| 题名 | 基于FPGA的实时瞳孔定位技术研究 |
| 作者 | 吴孟杰 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2016-05-17 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 宋宗玺 |
| 关键词 | 瞳孔 FPGA 最小二乘法 RANSAC |
| 中文摘要 | 瞳孔的实时检测定位是眼球视线追踪领域的一个重要技术，通过检测眼睛的 瞳孔位置建立模型判断出视线方向和观察落点，达到以眼睛来操控和交流的目的， 在医疗、虚拟现实、UI 设计等多个领域大有用处。 准确地检测视线方向，需要高速捕捉眼睛的运动轨迹，直接导致了后端庞大 的计算量，另外眼睛的检测受到了外界光照环境、佩戴眼镜、睫毛、眉毛、头发 及其他个体不可预知性的面部特征等外界因素的干扰，严重地影响系统算法的准 确度。因此，瞳孔定位的实时性和准确性是视线追踪面临的一个重大挑战。 本文以帮助渐冻人以眼交流为背景，设计了高速CMOS 相机，在保持和一般 商用30 帧[8,9,41] 几乎相同的速率情况下，将分辨率从640×480 提升至1024×768， 更加准确的记录下眼睛的运动过程。利用FPGA 的优良的逻辑控制和高速接口特 性，实现快速读出、存储并传输高速图像数据的功能。 人眼图像采用预处理之后，采用算法拟合眼睛瞳孔的边缘以求得中心坐标等 信息。本文在最小二乘法(LSM)、最小二乘法和RANSAC 迭代法(LR)基础上做出 了改进，将迭代遍历所有点改进为迭代少量特征点，减少了迭代计算量，加快了 运行速度，通过实验数据比较三种算法的时效性和准确性得出最优的算法。实验 发现， LR 算法、 FPLR 均使得拟合精度提升，LR 需要经过至少6 次迭代，FPLR 仅需要3 次，可使得椭圆拟合准确率超过90%， FPLR 每秒处理27 帧图像，比 LR 算法提升了至少200%。 整体设计上，硬件设计方面有高速率、多电平、差分单端混合、多板层要求， Verilog HDL 编程上状态复杂、时序严格，算法兼具准确性和鲁棒性的特点，使得 毕设整体具有较深的设计难度和很大的工作量，决定了本课题无论是至于科研还 是应用都有很强的实际意义。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 电子、电信技术 ; 计算机应用其他学科（含图像处理） |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/27955]  |
| 专题 | 西安光学精密机械研究所_研究生部 |
| 作者单位 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴孟杰. 基于FPGA的实时瞳孔定位技术研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2016. |
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