基于眼动算法的测试方法技术

本发明专利技术所述基于眼动算法的测试方法，创造性地定义出眼动算法性能测试的相关指标，围绕相关测试指标提出一种眼动追踪算法性能测试的通用环境与测试流程整体，以期实现眼动算法测试的通用性、提升算法研发的效率和缩短研发周期，对算法的研发迭代提供指导性方向与参考。所述的测试方法，是将眼动算法的性能测试与眼动算法的研发本身解耦，使得测试环境不局限于某种具体的眼动追踪算法，从而建立起一个通用的眼动算法性能测试环境。测试方法包括定义了眼动算法性能的相关测试指标，定义了眼动算法性能测试环境的整体架构，提出执行眼动算法性能测试的流程步骤。

Test method based on eye movement algorithm

【技术实现步骤摘要】
基于眼动算法的测试方法
本专利技术涉及一种基于眼动算法的性能指标进行综合测试与评估的方法，具体地是对于满足输入格式的眼动算法从多个维度来衡量其性能指标的优劣与验证其正确性，属于计算机视觉及图形学领域。
技术介绍
随着眼动追踪技术的快速发展，眼动追踪算法的改进在计算机视觉领域也日益受到更多的关注，成为当前视觉与图形学处理技术的热点问题之一。在虚拟现实中，人工智能和人机交互领域有相当光明的研究前景和商业应用背景。眼动追踪是指通过测量眼睛的注视点位置或者眼球相对头部的运动而实现对眼球的追踪。通俗地来说，就是确定人眼球注视点的位置或者注视的精确方向。当前，眼动追踪的方法主要有以下两种：一是，基于模型的眼动追踪和基于外观的眼动追踪技术。基于模型的眼动追踪技术,是目前精度最好，但也是最为昂贵的。此类设备一般通过建立眼球模型，通过额外的红外光源和相机作为辅助设备，通过方程组的求解来估计注视向量。二是，得益于深度学习的发展，基于外观的眼动追踪技术在近几年发展迅速。其优点在于不需要额外的红外光源，设备简单，一般只需要一个相机即可。基于外观的眼动追踪技术只需要眼部图像作为输入，便能预测注视向量，对光照，肤色，头部位置等因素有很好的鲁棒性。无论对于何种类型的眼动追踪算法，都需要相应的指标参数来衡量最终的眼动追踪性能。因而在现有眼动算法的研发过程中，出现了以下设计与测证课题要求：第一，需要衡量眼动算法本身的好坏。包括但不限于，眼动算法的精度、准确度、对光照等外部环境的鲁棒性等等。第二，对于同一种类型的两个算法A和B，若算法B在A的基础上做了一定的修改(例如算法本身的修改、算法输入的修改等)，则相应地要求具备衡量两个算法之间差异程度的能力，从而分析出此类改动对于眼动追踪性能的影响。第三，对于不同类型的眼动追踪算法，需要能够对比相互之间的优劣。目前国内外还未公开有一种通用型的眼动算法性能测试方案，有鉴于此，特提出本专利申请。
技术实现思路
本专利技术所述基于眼动算法的测试方法，其目的在于解决上述现有技术中存在的实际需求与技术难点而创造性地定义出眼动算法性能测试的相关指标，围绕相关测试指标提出一种眼动追踪算法性能测试的通用环境与测试流程整体，以期实现眼动算法测试的通用性、提升算法研发的效率和缩短研发周期，对算法的研发迭代提供指导性方向与参考。为实现上述专利技术目的，本申请所述的基于眼动算法的测试方法，是将眼动算法的性能测试与眼动算法的研发本身解耦，使得测试环境不局限于某种具体的眼动追踪算法，从而建立起一个通用的眼动算法性能测试环境。基于上述方案构思，本申请测试方法提出以下三点设计：定义了眼动算法性能的相关测试指标，定义了眼动算法性能测试环境的整体架构，提出执行眼动算法性能测试的流程步骤。一、关于眼动算法性能测试指标的定义在相关测试指标定义中，包括单实例性能指标、组内性能指标和组间性能指标。单实例指标，包括但不限于稳定性、精确性和运行速度。组内性能指标，是定义组内指标计算模块的结果，如S(i,j),即算法i在组索引为j的测试数据上的所有性能指标的集合。组内性能指标S(i,j)包括但不限于准确性、方差、最大差值和精度。组间性能指标，包括但不仅限于鲁棒性。出于整体性能的衡量，定义整体性能衡量指标如下式：m表示算法编号，V(m)越大表示眼动追踪算法越好。其中，α、β、γ为大于0的常数，一般取γ较小。对于较优良的眼动追踪算法，应具备稳定、精确且运行速度较快的性能指标。即使算法较差，也应具有一定的准确率，且能够基于多数的外部环境条件具有较强的鲁棒性。二、关于眼动算法性能测试环境整体架构的定义在测试整体架构定义中，包括定义了输入模块及其内部结构、指标计算模块及其内部结构、测试环境提供的每条测试数据的整体格式。整体架构包括有以下内容：输入模块，负责生成和管理算法所需要的相关测试数据，按照标签tag来分组；眼动计算模块，负责根据输入的测试数据和使用的相关眼动算法，得出相应的眼动追踪预测结果；指标计算模块，则根据预测结果和真实结果，进行各种类型指标的计算，保存并输出。为了保证测试环境的通用性，规定输入模块的产出和眼动计算模块的接口对齐，即要求眼动算法追踪算法有满足要求的输入输出格式。测试数据格式的统一是整体测试环境和算法解耦合的关键，测试数据格式主要分成以下三个部分：1)输入的特征算法需要使用的输入数据的集合，记为Input。Input包括但不限于相机相关信息、红外光相关信息、眼部图像相关信息等，并且可通过增加Input字段内部的个数来扩展。输入数据按照数据的相关性进行分块，对于Input中的每个槽，抽象为输入数据的一部分。将输入的数据中相机相关部分抽象为一个具体的字段，其内部包括相机的个数，相机的内外参数等信息。不同的眼动追踪算法根据Input字段中的数据，可以通过卷积神经网络或者传统的PCCR方法来求解得到眼动追踪的结果(即注视向量或者注视点位置)。2)预测值眼动追踪算法的输出记为Output，字段具体可记录为预测信息，测试数据的label字段类型一致，这两个字段必须存在，支持字段内部的扩展。3)环境条件输入数据采集时的环境条件记为Tags。典型的标签可分为环境信息、个体信息、算法适用类型等。光照条件、室内还是室外可以归类为外部环境信息，明瞳还是暗瞳、人种等可以归类为个体信息。三、眼动算法性能测试的方法流程。基于上述眼动算法性能测试指标和测试环境，主要包括以下步骤：1)算法本身性能测试对于待测试的眼动追踪算法，首先，判断当前测试模块数据列表中是否有适合于该算法的测试数据组；若有，则取出相应的测试数据组，运行算法、计算相应指标并存储，这样便完成了整个算法的单步测试流程；其次，若没有满足该算法的测试数组，则先去数据池中找是否有满足相应tag的测试数据实例；若有，则取出形成一个数据组后进行测试；若没有，则可用虚拟或者实际采集的方式生成满足该算法要求的数据，放入到数据池中，重复之前的步骤，完成单个算法的性能指标计算。2)同组测试数据下算法之间的对比流程对于多个算法在同一组测试数据上进行性能指标对比，则分别对每个算法在该测试数据组上的运行，得到S(m,i),即算法m在第i组测试数据上的指标集合,同理得到S(m,j)，进一步地得到T(m,tag)。3)同一个算法在不同组测试数据下的性能测试对比流程分别在不同组测试数据上运行，得到算法m在测试数据组i上的指标集合S(m,i)，同样可以求得S(m,j)；若第i组测试数据和第j组测试数据仅仅在某个组的x数据上有差异，则可认为这样的性能对比旨在分析算法对于某个组的鲁棒性进行对比，即是否该算法在具有x数据的情况下表现得更优异。综上，本申请基于眼动算法的测试方法具有以下优点和有益效果：1、本申请将眼动算法的性能测试与眼动算法的研发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于眼动算法的测试方法，其特征在于：包括有以下步骤，/n1)算法本身性能测试/n对于待测试的眼动追踪算法，首先，判断当前测试模块数据列表中是否有适合于该算法的测试数据组；若有，则取出相应的测试数据组，运行算法、计算相应指标并存储，这样便完成了整个算法的单步测试流程；/n其次，若没有满足该算法的测试数组，则先去数据池中找是否有满足相应tag的测试数据实例；若有，则取出形成一个数据组后进行测试；若没有，则可用虚拟或者实际采集的方式生成满足该算法要求的数据，放入到数据池中，重复之前的步骤，完成单个算法的性能指标计算；/n2)同组测试数据下算法之间的对比流程/n对于多个算法在同一组测试数据上进行性能指标对比，则分别对每个算法在该测试数据组上的运行，得到S(m,i),即算法m在第i组测试数据上的指标集合,同理得到S(m,j)，进一步地得到T(m,tag)；/n3)同一个算法在不同组测试数据下的性能测试对比流程/n分别在不同组测试数据上运行，得到算法m在测试数据组i上的指标集合S(m,i)，同样可以求得S(m,j)；若第i组测试数据和第j组测试数据仅仅在某个组的x数据上有差异，则可认为这样的性能对比旨在分析算法对于某个组的鲁棒性进行对比，即是否该算法在具有x数据的情况下表现得更优异。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于眼动算法的测试方法，其特征在于：包括有以下步骤，
1)算法本身性能测试
对于待测试的眼动追踪算法，首先，判断当前测试模块数据列表中是否有适合于该算法的测试数据组；若有，则取出相应的测试数据组，运行算法、计算相应指标并存储，这样便完成了整个算法的单步测试流程；
其次，若没有满足该算法的测试数组，则先去数据池中找是否有满足相应tag的测试数据实例；若有，则取出形成一个数据组后进行测试；若没有，则可用虚拟或者实际采集的方式生成满足该算法要求的数据，放入到数据池中，重复之前的步骤，完成单个算法的性能指标计算；
2)同组测试数据下算法之间的对比流程
对于多个算法在同一组测试数据上进行性能指标对比，则分别对每个算法在该测试数据组上的运行，得到S(m,i),即算法m在第i组测试数据上的指标集合,同理得到S(m,j)，进一步地得到T(m,tag)；
3)同一个算法在不同组测试数据下的性能测试对比流程
分别在不同组测试数据上运行，得到算法m在测试数据组i上的指标集合S(m,i)，同样可以求得S(m,j)；若第i组测试数据和第j组测试数据仅仅在某个组...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆峰，李凯，于洋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学青岛研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37