基于FPGA的实时瞳孔定位技术研究

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	基于FPGA的实时瞳孔定位技术研究
	吴孟杰
学位类型	硕士
导师	宋宗玺
	2016-05-17
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
关键词	瞳孔 Fpga 最小二乘法 Ransac
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。
学科领域	电子、电信技术
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/27955
专题	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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