110的位置來(lái)確定對(duì)瞳孔的 最佳擬合中屯、的確定。
[0060] 參考線服F平行于參考坐標(biāo)系統(tǒng)的方向SZ。眼睛100的位置可W在方向SX、SY和 /或SZ上移動(dòng)。參考線服F-般不通過(guò)眼睛100的中屯、0。
[0061] 物體1002、1003位于離眼睛100的相當(dāng)大的距離或無(wú)窮遠(yuǎn)的距離處。物體1002、 1003可W是物體（例如，身體），在遠(yuǎn)端顯示器屏幕上顯示的圖像，或由虛擬顯示器顯示的 虛像。
[0062] 假設(shè)物體1002和1003相對(duì)于參考線R邸上的點(diǎn)C的角坐標(biāo)是已知的，W及當(dāng)與 點(diǎn)C和眼睛中屯、0之間的距離相比較時(shí)，眼睛100和物體1002、1003之間的距離是非常大 的。距離的比值可W是例如大于10或等于10。因而，物體1002、1003可W與視線方向相關(guān) 聯(lián)。因此，通過(guò)獲知視角a3和6 3,可W確定眼睛100正在注視哪個(gè)物體，即，眼睛100正 在注視星形1002還是六邊形1003。
[0063] 參看圖2,由眼睛跟蹤器設(shè)備700確定視角a3和P3,其包括一個(gè)或更多的照明 單元300和一個(gè)成像單元200(在圖2中僅示出了水平角a3)。照明單元300提供了至少 兩個(gè)基本上校準(zhǔn)的光束LBULB2,其瞄準(zhǔn)眼睛100,W及射束LBULB2具有不同的方向。成 像單元200提供眼睛100的圖像。 W64] 可由射束LB1和參考線REF之間的水平角a1和垂直角P1來(lái)標(biāo)識(shí)第一校準(zhǔn)的射 束LB1的方向?？捎缮涫鳯B2和參考線REF之間的水平角a2和P2來(lái)標(biāo)識(shí)第二校準(zhǔn)的射 束LB2的方向（垂直角P1和P2在圖2中未示出）。L2指示成像單元200和眼睛100之 間的距離。 陽(yáng)0化]參看圖3,成像單元200包括成像光學(xué)系統(tǒng)220和圖像傳感器210,其可W是例如 電荷禪合設(shè)備（CCD)。成像光學(xué)系統(tǒng)220和圖像傳感器210之間的距離dl是已知的，W及 因而，圖像傳感器210的像素可W與各自的特征的角位置相關(guān)聯(lián)。例如，將瞳孔中屯、P投影 到具有水平坐標(biāo)X3的像素?？苫诟髯韵袼氐淖鴺?biāo)X3確定線服F和從瞳孔中屯、P到成像 光學(xué)系統(tǒng)220的投影中屯、（principal point)C的線PC之間的角取.3:。
[0066] 成像單元200可包括用于自動(dòng)對(duì)焦的裝置。成像光學(xué)系統(tǒng)220的非理想的屬性可 引起圖像201的幾何失真。可W光學(xué)地和/或通過(guò)信號(hào)處理來(lái)校正失真。
[0067] 參看圖4,從提供了多個(gè)反射光線的角膜表面反射的光束LB1，其中反射光線W多 個(gè)不同的方向傳播。從成像單元200的光闊接收反射光線的窄扇面。運(yùn)里由單一射線NC 來(lái)表達(dá)所述扇面，單一射線NC是所述扇面的加權(quán)平均。射線NC是從眼睛100表面的反射 點(diǎn)N向成像光學(xué)系統(tǒng)220的投影中屯、C反射的。
[0068] 光束LB2也是從角膜表面朝向成像單元200反射（在圖4中未示出，請(qǐng)參看圖6)。 由單一射線MC代表所反射的射線，其是從眼睛100表面的反射點(diǎn)M向成像光學(xué)系統(tǒng)220的 投影中屯、C反射的。 W例圖5a示出了由成像單元200獲取的眼睛100的圖像201。第一校準(zhǔn)的光束LB1瞄 準(zhǔn)眼睛100,運(yùn)樣，第一光束LB1的反射提供了呈現(xiàn)在圖像201中的第一反射斑點(diǎn)G1。第二 校準(zhǔn)的光束LB2瞄準(zhǔn)眼睛100,運(yùn)樣第二射束LB2的反射提供了呈現(xiàn)在圖像201中的第二 反射斑點(diǎn)G2?？蒞應(yīng)用圖像分析算法來(lái)確定圖像201中的瞳孔P的坐標(biāo)X3,Y3,W及反射 斑點(diǎn)G1、G2的坐標(biāo)XI，Y1，X2,Y2。反射斑點(diǎn)G1、G2,即，第一浦肯野像，應(yīng)當(dāng)與從源于眼睛 100內(nèi)部的其他浦肯野圖像有所區(qū)分。 陽(yáng)070] 當(dāng)改變視線方向時(shí)，瞳孔120相對(duì)于反射斑點(diǎn)G1、G2移動(dòng)。
[0071] 參看圖化，可基于坐標(biāo)乂1，￥1，乂2，￥2，乂3，￥3(圖5曰)，根據(jù)在圖3中示出的原理，來(lái) 計(jì)算眼睛100表面上的第一反射點(diǎn)N的角位置取1、5 1，第二反射點(diǎn)M的角位置(p2、5 2，W及瞳孔中屯、P的角位置巧3、5 3。
[0072] 現(xiàn)在，首先使用簡(jiǎn)單的二維方式來(lái)描述用于確定視線方向的算法。參看圖6,光束 LB1從點(diǎn)N反射，W及所反射的射線NC刺射在成像單元200的光學(xué)系統(tǒng)的投影中屯、C。射 束LB1相對(duì)于曲面法線N1的入射角丫 1等于光射線NC相對(duì)于曲面法線N1的反射角丫 1。 能夠發(fā)現(xiàn)：
[0073]
(1)
[0074] W及 陽(yáng)0巧]
斌
[0076] 從點(diǎn)M反射光束LB2, W及被反射的射線MC刺射在成像單元200的投影中屯、C。 射束LB2相對(duì)于曲面法線N2的入射角丫2等于光線MC相對(duì)于曲面法線N2的反射角丫2。 能夠發(fā)現(xiàn)：
[0077]
C3) W7引W及
[0079]
(4)
[0080] 在圖6中，可標(biāo)識(shí)兩個(gè)角，即角0NC和角0MC。運(yùn)些角具有公共邊0C，W及邊ON和 0M的長(zhǎng)度等于眼睛100的半徑R。現(xiàn)在可W使用S角法（例如，正弦規(guī)則）或矢量計(jì)算來(lái) 基于角Tl和t2確定眼睛中屯、0的角位置?1
[0081] 參看圖7,可W標(biāo)識(shí)S個(gè)角0PC、0NC和0MC。當(dāng)已知角(pi,Cp2和(p7時(shí)，可W計(jì)算 角斬和巧6。點(diǎn)P是瞳孔120的中屯、?，F(xiàn)化可基于角T1和私計(jì)算角a5。角0PC和0NC 具有公共邊0C，W及邊ON和0P的長(zhǎng)度等于眼睛100的半徑R?，F(xiàn)在，可使用S角法（例如， 正弦規(guī)則）或矢量計(jì)算，基于角T1和13計(jì)算角a4。現(xiàn)在，可使用角a4和眼睛中屯、0 的角位置和7計(jì)算水平視角a3。
[0082] 參看圖8,可通過(guò)使用矢量計(jì)算在普通的=維情況中確定對(duì)應(yīng)于眼睛100的視角 a3和0 3的矢量0P。
[0083] 第一校準(zhǔn)的射束LB1從點(diǎn)N反射到成像光學(xué)系統(tǒng)200的投影中屯、C。第二校準(zhǔn)的 射束LB2從點(diǎn)M反射到投影中屯、C。在點(diǎn)N，曲面法線是N1，而在點(diǎn)M，曲面法線是N2。第 一曲面法線N1的方向矢量是第一校準(zhǔn)的射束LBl的方向矢量和線CN的方向矢量的平均 (average)。第二曲面法線N2的方向矢量是第二校準(zhǔn)的射束LB2的方向矢量和線CM的方 向矢量的平均。
[0084] 由于測(cè)量不精確，W及由于角膜的略微非球形，很可能曲面法線N1、N2不相交。在 此情況下，可確定輔助矢量GH來(lái)找到用于眼睛中屯、0的估計(jì)。輔助矢量GH是連接表面法 線N1、N2的最短可能矢量。輔助矢量GH垂直于矢量NG和MH。輔助矢量GH平行于矢量NG 和MG的叉積?？墒褂幂o助矢量GH的中點(diǎn)作為對(duì)眼睛中屯、0的估計(jì)?？墒褂幂o助矢量GH 的長(zhǎng)度作為對(duì)測(cè)量精度的指示。
[0085] 現(xiàn)在，知曉了矢量CN、NG、GH、歷和MC的方向。也已經(jīng)知曉了矢量NG和歷的長(zhǎng) 度，其長(zhǎng)度等于眼睛100的半徑R?？苫谑噶糠匠探獬鲇嘞碌腟個(gè)未知量，即矢量CN、GH 和MC的長(zhǎng)度，矢量方程表明五個(gè)矢量形成封閉路徑：
[0086] CN+NG+GH+HM+MC = 0. (5)
[0087] 將方程（5)寫(xiě)作一組=個(gè)線性方程，所述組的一個(gè)方程對(duì)應(yīng)于方向SX(圖1)上的 矢量分量，一個(gè)對(duì)應(yīng)于方向SY上的矢量分量，W及一個(gè)對(duì)應(yīng)于方向SZ上的矢量分量。有= 個(gè)位置量和=個(gè)方程，從中能夠計(jì)算出運(yùn)些未知量。
[0088] 現(xiàn)在，根據(jù)眼睛半徑R而獲知了矢量CN、NG、GH、HM和MC的方向和長(zhǎng)度。
[0089] 眼睛中屯、0的位置近似處在矢量細(xì)的中點(diǎn)。眼睛中屯、0的位置也可W接近于在 矢量細(xì)上的點(diǎn)。眼睛中屯、0的位置也可W接近于矢量細(xì)鄰近的點(diǎn)。
[0090] 接下來(lái)，計(jì)算線CP在何處與眼睛100的表面相交，眼睛100具有中屯、0和半徑R。 計(jì)算提供了兩個(gè)解。選擇對(duì)應(yīng)于矢量CP的較短長(zhǎng)度的解，因?yàn)榱硪粋€(gè)解對(duì)應(yīng)于在眼睛100 后側(cè)的位置。
[0091] 現(xiàn)在，知曉了眼睛中屯、0和瞳孔中屯、P的位置，化及矢量0P的方向直接給出了視 線方向。
[0092] 綜上，視線方向的確定包括下列步驟：
[0093] -通過(guò)成像單元200獲取的圖像201中反射斑點(diǎn)G1、G2的坐標(biāo)，確定在眼睛100表 面的反射點(diǎn)N，M的角位置，
[0094]-基于校準(zhǔn)的光束LB1、LB2的方向和矢量CN和CM的方向，計(jì)算所述反射點(diǎn)N、M 的表面法線N1、N2的方向， 陽(yáng)0巧]-通過(guò)計(jì)算所述表面法線N1、N2的方向矢量的叉積來(lái)確定輔助矢量GH的方向，
[0096]-計(jì)算矢量CN、CM和GH的長(zhǎng)度，
[0097]-通過(guò)所述輔助矢量GH的中點(diǎn)，近似估計(jì)眼睛中屯、0的位置，
[0098]-基于圖像201中的瞳孔和/或虹膜的坐標(biāo)確定矢量CP的方向，
[0099]-計(jì)算瞳孔中屯、P的位置，W及
[0100] -計(jì)算矢量0P的方向，所述方向是視線方向。 陽(yáng)101]參看圖9,眼睛跟蹤設(shè)備700可包括兩個(gè)照明單元300來(lái)提供基本上校準(zhǔn)的光束LBULB2。由瞄準(zhǔn)眼睛100的校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)330校準(zhǔn)紅外光（IR)發(fā)射器32U322發(fā)出的不 可見(jiàn)光。 陽(yáng)102] 照明單元300的校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)330可W是優(yōu)化的組合透鏡。校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)330可 包括菲涅爾透鏡。照明單元300的朝向相對(duì)于成像單元200可W是固定的或可變的。所