《国外电子元器件》２０ｏ８年第１２期 信息安全 瞄准器的眼跟踪算法研究 张书强，来跃深，尚雅层，熊森 （西安工业大学机电工程学院，陕西西安７１００３２） 摘要：利用基于图像处理技术的视线方向识别和跟踪方法．采用Ｈｏｕｇｈ变换检测圆心算法求得瞳孔中心位置来确定 视线方向．推导出眼球转动的水平、垂直角度，实现眼视线方向跟踪。该技术应用于头盔瞄准器，扩大其观察目标和瞄 准目标的视野范围．提高战斗机的反应和攻击速度 关键词：Ｈｏｕ【ｇｈ变换；圆检测；瞳孔中心；坐标；角度；瞄准器 中图分类号：ＴＮ９１１．７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—６９７７（２００８）１２—００６９—０２ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｅｙｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ａｉｍｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕ—ｑｉａｎｇ，ＩＡＩ Ｙｕｅ—ｓｈｅｎ，ＳＨＡＮＧ Ｙａ—ｃｅｎｇ，ＸＩＯＮＧ Ｓｅｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ 帆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ｏｌｔ ７１００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｅｙｅ—ｇａｚｅ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｉｔ ｕｓｅｓ Ｈｏｕｇｈ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｉｒｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｐｕｐｉｌ ｃｅｎｔｅｒ ｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｅｙｅ－ｇａｚｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｉｎｆｅｒｓ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎ— ｇｌｅ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｙｅｂａｌｌ ｒｏｔａｔｉｏｎ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｅｙｅ—ｇａｚｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｅｙｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍａｙ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ＨＭＤ，ｔｏ ｅｘｐａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ ａｎｄ ｔａｒｇｅｔ，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｉｆｇｈｔｅｒ ｊｅｔｓ’ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ａｔｔａｃｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｏｕｇｈ ｍｅｔｈｏｄ；ｃｉｒｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｐｕｐｉｌ ｃｅｎｔｅｒ；ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ；ａｎｇｌｅ；ａｉｍｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ １ 引言 上二维坐标．ＣＣＤ摄像机在 轴方向上。设定正视方向（即头 盔跟踪法线方向）为 轴，头盔左右方向为Ｚ轴，头盔上下方 视线跟踪是图像实时处理的重要领域．广泛应用于军事领 向为ｙ轴。根据瞳孔中心在ＺＯＹ面上的投影坐标及人眼球 域的预警、火控、制导。视线跟踪又称眼睛瞄准系统或视觉跟踪 半径（约１０ ｍｍ），得到俯仰角ａ（／＿＿ＳＯＮ，）、方位角ｆｌ（／＿Ｍ ＯＮ ） 系统，它用眼睛注视作为输入，并配上相应的硬件设备来表达 的值，这样就可确定跟跟踪视线方位。 思想及控制周围环境＿ｌＪ。另外还有“眼动鼠标”通过移动眼球控制 电脑屏幕鼠标的运动．并且能利用眼睛的注视打开或关闭窗口 程序，实验表明用视线跟踪控制要比鼠标迅速目。 头盔瞄准器能够在尽可能大的范围内观察瞄准目标．而 无需在发动攻击前才使飞机对准目标。从理论上讲，头盔瞄 准器几乎具有全向视场，这是其他任何一种探测器都无法比 拟的，而在实际应用中，头盔瞄准器的观察范围是由驾驶员 头部转动所达到范围和头盔位置传感器跟踪测量范围共同 决定，因此，头盔跟踪受跟踪范围和响应速度限制。而视线跟 踪正好能扩大该范围。另外，随导弹离轴角的增加，头盔瞄准 器观察目标和瞄准目标的范围要求也再增加．且要求在各种 图１视线跟踪原理图 机动状态都能使用，眼跟踪和头跟踪正好解决了这个矛盾脚。 ３跟踪算法实现 ２视线跟踪原理 ３．１阈值选取 以正视下的视线方向作为基准，改变视线方向．即眼球 从内存读取红外源图像，图２（ａ）中，瞳孔与眼睛其他部 发生一定角度转动时，瞳孑Ｌ中心位置同步移动，因此实时获 分相比要暗得多．采用简单的二值化法分离瞳孔。提取瞳孔 取瞳孔中心位置坐标即可实现视线跟踪 边缘。具体做法：先计算出整个眼睛图像的灰度直方图，第一 图１给出视线跟踪原理图。以眼底为坐标原点Ｄ．Ｓ为瞳 个峰值对应的是瞳孔区域灰度值，如图２（ｂ）中箭头所示。选 孔中心位置，Ｓ 为．ｓ在ＹＯＺ面的投影，（ ，Ⅳ）为Ｓ 在ＹＯＺ面 择在第一个峰值的右侧相隔２至５个灰度值处提取瞳孔的 收稿日期：２００８—０７—２３ 稿件编号：２００８０７０５７ 二值化阈值，即灰度值为７８，但这样会导致眼睫毛部分保留 基金项目：陕西省教育厅科技基金项目（０７ｊｋ２７２） 大量信息。图２（ｃ）是采用阈值６３二值化后的结果，可以看 作者简介：张书强（１９７６一），男，河北省￣－ｇ－Ａ．，硕士研究生。研究方向：计算机辅助测试与制造。 －６９－