者的眼球发射红外光。所述微型光学感测元件13用于感测被使用者的眼球反射回的红外光并采集使用者的眼球的图像。
所述微型集成电路14用于根据所述使用者的眼球的图像确定使用者的眼球转动的位置，进而实现眼球追踪功能。所述微型集成电路14还用于根据所述使用者的眼球的图像进行人眼虹膜辨识。即，眼球追踪结构10至少同时具有眼球追踪功能和人眼虹膜辨识功能，功能多样。另，该眼球追踪结构10，人眼虹膜辨识功能的实现可基于眼球追踪功能的硬件(如，微型光学感测元件13和微型集成电路14)实现，设备集成度高。
于一实施例中，所述微型集成电路14根据使用者的眼球转动的位置，可以判断出使用者的眼部活动，例如，眼跳动、注视、平滑跟踪、眨眼等。
于一实施例中，眼球追踪结构10的人眼虹膜辨识功能的实现包括以下步骤。
S1：图像获取(image acquisition)。
S2：虹膜活体检测(iris liveness detection)。
S3：切割(segmentation)，并归一化(normalisation)。
S4：特征提取(feature extraction)，并进行编码。
S5：特征匹配(feature comparison)，并计算相似值(similarity value)。
步骤S1中，微型光学感测元件13采集所述使用者的眼球的图像。于一实施例中，该眼球的图像可以包括眼睛的一些或全部，如图3A所示。
步骤S2中，微型集成电路14根据所述使用者的眼球的图像进行虹膜活体检测。于一实施例中，该步骤S1可基于瞳孔灰度进行活体检测。由于瞳孔是人眼的通光孔，通过瞳孔的光线经过晶状体后在视网膜成像，进入瞳孔的光线很少会反射出瞳孔，因此在外界不同的亮度下观察，瞳孔都是黑色的，而如果对应非活体(如，打印在纸张上的假眼)，在不同的亮度下，假眼的瞳孔区域会呈现不同的灰度。通过利用活体人眼瞳孔区域不反射外界光线的特性，进行活体检测，检测速度快。如步骤S2中，活体检测通过，则进行步骤S3。
步骤S3中，微型集成电路14根据所述使用者的眼球的图像获取圆环形虹膜辨识区域。
于一实施例中，如图2所示，定义所述使用者的两个瞳孔的圆心之间的距离(inter-ocular distance，IOD)为双眼间距D。定义以所述使用者的眼球的图像中瞳孔的中心为圆心，直径为R1的圆形区域为人眼区域。定义以所述使用者的眼球的图像中瞳孔的中心为圆心，直径为R3的圆形区域为瞳孔区域。定义以所述使用者的眼球的图像中瞳孔的中心为圆心，内圆直径为R3，外圆直径为R2的环形区域为圆环形虹膜辨识区域。
于一实施例中，人眼区域的直径R1为0.25D，圆环形虹膜辨识区域的外圆直径R2为0.1D，瞳孔区域的直径R3为0.05D。即，由于人眼大小的差异，及上下眼睑的遮挡作用，部分虹膜信息不能被利用，于该实施例中，选取内外圆半径分别为0.05D和0.1D的环形区域作为虹膜辨识区域，保留比较靠近瞳孔的部分，以满足虹膜辨识的需要。
于其他实施例中，由于虹膜的圆心和瞳孔的圆心不一定会重合，圆环形虹膜辨识区域中，内外圆的圆心不一定为瞳孔的圆心。
如图3A所示，步骤S3还包括对所述圆环形虹膜辨识区域进行切割。图3A中，圆环形虹膜辨识区域被等分为四部分。
如图3B所示，步骤S3还包括将所述圆环形虹膜辨识区域转换为矩形虹膜辨识区域。其中，从虹膜的圆心右侧的水平轴开始，绕虹膜的圆心顺时针方向，依次展开得到矩形虹膜辨识区域。矩形虹膜辨识区域的上边界对应虹膜的外圆边界，虹膜的内圆边界(即，瞳孔边界)位于矩形虹膜辨识区域的下边界。
步骤S3中，还包括将矩形虹膜辨识区域归一化。例如，对矩形虹膜辨识区域的高度、下边界进行修正，以使其归一化。
步骤S4中，可通过逻辑判断的方法，进行编码，例如，对特征点标记为逻辑“1”，对非特征点标记为逻辑“0”，由0和1组成虹膜的特征信息。
步骤S5中，特征匹配例如可包括初步匹配，以及精细匹配等。
如此，该眼球追踪结构10，可基于眼球追踪功能的硬件(如，微型光学感测元件13和微型集成电路14)实现人眼虹膜辨识功能，设备集成度高。
另外，该眼球追踪结构10中，红外微型LED12、微型光学感测元件13、微型集成电路14均为微米级的，基板11为透明的，眼球追踪结构10的光穿透率非常高。于一实施例中，所述红外微型LED12的尺寸范围为1微米到100微米。所述微型光学感测元件13的尺寸范围为1微米到100微米。
于一实施例中，所述微型光学感测元件13为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)元件。
于一实施例中，红外微型LED12、微型光学感测元件13通过引线16电性连接至微型集成电路14。其中，引线16为透明的导电材料，例如铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。
于一实施例中，基板11的材质为透明的玻璃或透明的塑料，例如聚酰亚胺(PI)。其中，若眼球追踪结构10装设于智能眼镜100的镜片40使用时，基板11的材质为具有一定弯曲特性且透明的玻璃或具有一定弯曲特性且透明的塑料。
于一实施例中，该眼球追踪结构10可应用于虚拟现实(virtual reality，VR)、增强现实(augmented reality，AR)、混合现实(mixed reality，MR)产品上。
于一实施例中，眼球追踪结构10还包括阵列排布于所述基板11上的多个像素微型LED(图未示)。所述像素微型LED电性连接所述微型集成电路14，并在所述微型集成电路14的控制下进行图像显示。如此，眼球追踪结构10兼具眼球追踪、虹膜辨识以及图像显示功能。
于一实施例中，像素微型LED的尺寸范围为1微米到100微米，其具有亮度高，低功耗，高可靠性，响应时间短等优点。
于一实施例中，眼球追踪结构10还包括光导50(如图6至8所示)。所述光导50与所述基板11设置有所述红外微型LED12的一侧贴合。所述红外微型LED12向使用者的眼球发射的红外光经所述光导50后到达使用者的眼球，被使用者的眼球反射回的红外光经所述光导50后到达所述微型光学感测元件13。如此，红外微型LED12发射的红外光可通过光导50耦合至使用者的眼球，被使用者的眼球反射回的红外光可通过光导50耦合至微型光学感测元件13。
于一实施例中，眼球追踪结构10可结合至电子装置(图未示)中。该电子装置包括本体及设置于所述本体上的眼球追踪结构10。其中，该电子装置可以为非接触式智能终端，一方面通过追踪使用者的眼球，进行预设的操作，另一方面还兼具虹膜辨识功能。
于一实施例中，电子装置可以为智能手机，其通过追踪使用者的眼球的运动，进行特定的画面显示，另外还兼具虹膜辨识功能。于一实施例中，该电子装置也可以为门禁管制装置，其可实现无需接触的情况下，进行眼球追踪及虹膜辨识。
图4为本发明另一实施例的眼球追踪结构20的结构示意图，其与图1所示的眼球追踪结构10区别在于：微型光学感测元件13、红外微型LED12及微型集成电路14的排列方式不同。眼球追踪结构20中，多个所述微型光学感测元件13围绕所述微型集成电路14而构成一内圈，多个所述红外微型LED12围绕所述内圈排布。如此，进一步提高眼球追踪的准度和速度。
图5为本发明一实施例的智能眼镜100的立体示意图。如图5所示，智能眼镜100包括镜架30及设置于镜架30上的镜片40。镜架30包括镜框32、镜腿34及连接部36。镜腿34通过连接部36连接至镜框32，且可相对所述镜框32折叠。所述镜片40上装设有上述的眼球追踪结构10(20)。
于一实施例中，所述眼球追踪结构10(20)位于所述镜片40内(如图6所示)、或贴合于所述镜片40靠近所述使用者的眼球的表面(如图7所示)、或位于所述镜片40靠近所述使用者的眼球的一侧而不与所述镜片40进行贴合(如图8所示)。其中，若眼球追踪结构10(20)位于所述镜片40靠近所述使用者的眼球的一侧而不与所述镜片40进行贴合的情况下，眼球追踪结构10(20)可贴合或装设于智能眼镜100的其他元件上。其中，为方便描述，图6至8中仅示意性画出了基板11，而省略了位于基板11上的微型光学感测元件13、红外微型LED12及微型集成电路14等。
如图6至8所示，当所述眼球追踪结构10(20)包括光导50时，所述光导50相较于所述基板11更靠近所述使用者的眼球。如此，光导50可将红外微型LED12发射的红外光耦合至使用者的眼球，被使用者的眼球反射的红外光亦可经光导50被耦合至微型光学感测元件13。另，当眼球追踪结构10(20)具有显示功能时，微型像素LED发出的可见光亦可经光导50被耦合至使用者的眼球，以被使用者观看。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种眼球追踪结构，其特征在于，包括：
透明的基板；
多个红外微型LED，阵列排布于所述基板上；
多个微型光学感测元件，阵列排布于所述基板上；以及
微型集成电路，设置于所述基板上，所述红外微型LED和所述微型光学感测元件电性连接所述微型集成电路；
其中，所述红外微型LED用于向使用者的眼球发射红外光；
所述微型光学感测元件用于感测被使用者的眼球反射回的红外光并采集使用者的眼球的图像；
所述微型集成电路用于根据所述使用者的眼球的图像确定使用者的眼球转动的位置以及根据所述使用者的眼球的图像进行人眼虹膜辨识。
2.如权利要求1所述的眼球追踪结构，其特征在于，所述微型集成电路能够根据所述使用者的眼球的图像获取圆环形虹膜辨识区域，并将所述圆环形虹膜辨识区域转换为矩形虹膜辨识区域进行归一化，然后提取虹膜特征点、进行编码以及虹膜匹配。
3.如权利要求2所述的眼球追踪结构，其特征在于，定义所述使用者的双眼间距为D，所述圆环形虹膜辨识区域的圆心为所述使用者的眼球的图像中瞳孔的中心，所述圆环形虹膜辨识区域的内圆直径为0.05D，外圆直径为0.1D。
4.如权利要求2所述的眼球追踪结构，其特征在于，所述微型集成电路获取所述圆环形虹膜辨识区域之前，还用于根据所述使用者的眼球的图像进行活体检测。
5.如权利要求1所述的眼球追踪结构，其特征在于，多个所述微型光学感测元件围绕所述微型集成电路而构成一内圈，多个所述红外微型LED围绕所述微型光学感测元件构成的内圈排布。
6.如权利要求1所述的眼球追踪结构，其特征在于，还包括阵列排布于所述基板上的多个像素微型LED，所述像素微型LED电性连接所述微型集成电路，并在所述微型集成电路的控制下进行图像显示。
7.如权利要求1所述的眼球追踪结构，其特征在于，还包括光导，所述光导与所述基板设置有所述红外微型LED的一侧贴合，所述红外微型LED向使用者的眼球发射的红外光经所述光导后到达使用者的眼球，被使用者的眼球反射回的红外光经所述光导后到达所述微型光学感测元件。
8.一种电子装置，包括本体以及设置于所述本体上的眼球追踪结构，其特征在于，所述眼球追踪结构为如权利要求1至7中任意一项所述的眼球追踪结构。
9.一种智能眼镜，包括镜片，其特征在于，所述镜片上装设有如权利要求1至7中任意一项所述的眼球追踪结构。
10.如权利要求9所述的智能眼镜，其特征在于，所述眼球追踪结构位于所述镜片内、或贴合于所述镜片靠近所述使用者的眼球的表面、或位于所述镜片靠近所述使用者的眼球的一侧而不与所述镜片进行贴合。
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