眼控滑鼠之研究-中国文化大学.PDF

KC2011知識社群研討會 S YS-03 -論文全集，第1073頁- KC2011知識社群研討會 1. 前言 由於資訊網路的發達與科技的日新月異，資訊相關產品越來越便宜、普及與多元 化，電腦可搭配各種通訊與多媒體設備達到資訊運算與交換的目的。另為拓展使用者族 群，讓肢障者也能透過電腦奔馳於科技進步的世代，因此，陸續有各種人機介面裝置的 研究與製作，如聲控或眼控滑鼠與鍵盤等。 近年來瞳孔偵測與定位的研究推陳出新，延伸應用也相當多元。依據瞳孔中心位置 可計算人類眼睛視線的方向 與位置，推廣至軍事領域，可讓戰鬥機駕駛員用以鎖定敵 機，或者偵測人類視覺習慣與狀態。在過去的研究中指出，為了精確算出瞳孔中心座標 及瞳孔大小，大部分都需要精密的攝影器材與繁複的硬體設備，其設備價格多半較昂 貴，非一般人所能負擔 ，且可能牽涉較複雜的演算法，此應用通常需花費較長的計算時 間。但目前個人電腦運算速度快而且價格帄價化，同時高解析度的網路攝影機(Webcam) 價格便宜且都支援USB介面，與電腦連結簡易，因此，對於患有肌肉萎縮、大腦麻痺、 肢體或臉部肌肉無法行動的患者，如果本身的眼睛器官仍然能夠活動自如，患者就可以 依賴此瞳孔偵測與定位 系統設計成眼控滑鼠，使其可獨立自主地與電腦 溝通 。 本研究利用網路攝影機(Webcam)及影像處理相關技術以實作一眼控滑鼠，此眼控滑 鼠可估算人眼凝視的方向與位置，讓使用者僅需用眼球移動 來控制滑鼠游標在螢幕上移 動的方向與位置 ，藉此幫助肢障者與電腦互動。本研究進行步驟為眼部偵測 、虹膜偵測 與瞳孔定位、及眼位追蹤 。本研究使用Matlab為軟體發展工具，眼控滑鼠經初步模擬實 驗結果顯示可達預期功能。 2. 技術與文獻探討 近年來有相當多有關視訊追蹤和眼位追蹤的研究在進行 [1-11] 。而眼位追蹤的方法 可分為兩大 類：接觸 與無接觸。在 接觸式方法中 採用眼動電圖描記法 （electrooculography ，簡稱EOG ）潛在測量技術 [4] ，其參數電極必須放置於額頭上 方。 另有侵入性的 將電磁線圈插入追蹤的眼睛內[3] 。在文獻[2 ，9]採用無接觸式紅外照明的 方法，凝視追蹤系統是由單一的眼動儀盒組合而成，藉由紅外線光源照明眼睛 ，用瞳孔 移動和角膜之紅外光靜態反射變化間的關係 決定瞳孔位置，如Purkinje影像 ，此方法能 高度精確且強化視線追蹤，並應用於市面上的商業產品。 文獻[1 ，5 ，7 ，8]採用無紅外 光源方法，文獻[5設計] 在視頻序列上追蹤瞳孔。 文獻[8]提出以現有眼睛凝視表方向的 模板圖像去配合核對眼睛凝視估算模板。目前較 少有動態影像的眼位追蹤 技術被提出， 因為使用者頭部與照相機移動是獨立的 ，且使用者眼睛的移動常常是因為視覺的興趣與 全方位的光圈影響所致。文獻[10]提 出以自製的高效彩色膚色經過濾器用以分離與定位 使用者的人臉位置，接著運用眼特徵的投影機制將其整合並找出人眼初步部位，進而使 用 FCM(Fuzzy C-means)演算法定位瞳孔中心點。文獻 [11] 以PC Webcam擷取使用者 帄面 影像，再整合橢圓頭部模型、眼部雙態偵測、可變樣板比 對、型變濾波器等處理技術， 用逐步逼近的策略縮小搜尋範圍 ，藉以追蹤眼部狀態。在[10研究中，用同心圓的方法] -論文全集，第1074頁- KC2011知識社群研討會 找出虹膜範圍，進而找出瞳孔。