·1490 工程科学学报.第41卷，第11期 素的灰度图像，来自一段视频图像.在3.2GHz CPU、2G内存的硬件设备下进行实验，用VS2010 编程实现.本文的头盔式视线追踪系统硬件如图18 相机 所示. 半透半反镜 本文的瞳孔定位过程包括如下步骤：图像预处 屏幕 理、自适应阈值分割、腐蚀膨胀、瞳孔粗定位、用 梯度法获取瞳孔轮廓特征点、使用椭圆拟合瞳孔 腮托 轮廓确定瞳孔中心、瞳孔的亚像素定位，如图19所示 当眼睑遮挡瞳孔时，采用文献[9]方法拟合与 采用本文方法拟合的两种结果如图20所示.将两 种拟合结果进行对比，明显可以看出按照本文方 法拟合的椭圆更接近瞳孔的真正边缘，可以更好 图18系统硬件 地恢复出完整的瞳孔椭圆，具有良好的鲁棒性 Fig.18 Hardware of the system (a) (b) (c) (d) (e) (① 图19图像处理结果(a)人眼图像；(b)二值化：(c)腐蚀膨胀；(d)瞳孔粗定位：(e)瞳孔精确分割：（田瞳孔拟合 Fig.19 Results of image processing:(a)eye image;(b)binarization;(c)erosion and dilation;(d)pupil coarse localization;(e)accurate pupil segmentation;(f)pupil fitting 距离的平方和（不计算瞳孔遮挡边缘部分），平均 误差率的含义是平均误差值除以实际瞳孔边缘点 到标定瞳孔中心的欧氏距离的平方和，把大量手 工标定出的瞳孔中心的位置定为瞳孔标定中心 (a) (b) 与此同时，本文也对两种算法检测瞳孔所在椭圆 的检测速度进行了比较.表1是采用文献[9]方法 的检测误差和本文方法的检测误差的结果对比， 表2是两种算法的检测速度的对比，可以看出，采 用本文的方法拟合的瞳孔边缘时，拟合的误差更 (c) (d) 小，精度更高，但相应的检测速度略慢 图20两种方法结果对比.(a)示例1文献[9方法；(b)示例2本文 瞳孔中心定位实验中分别对10个人的左、右 方法，(c)示例1文献[9]方法，(d)示例2本文方法 表1算法检测误差比较 Fig.20 Comparison of the methods of fitting results:(a)result of literature [9]method:(b)result of this paper's method,(c)result of Table 1 Comparison of measurement errors between algorithms literature [9]method;(d)result of this paper's method 平均误差率/% 示例 为了度量提取的瞳孔所在椭圆的精度，使用 文献[9]方法 本文方法 平均误差值来度量椭圆拟合的精度.平均误差值 Fig.2O(a) 9.82 5.47 的含义是实际瞳孔边缘点到拟合出的椭圆边界点 Fig.20(c) 7.73 4.52素的灰度图像，来自一段视频图像. 在 3.2 GHz CPU、2G 内存的硬件设备下进行实验，用 VS2010 编程实现. 本文的头盔式视线追踪系统硬件如图 18 所示. 本文的瞳孔定位过程包括如下步骤：图像预处 理、自适应阈值分割、腐蚀膨胀、瞳孔粗定位、用 梯度法获取瞳孔轮廓特征点、使用椭圆拟合瞳孔 轮廓确定瞳孔中心、瞳孔的亚像素定位，如图 19 所示. 当眼睑遮挡瞳孔时，采用文献 [9] 方法拟合与 采用本文方法拟合的两种结果如图 20 所示. 将两 种拟合结果进行对比，明显可以看出按照本文方 法拟合的椭圆更接近瞳孔的真正边缘，可以更好 地恢复出完整的瞳孔椭圆，具有良好的鲁棒性. 为了度量提取的瞳孔所在椭圆的精度，使用 平均误差值来度量椭圆拟合的精度. 平均误差值 的含义是实际瞳孔边缘点到拟合出的椭圆边界点 距离的平方和（不计算瞳孔遮挡边缘部分），平均 误差率的含义是平均误差值除以实际瞳孔边缘点 到标定瞳孔中心的欧氏距离的平方和，把大量手 工标定出的瞳孔中心的位置定为瞳孔标定中心. 与此同时，本文也对两种算法检测瞳孔所在椭圆 的检测速度进行了比较. 表 1 是采用文献 [9] 方法 的检测误差和本文方法的检测误差的结果对比， 表 2 是两种算法的检测速度的对比，可以看出，采 用本文的方法拟合的瞳孔边缘时，拟合的误差更 小，精度更高，但相应的检测速度略慢. 瞳孔中心定位实验中分别对 10 个人的左、右 表 1    算法检测误差比较 Table 1    Comparison of measurement errors between algorithms 示例 平均误差率/% 文献[9]方法 本文方法 Fig.20(a) 9.82 5.47 Fig.20(c) 7.73 4.52 相机 半透半反镜 屏幕 腮托 图 18    系统硬件 Fig.18    Hardware of the system (a) (d) (b) (e) (c) (f) 图 19    图像处理结果. (a) 人眼图像; (b) 二值化; (c) 腐蚀膨胀; (d) 瞳孔粗定位; (e) 瞳孔精确分割; (f) 瞳孔拟合 Fig.19     Results  of  image  processing:  (a)  eye  image;  (b)  binarization;  (c)  erosion  and  dilation;  (d)  pupil  coarse  localization;  (e)  accurate  pupil segmentation; (f) pupil fitting (a) (b) (c) (d) 图 20    两种方法结果对比. (a) 示例 1 文献 [9] 方法; (b) 示例 2 本文 方法; (c) 示例 1 文献 [9] 方法; (d) 示例 2 本文方法 Fig.20     Comparison  of  the  methods  of  fitting  results:  (a)  result  of literature  [9]  method;  (b)  result  of  this  paper ’s  method;  (c)  result  of literature [9] method; (d) result of this paper’s method · 1490 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期