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基本信息
- 項目名稱：
- 視線跟蹤人機(jī)交互技術(shù)及殘疾人輔助系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- ●全新人機(jī)交互方式 ●創(chuàng)新模式識別算法，準(zhǔn)確高效地提取眼動生物信息 ●開發(fā)基于視線跟蹤的殘疾人輔助系統(tǒng),改善信息社會殘疾人生活質(zhì)量，促進(jìn)構(gòu)建和諧社會 ●廣泛的應(yīng)用前景
- 詳細(xì)介紹：
- ●全新人機(jī)交互方式 通過基于圖像處理的非接觸式視線跟蹤，結(jié)合紅外角膜反射原理和創(chuàng)新模式識別算法，實現(xiàn)全新的眼動控制人機(jī)交互方式。 ●創(chuàng)新模式識別算法，準(zhǔn)確高效地提取眼動生物信息 1. 申請發(fā)明專利2項： A. 基于視線跟蹤的殘疾人輔助系統(tǒng)，申請?zhí)?00810030010.4 B. 基于多元信息融合的駕駛員疲勞檢測裝置（融合視線跟蹤技術(shù)），申請?zhí)?00910038613.3 2. 業(yè)內(nèi)高度關(guān)注： A.2008年英特爾全球嵌入式與通信技術(shù)教育峰會特邀參展品（美國亞利桑那） B.2008深圳高新科技技術(shù)交易會參展品 C.2009英特爾信息技術(shù)峰會(IDF2009)特邀參展品（北京） D.2009年第七屆中國國際軟件和信息服務(wù)交易會參展品 ●廣泛的應(yīng)用前景： 1.計算機(jī)輸入設(shè)備，如眼控鼠標(biāo)、基于眼動狀態(tài)的信息輸入方法，眼控虛擬現(xiàn)實設(shè)備； 2.軍事領(lǐng)域，如基于注視方向的新型自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)； 3.安全輔助駕駛，通過監(jiān)測駕駛員視線方向及眼睛閉合等精神與生理特征，預(yù)防危險駕駛行為。 4.助殘領(lǐng)域，改善信息社會殘疾人生活質(zhì)量，促進(jìn)構(gòu)建和諧社會； ●基于視線跟蹤的殘疾人輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能： 1.使用眼睛自如地控制輪椅，提高殘疾人自理水平和生活質(zhì)量； 2.用眼睛實現(xiàn)人機(jī)互動，播放多媒體、游戲娛樂等，滿足殘疾人精神生活需要； 3.用眼睛完成信息輸入，提供全新的信息輸入通道; 4.用眼睛完成網(wǎng)站的登陸和查閱電子文檔，眼控其翻頁和內(nèi)容的滾動等操作； 5.利用眼睛控制娛樂游戲，滿足殘忍人的生活娛樂需要； 6.實現(xiàn)眼動控制的電話呼叫功能，加強(qiáng)殘疾人與外界的交流。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 視線跟蹤技術(shù)在軍事、駕駛、游戲等領(lǐng)域有巨大前景，對提高我國人機(jī)交互、無人駕駛等高新技術(shù)領(lǐng)域有重要意義。同時，全球有6.5億殘疾人，因此殘疾人是一個不可忽視的群體，經(jīng)過分析，眼動的低認(rèn)知負(fù)荷非常適合于助殘應(yīng)用，因此我們開發(fā)基于視線跟蹤的殘疾人輔助系統(tǒng)，幫助他們更好自理生活。 ●基本思路： 研究人眼注視選擇，得知其感知機(jī)理，實現(xiàn)對設(shè)備控制。視線跟蹤：提取眼動生物特征信息，通過模式識別、眼球建模等計算注視點，最后映射到其注視目標(biāo)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)功能。 ●創(chuàng)新點：①全新人機(jī)交互方式（視線跟蹤技術(shù)） ②創(chuàng)新模式識別算法，準(zhǔn)確高效地提取眼動生物信息 ③基于2D-DCT特征的EHMM人眼狀態(tài)算法，實現(xiàn)對人眼閉合狀態(tài)的準(zhǔn)確判別 ④應(yīng)用前景廣泛：計算機(jī)輸入設(shè)備，如眼控鼠標(biāo)、基于眼動輸入方法；軍事領(lǐng)域，基于注視方向的新型自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)；安全輔助駕駛、助殘等 ●技術(shù)關(guān)鍵：①人眼區(qū)域定位算法 ②人眼閉合狀態(tài)檢測算法 ③基于新型普爾欽斑點的視線跟蹤算法 ④基于LINUX的軟件系統(tǒng)架構(gòu) ●主要技術(shù)指標(biāo)： ①人眼區(qū)域定位準(zhǔn)確率達(dá)93% ②人眼狀態(tài)識別檢測準(zhǔn)確率達(dá)95% ③系統(tǒng)的實時性和實用性，在各種環(huán)境下快速、準(zhǔn)確進(jìn)行視線跟蹤，速度達(dá)15幀/秒。 ④系統(tǒng)可移植性，可移植到任何嵌入式設(shè)備。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）全新的人機(jī)交互方式 視線跟蹤技術(shù)必將在信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響，其應(yīng)用必將遍及各領(lǐng)域，取代鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏等舊式輸入方式，成為新一代核心交互技術(shù)。 （2）采用改進(jìn)的普爾欽斑點法提取眼動信息 研究新型普爾欽斑點法，采用普爾欽斑點矩形，通過幾何約束、Hough變換等圖像處理方法，準(zhǔn)確定位瞳孔中心和四個參考點的相對位置，克服眼球反射的不規(guī)則性，準(zhǔn)確提取眼動的生物特征信息，保證視線跟蹤眼動數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 （3）眼動信息模型到眼睛注視方向的映射關(guān)系模型 在構(gòu)建眼動特征信息到注視方向的映射模型中，綜合考慮人眼注視的機(jī)理，完成視場與眼動信息的匹配工作,，解決視場與瞳孔坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系問題，構(gòu)建非接觸式的視線跟蹤系統(tǒng)，完善人眼注視方向識別技術(shù)自由度低與實用性不強(qiáng)的缺陷。 （4）受業(yè)內(nèi)人士密切關(guān)注 曾受邀到美國進(jìn)行展示、參加2008深圳高新科技技術(shù)交易會、2009 intel信息技術(shù)峰會等，其作為人機(jī)交互技術(shù)的革命性突破，具有前瞻性、創(chuàng)新性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- A.參加2008英特爾嵌入式設(shè)計競賽獲得該比賽最高榮譽(yù)獎“英特爾杯”(教育部高等教育司與工業(yè)和信息化部人事教育司) B.2009年英特爾全球嵌入式與通信技術(shù)教育峰會特邀參展品（地點：美國亞利桑那） C.2008深圳高新科技技術(shù)交易會參展品(主辦單位：商務(wù)部、科學(xué)技術(shù)部、信息產(chǎn)業(yè)部等單位) D.2009英特爾信息技術(shù)峰會(IDF2009)特邀參展品(地點：北京) E.2009年科技活動周開幕式大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果展（教育部） F.2009年XX省大學(xué)生挑戰(zhàn)杯特等獎（共青團(tuán)XX省委員會、 XX省科學(xué)技術(shù)協(xié)會、XX省教育廳、XX省學(xué)生聯(lián)合會） G.2009年第七屆中國國際軟件和信息服務(wù)交易會參展品
作品所處階段
- 本作品處于中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓、技術(shù)合作
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- ●技術(shù)特點和優(yōu)勢 ①全新人機(jī)交互方式，結(jié)合紅外角膜反射原理和創(chuàng)新模式識別算法，實現(xiàn)視線跟蹤--全新的眼動控制人機(jī)交互方式 ②創(chuàng)新模式識別算法，準(zhǔn)確高效地提取眼動生物信息，如人眼定位算法、眼睛閉合判別算法 ③非接觸式的視線跟蹤技術(shù)，克服接觸式視線跟蹤的缺陷 ●適用范圍：①計算機(jī)輸入設(shè)備，眼動輸入法、眼控鼠標(biāo)等 ②軍事領(lǐng)域，基于注視方向的新型自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng) ③安全輔助駕駛，通過監(jiān)測駕駛員視線方向及眼睛閉合等精神與生理特征，預(yù)防危險駕駛行為 ④助殘領(lǐng)域，基于視線跟蹤的殘疾人輔助系統(tǒng) ●市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 此技術(shù)具有前瞻性和創(chuàng)新性，潛在市場非常大，除了應(yīng)用在殘疾人輔助系統(tǒng)上，還必將應(yīng)用于其他領(lǐng)域，應(yīng)用層面涉及各行各業(yè)，如果視線跟蹤技術(shù)真正的應(yīng)用到眼控鼠標(biāo)、安全輔助駕駛等能持續(xù)增長的大眾化產(chǎn)業(yè)上，我們可以預(yù)見其必能為相關(guān)的企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- ●視線跟蹤概述： 世界各國將人機(jī)交互作為重點研究，美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會的“21世紀(jì)的信息技術(shù)報告”中將其列為新世紀(jì) 4 項重點發(fā)展的信息技術(shù)。我國國家自然科學(xué)基金會、973計劃、863計劃，均將人機(jī)交互技術(shù)列為予以重點關(guān)注項目。視線跟蹤作為人機(jī)交互的分支，是其重要突破點，必將帶來人機(jī)交互技術(shù)革命性的發(fā)展。 視線跟蹤技術(shù)還處于起步階段，國外的研究比較先進(jìn)，主要應(yīng)用于軍事和心理學(xué)， 但由于各方面技術(shù)的不成熟性，目前還未達(dá)到實用化階段，成功、有效益的實用性項目非常少，所以我們希望利用先進(jìn)檢測算法、模型等，實現(xiàn)視線跟蹤普及與應(yīng)用，而殘疾人輔助系統(tǒng)就是其中的應(yīng)用。 ●國外研究現(xiàn)狀 近年來，基于瞳孔—角膜反射向量法和圖像處理的視線跟蹤技術(shù)，具有非侵入的優(yōu)點，近年來取得了較快進(jìn)。 Hutchinson利用近紅外光源光線在眼睛角膜反射產(chǎn)生的光斑和瞳孔中心的位置關(guān)系來確定視線方向，但系統(tǒng)未考慮頭影； A.sugioka考慮頭動影響，使用超聲技術(shù)測得CCD和人眼之間的距離，系統(tǒng)精度受測量距離精度影響，而且成本高，難以應(yīng)用于實際。澳大利亞Seei公司研究的facelab采用瞳孔-角膜反射向量法，在真實世界條件下進(jìn)行實時分析完全自然的行為，包括頭部動作，眼瞼運動和凝視方向，使視線跟蹤成為現(xiàn)實，但是此設(shè)備價格昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜，不易于普及使用。 ●國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)對人眼注視方向識別的研究開始比較晚，且缺乏對基于眼動的人眼生物特征的研究，缺乏對眼動機(jī)理和模型的研究，缺乏對人眼注視方向識別技術(shù)的理論研究，對自由空間的人眼注視方向識別的理論研究水平與國外差距很大。中國科學(xué)院的張名魁和孫復(fù)川采用紅外電視法，通過紅外發(fā)傳感器來分析角膜與鞏膜反射紅外光線變化來測量眼動，由于紅外電視法對傳感器精度和穩(wěn)定性有很高要求、容易受外界光線干擾，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性難以得到保證，所以紅外電視法基本在人眼注視方向識別上消失，還有其他的國內(nèi)研究方法都普遍存在很大的缺陷。 綜上所述人眼注視方向識別技術(shù)的研究涉及到圖像處理、計算機(jī)視覺、模式識別等多個交叉領(lǐng)域，理論上極具挑戰(zhàn)性，有效的解決人眼注視方向識別中的注視點生物特征提取、生物特征解析等問題，完善自由空間的人眼注視方向識別理論，其研究成果必將在新一代人機(jī)交互技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用前景。
