用于检测和跟踪眼睛及其注视方向的方法和装置制造方法及图纸

一种眼睛检测装置，其包括：　　　　－一个或多个光源，用于在朝向用户头部的方向上发出光，　　　　－检测器，用于接收来自用户头部的光且重复获取其图片，以及　　　　－连接至所述检测器的评估单元，用于确定眼睛的位置和／或注视方向，　　　　其特征在于：所述评估单元被设置成：　　　　－在由所述检测器获取的图片中确定一个眼睛或多个眼睛的图像所处的区域，以及　　　　－在确定了该区域后，控制所述检测器将关于只对应于由所述检测器获取的图像的所述已确定的区域的连续的或随后的图片的信息转发至所述评估单元。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于检测和跟踪眼睛及注视角度/方向的方法和装置。这种系统可以例如用于观察或确定计算机用户正在注视的监视器或显示器上的位置。
技术介绍
监视或跟踪眼睛运动和注视点可以用于许多不同环境中。关于人正在注视的位置的信息可以用于分析该人的行为和意识。该信息既可用于评估该人正在注视的对象又可用于评估相应的人。该应用领域有很多并且其中关于软件和不同类型界面的可用性、主页的评估、广告和宣传、用于在模拟器环境中训练飞行员的装置、心理学研究、行为科学和人感知以及各种类型的视觉缺陷和疾病的诊断的研究被提及。除了这些应用之外，也存在交互式应用，其利用关于人正在注视的位置的信息，以便以不同方式响应或起反应。残疾人可以例如通过将他正在注视的计算机监视器上的对象激活的程序来与计算机互相作用。在街机游戏中，通过将一个人正在注视的对象放在图像中心的程序，或者通过允许该人使用她/他的眼睛来指挥武器的程序，可以大大地加强游戏的冒险体验。以同样的方式，商店橱窗中针对圣诞节的广告或表演可以对人正在注视它的事实作出反应。用于例如计算机的界面可以利用关于用户正在注视位置的连续信息，以能够更好地显示用户感兴趣的对象且能够以智能的方式适应用户的不同行为。接收到关于驾驶员正在注视的位置的信息的汽车可以在驾驶员疲劳、注意力不集中或醉酒的情况下发出警报。使用眼睛运动来指挥武器或操控车辆的军事应用也已被研究。对于可以检测和跟踪眼睛及注视角度的装置来说，这些仅仅是少量的感兴趣的应用领域。存在多种可用于跟踪眼睛及其注视角度的不同技术。第一种技术是使用光电传感器和光源，该光源的光由角膜和眼睛的晶状体反射且由此引起四种不同的反射。其中具有最强光强度的反射为外角膜反射或闪烁，也被称为第一浦肯雅(Purkinje)反射。此后，接着是第二、第三和第四浦肯雅反射，这三种反射对应于角膜的内表面中的反射、晶状体的外表面中的反射和晶状体的内表面中的反射。第一和第四浦肯雅反射位于同一焦平面上，且这两种反射的位置关系随着眼睛的转动而变化。用于跟踪眼睛及其注视角度的第二种技术是使用某种类型的光电传感器检测白眼球或眼睛的巩膜与眼睛的虹膜之间的边界线。第三种技术是使用照相机检测人脸且通过观察眼睛如何相对脸部运动来间接地推断出该人正注视的方向。第四种技术是利用角膜和视网膜具有不同电势来测量眼睛的转动。第五种技术是使用配备有合适的设备的隐形眼镜，所述设备能够测量隐形眼镜及因此还有眼睛如何转动。第六种技术是使用光电传感器测量眼睛转动时瞳孔的或虹膜的椭圆率。第七种技术是使用安装在一对眼镜上的二极管和两个或多个光学晶体管。当来自二极管的光从角膜反射且接着击中光学晶体管时，由晶体管提供的信号将根据光从二极管穿过角膜并到达晶体管的移动距离而变化。第八种技术是使用光电传感器来检测光源从角膜的反射且接着观察其位置如何与瞳孔或虹膜的中心有关。在这种情况下，通过使用安装在光电传感器附近照亮眼睛视网膜且由此引起亮眼效应的照明设备或通过照亮眼睛以致使虹膜变得更亮而瞳孔保持黑色，瞳孔可以变得更易于观察。在美国专利文献5861940中公开了一种用于检测眼睛和用于跟踪注视角度的系统。该系统包括光源，该光源包含IR激光器2，其配备有合适的光学系统且发出焦距位于眼睛前部的会聚光束；以及两个IR激光器或IR二极管9、10，其交替地发出发散光束。通过使用位置敏感的检测器检测来自视网膜的反射，获得关于眼睛位置的信息。通过检测多个光源从角膜的反射，确定眼睛离摄像机的距离。后者的两个IR激光器被放置于计算机监视器1的底部边缘。在美国专利文献6,079,829、6,152,563和6,246,779中公开了其它系统。在使用摄像机的自动系统中，很难在所获取的图片中确定来自用户眼睛的光源的反射所处的位置。其中这取决于以下事实用户可以移动她/他的头部，横向地移动头部或离摄像机较近或较远的距离放置。自动系统可以包含复杂的图像处理和图像识别程序，以确定眼睛的图像所位于的那些区域。因此，需要一种方法，便于在所获取的图片中进行这种区域确定，眼睛的反射和图像定位于该区域中。此外，在确定诸如监视器的表面上的注视点时，通常必须确定用户眼睛和监视器之间的距离，且由此需要用于这种确定的有效方法。专利技术概述本专利技术的目标在于，提供一种用于检测和跟踪眼睛及注视角度/方向的有效方法和有效装置。在用于检测眼睛及注视角度/方向的方法及设备中，使用了诸如配备有合适的光学系统或摄像机的CCD单元或CMOS单元的光电传感器、一个或多个光源及计算和控制单元。为了确定人正在注视的例如监视器上的位置，必须已知从监视器所看到的该人的眼睛在深度方向和横向的位置以及眼睛正在看的角度。如果仅仅知道角度和二维方向上的位置，当眼睛沿深度方向移动时，将会产生视差失真。该视差失真经常明显地大于许多应用中可接受的程度。为了确定眼睛的位置、即其相对于光电传感器或监视器的位置，使用两个或多个相互间隔设置的光源来照亮眼睛。这些从该人的角膜到达光电传感器的光源的反射图像则取决于在光电传感器的视野中该人所处的位置。光电传感器上反射的图像提供了精确确定光电传感器的视野中该人所处的位置所需的所有信息。如果假定眼睛的角膜为球形的，已经在光源的数量小到两个的情况下，该功能被明确地定义并且是不可避免的，而且更进一步地假定，在眼睛所处位置的确定中的良好精确性和可靠性通过评估整个图案而获得，该整个图案由多个光源的反射形成，即，在整张图片中的彼此相对的反射的位置。在简单的情况下，在所获取的图片中仅仅确定图案的尺寸及其位置。因此，在该方法中，光电传感器被用于产生实物的两维图片和通常一个或多个光源。该一个光源/多个光源照亮光电传感器的视野内的可能的眼睛，以致使漫反射表面对于光电传感器来说更易于观察，且以致来自一个光源/多个光源到达角膜的光引起反射，该反射由光电传感器感受为离散亮点。由光电传感器所生成的二维图片使用复杂的图像处理来分析，以确定可能的眼睛和光反射在图片中所处的位置。该信息接着用于确定眼睛位于何处和/或眼睛正在注视的方向，这又被用于例如确定计算机用户正在注视的监视器上的位置。在二维图片中，瞳孔和/或虹膜被搜索。通过由一个或多个光源照亮瞳孔的图像，更易于观察该瞳孔的图像。该一个光源/多个光源可以被放置在离光学系统一定的距离上，该光学系统将二维图片聚焦在光电传感器上。这导致了仅仅一小部分的照明光进入眼睛，且因此瞳孔将会显得比周围的面部更黑。这样，相比未使用照明的情况，更易于检测到瞳孔和虹膜之间的边界线。一种上述照明的替代方案包括一个光源/多个光源非常接近或位于将二维图片聚焦在光电传感器上的光学系统上。该一个光源/多个光源的散射区域对应于光电传感器的视野，且对应于位于光电传感器的视野内的眼睛，被该一个光源/多个光源照亮的视网膜上的点与在光电传感器上成像的点相同或者至少部分相同。这导致了瞳孔显得比其周围更亮。该现象与导致照片上的眼睛显得具有红色的现象相同。为了获得可能的最强的亮眼效应，在不干扰传感器的视野的情况下，尽可能近地靠近光电传感器的视轴安装一个光源/多个光源。光电传感器正在观察的眼睛的视网膜部分大部分与由该一个光源/多个光源照亮的视网膜部分一致。假设该一个光源/多个光源必须被放置在将图片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：J·埃尔韦舍，M·斯科格，G·埃尔弗斯，
申请(专利权)人：托比伊科技公司，
类型：发明
国别省市：