眼睛跟蹤器設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2006年01月26日、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?00680051822. 6、名稱(chēng) 為"眼睛跟蹤器設(shè)備"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及確定眼睛的視線方向。
【背景技術(shù)】
[0003] 可使用人的視線方向來(lái)選擇計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的選項(xiàng)。因而，可使用提供有關(guān)視 線方向的信息的眼睛跟蹤器設(shè)備，來(lái)作為例如替代計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的定點(diǎn)和選擇設(shè)備。
[0004] 當(dāng)光刺射到眼睛上時(shí)，在晶狀體、角膜和視網(wǎng)膜的邊界上發(fā)生若干反射。運(yùn)些反射 提供了稱(chēng)為浦肯野像（Purkinjeimages)的反射斑點(diǎn)。來(lái)自角膜外表面的反射提供了也被 稱(chēng)為反光點(diǎn)（glint)的第一浦肯野像?？苫谙鄬?duì)于第一浦肯野像的位置的瞳孔的位置來(lái) 確定眼睛的朝向。 陽(yáng)0化]美國(guó)專(zhuān)利4836670公開(kāi)了一種眼睛移動(dòng)檢測(cè)器，其利用共軸地安裝在紅外敏感的 照相機(jī)的透鏡前面的紅外發(fā)光二極管，用于獲取眼睛的圖像。反射光引起來(lái)自角膜表面的 反光點(diǎn)。分析眼睛的圖像來(lái)確定瞳孔中屯、位置和反光點(diǎn)相對(duì)于彼此的位置，W及使用此信 息來(lái)確定視線方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供用于確定視線方向的方法。本發(fā)明的目的也在于提供用于 確定視線方向的眼睛跟蹤器設(shè)備。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供包括眼睛跟蹤器設(shè)備的便攜 設(shè)備。本發(fā)明的目的也在于提供實(shí)現(xiàn)所述方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，具有用于檢測(cè)眼睛的視線方向的設(shè)備，所述設(shè)備包括至 少：
[000引-成像單元，用來(lái)獲取所述眼睛的圖像，
[0009] -至少一個(gè)照明單元，用來(lái)提供第一基本上校準(zhǔn)的光束W及第二基本上校準(zhǔn)的光 束，所述校準(zhǔn)的光束具有相對(duì)于所述設(shè)備的不同的方向，運(yùn)樣，當(dāng)從眼睛表面反射光時(shí)，所 述第一校準(zhǔn)的光束提供了第一反射斑點(diǎn)，W及當(dāng)從眼睛表面反射光時(shí)，所述第二校準(zhǔn)的光 束提供了第二反射斑點(diǎn)，所述反射斑點(diǎn)出現(xiàn)在所述圖像中，W及
[0010] -數(shù)據(jù)處理單元，用來(lái)基于所述圖像中所述第一反射斑點(diǎn)的位置，基于所述圖像中 所述第二反射斑點(diǎn)的位置，基于所述圖像中眼睛的瞳孔和/或虹膜的位置，W及基于所述 校準(zhǔn)的光束的方向，確定眼睛相對(duì)于所述設(shè)備的視線方向。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，具有用于檢測(cè)眼睛的視線方向的方法，所述方法包括至 少：
[0012] -使第一基本上校準(zhǔn)的光束瞄準(zhǔn)眼睛，W便當(dāng)從眼睛表面反射光時(shí)，提供第一反射 斑點(diǎn)，
[0013]-使第二基本上校準(zhǔn)的光束瞄準(zhǔn)眼睛，W便當(dāng)從眼睛表面反射光時(shí)，提供第二反射 斑點(diǎn)，所述第二校準(zhǔn)的光束具有不同于所述第一校準(zhǔn)的光束的方向的方向，
[0014]-通過(guò)成像單元獲取眼睛的圖像，
[0015]-基于所述圖像中所述第一反射斑點(diǎn)的位置，基于所述圖像中所述第二反射斑點(diǎn) 的位置，基于所述圖像中眼睛的瞳孔和/或虹膜的位置，W及基于所述校準(zhǔn)的光束的方向， 確定眼睛相對(duì)于所述成像單元的視線方向。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第=方面，具有包括用于檢測(cè)眼睛的視線方向的眼睛跟蹤設(shè)備的便 攜設(shè)備，所述跟蹤設(shè)備包括至少：
[0017]-成像單元，用來(lái)獲取所述眼睛的圖像，
[0018]-至少一個(gè)照明單元，用來(lái)提供第一基本上校準(zhǔn)的光束W及第二基本上校準(zhǔn)的光 束，所述校準(zhǔn)的光束具有相對(duì)于所述設(shè)備的不同的方向，運(yùn)樣，當(dāng)從眼睛表面反射光時(shí)，所 述第一校準(zhǔn)的光束提供了第一反射斑點(diǎn)，W及當(dāng)從眼睛表面反射光時(shí)，所述第二校準(zhǔn)的光 束提供了第二反射斑點(diǎn)，所述反射斑點(diǎn)出現(xiàn)在所述圖像中，W及
[0019]-數(shù)據(jù)處理單元，用來(lái)基于所述圖像中所述第一反射斑點(diǎn)的位置，基于所述圖像中 所述第二反射斑點(diǎn)的位置，基于所述圖像中眼睛的瞳孔和/或虹膜的位置，W及基于所述 校準(zhǔn)的光束的方向，確定眼睛相對(duì)于所述跟蹤設(shè)備的視線方向。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，具有基于由系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)用來(lái)確定眼睛的視線方向的 計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述系統(tǒng)包括：
[0021] -成像單元，用來(lái)獲取所述眼睛的圖像，化及
[0022] -照明裝置，用來(lái)提供第一基本上校準(zhǔn)的光束W及第二基本上校準(zhǔn)的光束，所述校 準(zhǔn)的光束具有相對(duì)于所述成像單元的不同的方向，運(yùn)樣，當(dāng)從眼睛表面反射光時(shí)，所述第一 校準(zhǔn)的光束提供了第一反射斑點(diǎn)，W及當(dāng)從眼睛表面反射光時(shí)，所述第二校準(zhǔn)的光束提供 了第二反射斑點(diǎn)，所述反射斑點(diǎn)出現(xiàn)在所述圖像中，
[0023] 所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括存儲(chǔ)在可讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)程序代碼段，當(dāng)由處理器執(zhí) 行時(shí)，其用來(lái)基于所述圖像中所述第一反射斑點(diǎn)的位置，基于所述圖像中所述第二反射斑 點(diǎn)的位置，基于所述圖像中的眼睛的瞳孔和/或虹膜的位置，W及基于所述校準(zhǔn)的光束的 方向，確定所述眼睛相對(duì)于所述成像單元的視線方向。
[0024] 對(duì)視線方向的確定充分獨(dú)立于眼睛和跟蹤設(shè)備之間的距離。所述確定也充分獨(dú)立 于眼睛的橫向移動(dòng)和眼睛的大小。因而，眼睛可在較大區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，即，跟蹤器設(shè)備的位置 無(wú)需相對(duì)于觀察者的頭而固定。
[00巧]通過(guò)下面給出的描述和示例，W及也通過(guò)所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的實(shí)施方式及 其益處對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯然。
【附圖說(shuō)明】
[00%] 在下面的示例中，將通過(guò)參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中：
[0027]圖1示意性地示出了相對(duì)于參考坐標(biāo)系統(tǒng)的視線方向，
[002引圖2示意性地示出了用于確定視線方向的眼睛跟蹤設(shè)備，
[0029] 圖3示意性地示出了光線通過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)的傳播，
[0030] 圖4示意性地示出了來(lái)自角膜表面的光線反射，
[0031] 圖5a示意性地示出了眼睛的圖像，所述圖像包括兩個(gè)反射斑點(diǎn)，
[0032] 圖化示意性地示出了反射點(diǎn)和瞳孔中屯、的角位置，
[0033] 圖6是示出了從角膜表面朝向成像單元的光線反射的示意圖，
[0034] 圖7是示出了關(guān)于確定視線方向的S角關(guān)系的示意圖，
[0035] 圖8是示出了在一般的S維情況下，關(guān)于確定視線方向的矢量的示意圖，
[0036] 圖9示意性地示出了包括兩個(gè)基于校準(zhǔn)透鏡的照明單元的眼睛跟蹤設(shè)備，
[0037] 圖10示意性地示出了包括一個(gè)基于校準(zhǔn)透鏡的照明單元的眼睛跟蹤設(shè)備，
[0038] 圖11示意性地示出了包括衍射擴(kuò)束器和IR發(fā)射器的照明單元，
[0039] 圖12示意性地示出了包括衍射擴(kuò)束器和兩個(gè)IR發(fā)射器的照明單元，
[0040] 圖13示意性地示出了包括衍射擴(kuò)束器的虛擬顯示單元，
[0041] 圖14是包括衍射擴(kuò)束器的虛擬顯示單元的示意性=維視圖，
[0042] 圖15示意性地示出了包括虛擬顯示器的眼睛跟蹤設(shè)備，
[0043] 圖16是包括虛擬顯示器的眼睛跟蹤設(shè)備的示意性=維視圖，
[0044] 圖17示意性地示出了通過(guò)出口光闊（exitaperture)查看的虛像，
[0045] 圖18示意性地示出了包括另外的IR發(fā)射器的虛擬顯示單元，
[0046] 圖19通過(guò)舉例的方式示出了IR發(fā)射器相對(duì)于微顯示器的位置，
[0047] 圖20示意性地示出了包括另外的IR發(fā)射器和半透明反射鏡的虛擬顯示單元，
[0048] 圖21示意性地示出了光學(xué)引擎和照明單元對(duì)于衍射擴(kuò)束器的禪合，
[0049] 圖22示意性地示出了兩個(gè)堆疊的衍射擴(kuò)束器，一個(gè)顯示虛像，W及另一個(gè)提供IR 射束，
[0050] 圖23示意性地示出了適合于通過(guò)衍射擴(kuò)束器監(jiān)視眼睛的成像單元，
[0051] 圖24示意性地示出了包括虛擬顯示器、衍射擴(kuò)束器和半透明反射鏡的眼睛跟蹤 設(shè)備，
[0052] 圖25示意性地示出了包括虛擬顯示器和半透明反射鏡的眼睛跟蹤設(shè)備，
[0053] 圖26示意性地示出了包括半透明反射鏡的眼睛跟蹤設(shè)備，從所述半透明反射鏡 查看遠(yuǎn)端顯示器，
[0054] 圖27示意性地示出了包括半透明反射鏡的眼睛跟蹤設(shè)備，從所述半透明顯示器 查看實(shí)際物體， 陽(yáng)05引圖28示意性地示出了包括眼睛跟蹤設(shè)備的便攜設(shè)備，W及
[0056] 圖29是被用作桌面設(shè)備的眼睛跟蹤設(shè)備的示意性的=維視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057] 參看圖1，可通過(guò)相對(duì)于參考坐標(biāo)系統(tǒng)方向SZ的水平視角a3和垂直視角P3來(lái) 定義眼睛100的視線方向GZD。方向SY定義了參考坐標(biāo)系統(tǒng)的垂直方向，W及方向SX定義 了參考坐標(biāo)系統(tǒng)的水平方向。
[0058] 眼睛100的實(shí)際形狀略微的非球形，但角膜的形狀是接近于球形表面。運(yùn)里，眼睛 100的中屯、0代表最佳擬合球體的中屯、，所述球體與角膜表面相切合。運(yùn)里，眼睛100的半 徑R代表所述最佳擬合球體的半徑。
[0059] 由通過(guò)眼睛100的中屯、0和瞳孔120的最佳擬合中屯、的線來(lái)定義視線方向GZD。 瞳孔120被虹膜110所環(huán)繞。也可W部分地或完全地基于虹膜